章末综合检测（四） 原子核与核能

章末综合检测（四）原子核与核能(本试卷满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．由原子核的衰变可知()A．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质不变C．α衰变说明原子核内部存在氦核D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线解析：选D原子核发生衰变时，一次衰变只能是α衰变或β衰变，而不能同时发生α衰变和β衰变，发生衰变后产生的新核往往处于高能级，要向外以γ射线的形式辐射能量，故一次衰变只可能同时产生α射线和γ射线，或β射线和γ射线，A错，D对；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，变成了新核，故化学性质发生了变化，B错；原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是放射性元素发生了α衰变，C错。2．原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。最初科学家曾认为β衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“中微子”的粒子，中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于β衰变的说法不正确的是()A．原子核发生β衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加B．原子核能够发生β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的C．静止的原子核发生β衰变后，在中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反D．静止的原子核发生β衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和解析：选B原子核是由质子和中子组成的，故B错误；原子核发生β衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生的，所以A正确；静止的原子核发生β衰变，由动量守恒定律知C正确；静止的原子核发生β衰变，由能量守恒定律可知D正确。本题选择说法不正确的，故B符合题意。3．科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋Y，下列说法正确的是()A．Y是氦核B．Y是质子C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变解析：选C根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(0,1)e，即Y是正电子，选项A、B错误；因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半，再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误。4．在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的eq\o\al(210,82)Pb，其衰变方程为eq\o\al(210,82)Pb→eq\o\al(210,83)Bi＋X。以下说法正确的是()A．衰变方程中的X是电子B．升高温度可以加快eq\o\al(210,82)Pb的衰变C.eq\o\al(210,82)Pb与eq\o\al(210,83)Bi的质量差等于衰变的质量亏损D．方程中的X来自于eq\o\al(210,82)Pb内质子向中子的转化解析：选A根据核反应方程的质量数守恒和核电荷数守恒，可知X为电子(eq\o\al(0,－1)e)，A正确；原子核的衰变与外界因素无关，B错误；衰变的质量亏损应等于核反应前后所有核的质量之差，C错误；方程中的X来自于eq\o\al(210,82)Pb内中子向质子的转化，故D错误。5．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它会通过β衰变放出能量高达315keV的高速电子衰变为镍60，同时会放出两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。关于钴60下列说法正确的是()A．衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)eB．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收D．钴60衰变过程中不会有质量亏损解析：选A根据电荷数守恒、质量数守恒，可知钴60发生β衰变的衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e，故A正确；钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，故B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故C错误；所有衰变都会有质量亏损，故D错误。6．核潜艇制造专家黄旭华获得2019年国家最高科学技术奖。我国核潜艇是以核反应炉为动力来源的潜艇，其核反应堆中可能的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,39)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，下列说法正确的是()A．该核反应属于原子核的衰变B．其中Ba核的平均结合能比U核的小C．该核反应方程中x＝4D．该反应堆中发生的是链式反应，因每次生成的eq\o\al(1,0)n会使新铀核连续不断地发生裂变解析：选D该核反应属于原子核的裂变，不是衰变，A错误；裂变反应会放出能量，生成物的平均结合能大于反应物的平均结合能，B错误；根据质量数守恒，有235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；只要生成的中子数大于参与反应的中子数，就是链式反应，D正确。7．为应对月球夜晚的低温，“嫦娥五号”的电池除了太阳能电池板之外，还配有一块“核电池”。“核电池”利用了eq\o\al(238,94)Pu的衰变，其衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y。则下列说法正确的是()A．m＝92，n＝4，eq\o\al(234,m)X比eq\o\al(238,94)Pu的中子数少4B.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n为α衰变方程C.eq\o\al(238,94)Pu发生的是α衰变，α射线具有很强的电离能力D．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期解析：选Ceq\o\al(238,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y，根据质量数守恒与电荷数守恒可知238＝234＋n，94＝m＋2，解得m＝92，n＝4，可知发生的衰变为α衰变，衰变方程为eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，即eq\o\al(234,m)X比eq\o\al(238,94)Pu的中子数少2，故A错误；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变方程，故B错误；eq\o\al(238,94)Pu发生的是α衰变，α射线具有很强的电离能力，故C正确；半衰期与环境条件无关，压力、温度或浓度不能改变放射性元素的半衰期，故D错误。8．原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分。关于原子核的裂变下面表述正确的是()A．裂变过程存在质量亏损，但不一定释放能量B.eq\o\al(235,92)U裂变成两个中等质量的原子核，产物可能是eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)SrC.eq\o\al(235,92)U容易俘获快中子而发生裂变释放核能D.eq\o\al(235,92)U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行解析：选B裂变过程存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，一定释放能量，故A错误；eq\o\al(235,92)U裂变成两个中等质量的原子核的裂变反应在有许多种，产物有可能是eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)Sr，故B正确；eq\o\al(235,92)U容易俘获慢中子而发生裂变释放核能，故C错误；eq\o\al(235,92)U的纯度越高，其裂变的链式反应越容易进行，故D错误。二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9.把放射源铀、钋或镭放入用铅做的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加匀强磁场，发现射线分裂成如图所示的a、b、c三束。下列说法正确的是()A．三种射线中，b的穿透能力最强B．三种射线中，c的电离作用最强C．容器内温度越高，放射性强度越大D．将磁场换为水平向左的匀强电场，射线也大致沿图示方向偏转解析：选AD带电粒子在磁场中运动，根据左手定则，a带正电为α粒子，b不带电为γ射线，c带负电为β粒子。γ射线(b)电离能力最弱，但穿透能力最强，故A正确；α粒子(a)电离能力最强，但穿透能力最弱，故B错误；原子核衰变和温度无关，所以放射性强度也和温度无关，故C错误；将磁场换为水平向左的匀强电场，α粒子向左偏，γ射线不偏转，β粒子向右偏，所以射线也大致沿图示方向偏转，故D符合题意。10.如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源，其化学符号是Ir，原子序数77，通过β衰变放出γ射线，半衰期为74天，适合透照的钢板厚度为10～100mm，下列说法正确的是()A．衰变产生的新核用X表示，铱192的衰变方程为eq\o\al(192,77)Ir→eq\o\al(192,78)X＋eq\o\al(0,－1)eB．若已知钢板厚度标准为30mm，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙C．若有2g铱192，经过148天有1g没有衰变D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒解析：选ADβ衰变的实质是原子核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，故质量数不变，电荷数加一，故A正确；探测器得到的射线变弱，说明钢板厚度增大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，故B错误；若有2g铱192，经过74天后还有1g没有衰变，再过74天(即总共经历148天)还有0.5g没有衰变，故C错误；放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒，故D正确。11.一电中性微粒静止在垂直纸面向里的匀强磁场中，在某一时刻突然分裂成a、b和c三个微粒，a和b在磁场中做半径相等的匀速圆周运动，环绕方向如图所示，c未在图中标出。仅考虑磁场对带电微粒的作用力，下列说法正确的是()A．a带负电荷B．b带正电荷C．c带负电荷D．a和b的动量大小一定相等解析：选BC由左手定则可知，粒子a、粒子b均带正电荷，电中性的微粒分裂的过程中，总的电荷量应保持不变，则粒子c应带负电荷，A错误，B、C正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，即qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，由于粒子a与粒子b的电荷量大小关系未知，则粒子a与粒子b的动量大小关系不确定，D错误。12．某放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变。为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变8×107次。现将这瓶溶液倒入水库，8天后在水库中取水样1.0m3(可认为溶液已均匀分布)，测得水样每分钟衰变20次，则()A．该无毒放射性元素半衰期为2天B．该无毒放射性元素半衰期为3天C．估算出水库中水的体积大约为2.5×105m3D．估算出水库中水的体积大约为4.5×106m3解析：选AC该放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变，可知经过了3个半衰期，则该放射性元素的半衰期为2天，故A正确，B错误；经过8天，即4个半衰期后，测得1立方米的水样每分钟衰变20次，可知8天前1立方米的水样每分钟衰变次数为n＝eq\f(20,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4)＝320次，则水库中水的体积V＝eq\f(8×107,320)m3＝2.5×105m3，故C正确，D错误。三、非选择题(本题共4小题，共60分)13．(10分)假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中速度为c。(1)写出核聚变反应的方程式。(2)求核聚变反应中释放出的能量ΔE。解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程式为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。(2)核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2m1－(m2＋m3)氘核聚变时放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2。答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)(2m1－m2－m3)c214．(14分)静止的锂核(eq\o\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq\o\al(4,2)He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。(1)写出此核反应的方程式；(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向。解析：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H。(2)用m1、m2和m3分别表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3，代入数值解得v3＝－8.1×106m/s。即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应前中子的速度方向相反。答案：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H(2)8.1×106m/s方向与反应前中子的速度方向相反15．(16分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装eq\o\al(226,88)Ra，eq\o\al(226,88)Ra放出某种射线后衰变成eq\o\al(222,86)Rn。(1)写出上述衰变方程；(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止eq\o\al(226,88)Ra核衰变过程中释放的核能有多少。(取1u＝1.6×10－27kg，e＝1.6×10－19C，结果保留三位有效数字)解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He。(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0m，由2evB＝eq\f(mv2,R)得α粒子的速度v＝eq\f(2eBR,m)，衰变过程中系统动量守恒，eq\o\al(222,86)Rn、eq\o\al(4,2)He质量分别为222u、4u，则(222u)×v′＝(4u)×v，得eq\o\al(222,86)Rn的速度v′＝eq\f(2,111)v，释放的核能E＝eq\f(1,2)×(222u)×v′2＋eq\f(1,2)×(4u)×v2＝eq\f(113e2B2R2,222u)，代入数据解得E≈2.04×10－14J。答案：(1)eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He(2)2.04×10－14J16．(20分