2025高中物理人教版选修3-5教学资源包（名师同步导学）第十九章 第1节含答案

2025高中物理人教版选修3-5教学资源包（名师同步导学）第十九章第1节原子核的组成课时分层训练「基础达标练」1．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的eq\f(1,3)，而当用1cm厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小到几乎为零，由此可知，该放射源所射出的()A．仅是α射线 B．仅是β射线 C．是α射线和β射线 D．是α射线和γ射线解析：选Cα射线的穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住，β射线的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米的铝板，γ射线穿透能力最强，可以穿过几厘米厚的铅板，根据题意可知，该放射源所射出的射线有α射线和β射线，没有γ射线，故C正确，A、B、D错误．2．下列说法中正确的是()A．氦4核中有4个质子，2个中子B．氦4核与氦3核不是互为同位素C.eq\o\al(10,4)Be中的质子数比中子数少6D.eq\o\al(30,14)Si中的质子数比中子数少2解析：选D氦4核中有2个质子，2个中子，故A错误；氦4核与氦3核是互为同位素，故B错误；eq\o\al(10,4)Be中的质子数比中子数少2，故C错误；eq\o\al(30,14)Si的质子数比中子数少2，故D正确．3．下列说法中正确的是()A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论 C．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很弱 D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构解析：选B天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说基础上引进了量子理论，故B正确；γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很强，故C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出原子核式结构学说，故D错误．4．(2019·东莞高三期末)物理学是一门以实验为基础的科学，以下说法正确的是()A．光电效应实验表明光具有波动性B．电子的发现说明电子是构成物质的最小微粒C．居里夫人首先发现了天然放射现象D．α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础解析：选D光电效应实验表明光具有粒子性，A错误；电子的发现说明原子内部有着复杂的结构，原子是可以再分的，不能说明电子是构成物质的最小微粒，B错误；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，C错误；α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，D正确．5．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是()A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子D．原子核中，只有质子和中子解析：选D在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分；原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子的来源；原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，D正确．6．如图所示是查德威克发现中子的装置示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射出的粒子流A轰击铍(Be)时会产生粒子流B，用粒子流B轰击石蜡时，会打出质子流C，图中粒子流A是()A．中子流 B．α射线C．β射线 D．γ射线解析：选B用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流．所以A为α射线，B为中子，C为质子，故A、C、D错误，B正确．7．如图所示，放射源放在铅块中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源通过细孔放出的射线有α，β，γ三种，下列判断正确的是()A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线解析：选B粒子垂直进入磁场，若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动，轨迹为圆弧，而乙为直线，可判定其为不带电粒子，即乙是γ射线；再根据左手定则，即可判断甲为β射线，丙为α射线，故正确选项为B.8．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x.(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；(2)氢的三种同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？解析：(1)离子在电场中被加速时，由动能定理qU＝eq\f(1,2)mv2进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB＝eq\f(mv2,r)，又x＝2r由以上三式得x＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q)).(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，xH∶xD∶xT＝eq\r(mH)∶eq\r(mD)∶eq\r(mT)＝1∶eq\r(2)∶eq\r(3).答案：(1)eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q))(2)1∶eq\r(2)∶eq\r(3)「能力提升练」9．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半所需铝板的厚度分别为0.0005cm、0.05cm和8cm.工业部门可以使用射线来测厚度．如图所示，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，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱．因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制．如果钢板的厚度需要控制为5cm，请推测测厚仪使用的射线是()A．α射线 B．β射线 C．γ射线 D．可见光解析：选C根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能量最强，穿透能力最弱，为了能够准确测量钢板的厚度，探测射线应该用γ射线；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄，透过的射线越强，故A、B、D错误，C正确．10．如图所示中R是一种放射性物质，虚线方框是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏．实验时发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，则此时磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线应为()A．向上，β，α B．向下，α，βC．由外向里，γ，β D．由里向外，γ，α解析：选C因为α粒子的贯穿本领较小，一张纸即可把它挡住，所以亮斑中不可能有α射线，A、B、D错误；因为γ射线不带电，所以不受磁场约束，直接打在O点，C正确．11．(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向外的匀强磁场，则下列说法中正确的有()A．打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线B．α射线和β射线的轨迹都是抛物线C．α射线和β射线的轨迹都是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b解析：选AC由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向下，β粒子受的洛伦兹力向上，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误；由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，D错误．12．(多选)(2019·太原期中)用如图的装置可以判定放射源发出射线的带电性质．两块平行金属板A、B垂直纸面竖直放置，从放射源上方小孔发出的射线竖直向上射向两极板间．当在两板间加上垂直纸面方向的匀强磁场时，射线的偏转方向如图所示．如撤去磁场，将A、B两板分别与直流电源的两极连接，射线的偏转也如图．则()A．若磁场方向垂直纸面向里，则到达A板的为带正电的粒子B．若磁场方向垂直纸面向外，则到达A板的为带正电的粒子C．若A接电源负极，则到达A板的为带正电的粒子D．若A接电源正极，则到达A板的为带正电的粒子解析：选AC分析α、β和γ三种射线的电性，α带正电、β带负电、γ不带电，若磁场方向垂直纸面向里，α射线在磁场中受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，A选项正确；若磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，β射线受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，B选项错误；若A接电源负极，电场的方向向左，则到达A板的为带正电的α粒子，C选项正确；若A接电源正极，电场的方向向右，则到达A板的为带负电的β粒子，D选项错误．13．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？(4)eq\o\al(228,88)Ra是镭的一种同位素，让eq\o\al(226,88)Ra和eq\o\al(228,88)Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？解析：原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的．原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C.(3)核外电子数等于电荷数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故eq\f(r226,r228)＝eq\f(226,228)＝eq\f(113,114).答案：(1)88138(2)881.41×10－17C(3)88(4)eq\f(113,114)14.在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源．从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示．在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影．(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印像纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比？(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(已知：mα＝4u，mβ＝\f(1,1840)u，vα＝\f(c,10)，vβ＝c))解析：(1)因为α粒子贯穿本领弱，穿过下层纸的只有β射线、γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑．(2)下面印像纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑．设α射线，β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ，则sα＝eq\f(1,2)aα·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,vα)))2，sβ＝eq\f(1,2)aβ·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,vβ)))2aα＝eq\f(qα·E,mα)，aβ＝eq\f(qβ·E,mβ)由以上四式得eq\f(sα,sβ)＝eq\f(5,184).(3)若使α射线不偏转，qαE＝qαvα·Bα，所以Bα＝eq\f(E,vα)同理若使β射线不偏转，应加磁场Bβ＝eq\f(E,vβ)，故eq\f(Bα,Bβ)＝eq\f(vβ,vα)＝10∶1.答案：(1)两个暗斑β射线γ射线(2)5∶184(3)10∶1第十九章第2节放射性元素的衰变课时分层训练「基础达标练」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．铝箔被α粒子轰击后，发生的核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→X＋eq\o\al(1,0)n.方程中X的中子数为()A．15 B．16C．30 D．31解析：选A根据电荷数守恒、质量数守恒知，27＋4＝A＋1；13＋2＝Z解得A＝30，Z＝15；故说明X核的核子数为30，而质子数为15，故中子数N＝30－15＝15，故A正确，B、C、D错误．3.eq\o\al(238,92)U(铀核)衰变为eq\o\al(222,86)Rn(氡核)要经过几次α衰变，几次β衰变()A．43 B．42C．33 D．34解析：选B因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝eq\f(238－222,4)＝4次，在α衰变的过程中电荷数总共少8，则β衰变的次数为m＝8－(92－86)＝2次，故B正确，A、C、D错误．4．某原子核有N个核子，其中中子n个，当该核俘获一个中子后，相继放出一个α粒子和β粒子，变成一个新核，该新核()A．核子数是N－4个 B．质量数是N＋1C．有质子N－n－2个 D．有中子n－2个解析：选Dα衰变生成氦原子核，质子数减少2个，质量数减少4个，所以中子数减少2个；β衰变生成负电子，质子数增加1个，是因为一个中子转化成质子而释放出的电子，中子数减少1个，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子中子数减少2个，放出1个β粒子，中子数减少1个，所以这个新核有n－2个中子，原子核内有N个核子，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子质量数减少4个，放出1个β粒子，质量数不变，所以这个新核核子数是N－3，故A、B、C错误，D正确．5．(多选)核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池可以让手机不充电使用5000年，若将某种放射性元素制成核电池，带到火星上去工作．在已知火星上的温度、压强等环境因素与地球有很大差别的情况下，下列说法正确的有()A．该放射性元素到火星上之后，半衰期发生变化B．该放射性元素到火星上之后，半衰期不变C．若该放射性元素的半衰期为T年，经过2T年，该放射性元素还剩余75%D．若该放射性元素的半衰期为T年，经过2T年，该放射性元素还剩余25%解析：选BD半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，是原子核本身的特性，半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境与化学状态无关，A选项错误，B选项正确；根据半衰期公式m＝m0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n，可知经过了2个半衰期，该放射性元素还剩余25%，C选项错误，D选项正确．6．一个静止的铀核，放射一个α粒子而变为钍核，在匀强磁场中的径迹如图所示，则正确的说法是()A．1是α，2是钍 B．1是钍，2是αC．3是α，4是钍 D．3是钍，4是α解析：选B铀核发生α衰变后变为钍核．α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据动量守恒定律知，两粒子的速度方向相反，且都带正电，根据左手定则，为两个外切圆．α粒子和钍核的动量大小mv相等，根据r＝eq\f(mv,qB)分析，电荷量大的轨道半径小，知1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹，故B正确，A、C、D错误．7．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为()A．1∶2 B．2∶1C．5∶4 D．4∶5解析：选A元素A的半衰期为4天，经过20天后剩余原来的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5，元素B的半衰期为5天，经过20天后剩余原来的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4，剩下的质量之比mA∶mB＝1∶2，A正确．8．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：eq\o\al(4,2)He＋________→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)eq\o\al(8,4)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s．一定质量的eq\o\al(8,4)Be，经7.8×10－16s后所剩eq\o\al(8,4)Be占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)eq\f(m,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8).答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(1,8)(或12.5%)「能力提升练」9．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线，下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比碘131衰变更快D．铯133和铯137含有相同的中子数解析：选Cβ射线是高速电子流，A项错误；由于γ射线是电磁波，它的频率大于可见光的频率，故γ光子的能量大于可见光光子的能量，B项错误；由于铯137的半衰期约为30年、碘131的半衰期约为8天，故与铯137相比，碘131衰变要快得多，C项正确；铯133和铯137是同位素，质子数相同而中子数不同，D项错误．10．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度的含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是()A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb要经过8次α衰变和6次β衰变D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的解析：选CDβ射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比β射线强，β射线的电离能力比γ射线强，A选项错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，B选项错误；β衰变的质量数不变，α衰变的次数n＝eq\f(238－206,4)＝8，在α衰变的过程中电荷数总共少16，β衰变的次数m＝eq\f(16－10,1)＝6，C选项正确；β衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，D选项正确．11．(多选)(2018·宜昌期中)已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是()A．X原子核中含有92个质子B．100个eq\o\al(239,94)Pu经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力解析：选AD根据电荷数守恒和质量数守恒可知，质量数等于质子数和中子数之和，X的电荷数为92，质量数为235，质子数是92，中子数为143，A选项正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对个别的原子核没有意义，B选项错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍旧守恒，C选项错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D选项正确．12．(多选)(2018·浙江模拟)云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性．放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B＝2.5T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1∶R2＝42∶1，且R1＝0.2m．已知α粒子质量mα＝6.64×10－27kg，β粒子质量mβ＝9.1×10－31kg，普朗克常量取h＝6.6×10－34J·s，下列说法正确的是()A．新原子核B的核电荷数为84B．放射性元素A原子核发生的是β衰变C．衰变放射出的粒子的速度大小为2.4×107m/sD．如果A原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015Hz的光子，那么这种光子能使逸出功为4.54eV的金属钨发生光电效应解析：选ACD分析轨迹图可知，轨迹圆外切，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，则衰变产物均带正电，发生的是α衰变，放射性元素A衰变过程中，动量守恒，mv＝mαvα，两粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，qvB＝meq\f(v2,r)，其中qα＝2e，R1∶R2＝42∶1，联立可知，放射性元素的电荷量q＝84e，衰变后新原子核的电荷数为84，A选项正确，B选项错误；轨迹半径R1＝eq\f(mαvα,qαB)，解得衰变放射出的粒子的速度大小vα＝eq\f(qαBR1,mα)≈2.4×107m/s，C选项正确；A原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015Hz的光子，光子的能量E＝hν＝7.92×10－19J＝4.95eV>4.54eV，能使金属钨发生光电效应，D选项正确．13．天然放射性铀(eq\o\al(238,92)U)发生衰变后产生钍(eq\o\al(234,90)Th)和另一个原子核．(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(eq\o\al(238,92)U)核的速度为v，衰变产生的钍(eq\o\al(234,90)Th)核速度为eq\f(v,2)，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度．解析：(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)设另一新核的速度为v′，铀核质量为238m，由动量守恒定律得：238mv＝234m·eq\f(v,2)＋4mv′，解得v′＝eq\f(121,4)v.答案：(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(121,4)v14．一静止的eq\o\al(238,92)U核经α衰变成为eq\o\al(234,90)Th核，释放出的总动能为4.27MeV.问此衰变后eq\o\al(234,90)Th核的动能为多少兆电子伏？(保留1位有效数字)解析：据题意知，此α衰变的衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He根据动量守恒定律得mαvα＝mThvTh①式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度，由题设条件知eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)＋eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝Ek②eq\f(mα,mTh)＝eq\f(4,234)③式中Ek＝4.27MeV是α粒子与Th核的总动能．由①②③式得eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝eq\f(mα,mα＋mTh)Ek代入数据得，衰变后eq\o\al(234,90)Th核的动能eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝0.07MeV.答案：0.07MeV第十九章第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护课时分层训练「基础达标练」1．利用威尔逊云室探测射线时能观察到短粗而弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A．可知是α射线射入云室中B．可知是γ射线射入云室中C．观察到的是射线粒子的运动D．观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴解析：选D威尔逊云室中观察到的短粗而弯曲的径迹是低速β粒子的径迹，可知有β射线射入云室中，A、B选项错误；射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴，C选项错误，D选项正确．2．(2019·海南中学期末)用“γ刀”进行手术，可以使病人在清醒状态下经过较短的时间完成手术，在此过程中，主要利用：①γ射线具有较强的穿透本领；②γ射线很容易绕过障碍物到达病灶区域；③γ射线具有很强的电离能力，从而使病变细胞电离而被破坏；④γ射线具有很高的能量．上述描述正确的是()A．①② B．②③C．①②③ D．①④解析：选D用“γ刀”进行手术，利用的是γ射线具有较强的穿透本领能够进入病灶区，再利用γ射线具有很高的能量杀死病变细胞；γ射线的电离本领最弱，故选项D正确．3．以下是物理学史上3个著名的核反应方程X＋eq\o\al(7,3)Li→2YY＋eq\o\al(14,7)N→X＋eq\o\al(17,8)OY＋eq\o\al(9,4)Be→Z＋eq\o\al(12,6)C.X、Y和Z是3种不同的粒子，其中Z是()A．α粒子 B．质子C．中子 D．电子解析：选C设X、Y、Z的电荷数分别为ZX、ZY、ZZ，质量数分别为AX、AY、AZ.由前两个核反应方程中的电荷数守恒，ZX＋3＝2ZY，ZY＋7＝ZX＋8，可得Zy＝2；质量数守恒AX＋7＝2AY，AY＋14＝AX＋17，可得AY＝4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒2＋4＝ZX＋6，得ZZ＝0，质量数守恒4＋9＝AZ＋12，AZ＝1，即Z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，C正确．4．为了说明用α粒子轰击氮打出质子是怎样的一个物理过程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的二万多张照片中，终于从四十多万条α粒子径迹中发现了8条产生分叉，这一实验说明了()A．α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少B．氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少C．氮核很小，α粒子接近氮核的机会很少D．氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少解析：选C氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的机会很少，使得发生反应径迹分叉的机会很少，故正确选项为C.5．1998年9月23日，铱卫星通讯系统在美国和欧洲正式投入商业运行，原计划的铱卫星系统是在距地球表面780km的太空轨道上建立的一个由77颗小卫星组成的星座，这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星．由于这一方案的卫星排列与化学元素铱原子核外77个电子围绕原子核运动的图景类似，所以简称为铱星系统．自然界中有两种铱的同位素，质量数分别为191和193，则()A．这两种同位素的原子核内的中子数之比为191∶193B．这两种同位素的原子核内的中子数之比为57∶58C．这两种同位素的质子数之比为191∶193D．这两种同位素的质子数之比为57∶58解析：选B铱为77号元素，其质子数为77，则中子数为191－77＝114,193－77＝116，则中子数之比为114∶116＝57∶58，A错误，B正确；同位素质子数相同，C、D错误．6．(多选)一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍．则下列判断中正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反应方程为eq\o\al(27,14)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(27,14)Si＋eq\o\al(1,0)nC．硅原子核速度的数量级为107m/sD．硅原子核速度的数量级为105m/s解析：选AD核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)Si，由动量守恒定律得m×1.4×107m/s＝28mv′，解得v′＝5×105m/s，因此选项A、D正确．7．(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的()A．利用钴60治疗肿瘤等疾病B．γ射线探伤C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律解析：选CD利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高，贯穿本领大的特点，A、B错误；C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子，C、D正确．8．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「能力提升练」9．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，下列说法错误的是()A．卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型B．实验中是用α粒子轰击氮核C．卢瑟福通过该实验发现了质子D．原子核在人工转变的过程中，电荷数一定守恒解析：选A卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了原子的核式结构模型，故A错误；用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故B、C正确；核反应中质量数守恒，电荷数守恒，故D正确．10．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是()A．示踪原子 B．电离作用C．催化作用 D．贯穿作用解析：选A由题给信息可知14C的用途是作示踪原子，故选项A正确．11．(2019·春县一中高二期末)关于天然放射现象，下列说法中正确的是()A．β衰变证明原子核里有电子B．某原子核经过一次α衰变，核内中子数减少2个C．放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短D．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电解析：选Bβ衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是β粒子，β衰变不能证明电子是原子核的组成部分，故A错误；某放射性元素经过1次α衰变质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数守恒和电荷数守恒得知，中子数减少2，故B正确；半衰期是由原子核自身决定的，与温度无关，所以升高放射性物质的温度，不能缩短其半衰期，故C错误；γ射线的电离作用很弱，不能用来消除有害静电，故D错误．12．关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有()A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害解析：选D利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离作用，使空气中气体分子电离成导体，将静电放出，故A错误；利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，故B错误；DNA变异并不一定都是有益的，故C错误；γ射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故D正确．13．一个静止的氮核eq\o\al(14,7)N俘获—个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核．设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，B的速度是106m/s，B、C两原子核的电荷数之比为5∶2.则：(1)C为何种粒子？(2)C核的速度大小为多少？解析：(1)静止的氮核eq\o\al(14,7)N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，由质量数守恒和电荷数守恒，可知复核A的质量数为15，电荷数为7，因B的质量是中子的11倍，则知B的质量数是11，则C核的质量数是4.根据B、C两原子核的电荷数之比为5∶2可知C核的电荷数为2，所以C为α粒子(氦原子核eq\o\al(4,2)He)．(2)设中子质量为m，B的质量为11m，C的质量为4m.由动量守恒定律得mv＝11mvB＋4mvC，解得vC＝3×106m/s.答案：(1)α粒子(氦原子核eq\o\al(4,2)He)(2)3×106m/s14．1934年，约里奥—居里和伊丽芙—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子，更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.这里的eq\o\al(30,15)P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？解析：(1)正β衰变过程质量数、电荷数也守恒，eq\o\al(30,15)P放出正电子的核反应方程为eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e，可见正β衰变后新核质量数不变，电荷数减1.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核的一个质子转换成一个中子，同时放出一个正电子，反应过程为eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(1,0)n.答案：(1)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(2)eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(1,0)n第十九章第5节核力与结合能课时分层训练「基础达标练」1．对核力的认识，下列说法正确的是()A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15m的核子之间，大于0.8×10－15m为吸引力，而小于0.8×10－15m为斥力解析：选D由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m以内的核子之间存在核力，核力发生在核子之间，由此知D正确，A、B、C错误．2．关于核力和结合能，下列说法正确的是()A．强力是原子核内部的力，弱力是原子核外部的力B．强力和弱力都是短程力，其力程均在10－18米之内C．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性D．组成原子核的核子越多，它的结合能越低解析：选C强力和弱力都是短程力，都是原子核内部的力，强力作用范围在1.5×10－15m之内，弱力力程在10－18m之内，A、B错；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的能量，而组成原子核的核子越多，它的结合能越高，D错误．3．下列物理学史描述正确的是()A．玛丽·居里提出原子的核式结构学说B．卢瑟福通过α粒子散射实验发现了电子C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了质子D．爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据解析：选D卢瑟福提出原子的核式结构学说，选项A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项B错误；查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，选项C错误；爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据，选项D正确．4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是()A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成反比B．一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损C．根据ΔE＝Δmc2不能计算核反应的能量D．E＝mc2中的E是发生核反应过程中释放的核能解析：选BE＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比，故A错误；一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，根据爱因斯坦质能方程知，该过程有质量亏损，故B正确；根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量，故C错误；E＝mc2中的E是物体蕴含的能量，不是核反应中释放的核能，释放的核能为ΔE＝Δmc2，故D错误．5．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()A.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]B.eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2＋E]C.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]D.eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]解析：选C氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线的能量E对应质量的增加和中子与质子动能，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek，得Ek＝eq\f(1,2)[E－(mp＋mn－mD)c2]＝eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]，故选C.6．铀原子核发生衰变时衰变方程为eq\o(92,\s\up2(238))U→eq\o(90,\s\up2(234))Th＋X，其中eq\o(92,\s\up2(238))U、eq\o(90,\s\up2(234))Th、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则()A．X是电子B．m1＝m2＋m3C．衰变时释放的能量为(m1－m2－m3)c2D．若提高温度，eq\o(92,\s\up2(238))U半衰期将会变小解析：选C根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误；依据质量亏损，则m1>m2＋m3，故B错误；根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；半衰期的大小与温度无关，故D错误．7．在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用．核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o(94,\s\up2(239))Pu→X＋eq\o(2,\s\up2(4))He＋γ，下列有关说法中正确的是()A．X原子核中含有92个中子B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力C．20克的eq\o(94,\s\up2(239))Pu经过48200年后，还有10克未衰变D．钚核衰变前的质量大于衰变后X、He核的质量之和解析：选D根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为eq\o(94,\s\up2(239))Pu→eq\o(92,\s\up2(235))X＋eq\o(2,\s\up2(4))He＋γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，故B错误；根据半衰期公式：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(48200,24100)＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2＝5g，故C错误；由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故D正确．8．4个氢核(eq\o\al(1,1)H)结合成1个氦核(eq\o\al(4,2)He)，同时释放出正电子(eq\o\al(0,1)e)．已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c.计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能．解析：质量亏损Δm＝4mp－mα－2me，根据爱因斯坦质能方程可知，氦核的比结合能为E0＝eq\f(Δmc2,4)＝eq\f(4mp－mα－2mec2,4).答案：4mp－mα－2meeq\f(4mp－mα－2mec2,4)「能力提升练」9．已知氘核(eq\o(1,\s\up2(2))H)的比结合能为1.1MeV，氦核(eq\o(2,\s\up2(3))He)的比结合能为2.57MeV，两个氘核结合成一个氦核的反应方程为eq\o(1,\s\up2(2))H＋eq\o(1,\s\up2(2))H→eq\o(2,\s\up2(3))He＋eq\o(0,\s\up2(1))n，此核反应()A．放出3.31MeV能量 B．放出5.51MeV能量C．放出5.88MeV能量 D．吸收1.83MeV能量解析：选Aeq\o(1,\s\up2(2))H＋eq\o(1,\s\up2(2))H→eq\o(2,\s\up2(3))He＋eq\o(0,\s\up2(1))n；聚变反应前两个eq\o(1,\s\up2(2))H的总结合能为E1＝1.1×4MeV＝4.4MeV反应后生成的氦核的结合能为E2＝2.57×3MeV＝7.71MeV所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31MeV，故A正确，B、C、D错误．10．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的高速电子而衰变为镍60，同时会放出两束γ射线，其能量分别为1.17MeV及1.33MeV.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(27,\s\up2(60))Co→eq\o(28,\s\up2(60))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，知钴60发生β衰变的衰变方程为eq\o(27,\s\up2(60))Co→eq\o(28,\s\up2(60))Ni＋eq\o(-1,\s\up2(0))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．11．(多选)下列说法中正确的是()A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关B．钍的半衰期为24天，1g钍(eq\o(90,\s\up2(234))Th)经过120天后还剩0.2g钍C．放射性同位素eq\o(90,\s\up2(234))Th经α、β衰变会生成eq\o(86,\s\up2(220))Rn其中经过了3次α衰变和2次β衰变D．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定解析：选CD一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；钍的半衰期为24天，1g钍(eq\o(90,\s\up2(234))Th)经过120天后，经历5个半衰期，1g钍经过120天后还剩m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5＝0.03125g，故B错误；eq\o(90,\s\up2(234))Th衰变成eq\o(86,\s\up2(220))Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，越牢固，故D正确．12．核反应方程eq\o(7,\s\up2(15))N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o(6,\s\up2(12))C＋X＋ΔE中，eq\o(7,\s\up2(15))N的质量为m1，eq\o(1,\s\up2(1))H的质量为m2，eq\o(6,\s\up2(12))C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列判断正确的是()A．X是eq\o(2,\s\up2(3))He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2B．X是eq\o(2,\s\up2(4))He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2C．X是eq\o(2,\s\up2(3))He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．X是eq\o(2,\s\up2(4))He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2解析：选B根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数m＝15＋1－12＝4，核电荷数z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核(eq\o(2,\s\up2(4))He)．该反应过程中质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A、C、D错误，B正确．13．三个α粒子结合成一个碳eq\o\al(12,6)C，已知碳原子的质量为12.0000u，氦原子的质量为4.0026u．(1u＝1.66×10－27kg)(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少兆电子伏？解析：(1)3eq\o(2,\s\up2(4))He→eq\o(6,\s\up2(12))C＋ΔE.(2)Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078uΔm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.2948×10－29kgΔE＝Δmc2≈1.165×10－12J.(3)ΔE＝eq\f(1.165×10－12,1.6×10－19)eV≈7.28×106eV＝7.28MeV.答案：(1)3eq\o(2,\s\up2(4))He→eq\o(6,\s\up2(12))C＋ΔE(2)1.165×10－12J(3)7.28MeV14．一个静止的铀核eq\o(92,\s\up2(232))U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o(90,\s\up2(228))Th(原子质量为228.0287u)．(已知1原子质量单位1u＝1.67×10－27kg,1u相当于931.5MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？解析：(1)eq\o(92,\s\up2(232))U→eq\o(90,\s\up2(228))Th＋eq\o(2,\s\up2(4))He.(2)质量亏损：Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059uΔE＝0.0059×931MeV＝5.5MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等pTh＋(－pα)＝0pTh＝pαEkTh＝eq\f(p\o\al(2,Th),2mTh)Ekα＝eq\f(p\o\al(2,α),2mα)EkTh＋Ekα＝ΔE所以钍核获得的动能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)·ΔE＝eq\f(4,4＋228)×5.5MeV＝0.09MeV解得Ekα＝5.5MeV－0.09MeV＝5.41MeV.答案：(1)eq\o(92,\s\up2(232))U→eq\o(90,\s\up2(228))Th＋eq\o(2,\s\up2(4))He(2)5.5MeV(3)5.41MeV第十九章第6节核裂变课时分层训练「基础达标练」1．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响解析：选AC铀核裂变释放出3个中子，故A选项正确；铀块体积需达到临界体积才能发生链式反应，所以铀块体积对链式反应的发生有影响，故B选项错误；铀核的链式反应通过控制棒来进行控制，故C选项正确；半衰期与外界因素无关，高温高压不会改变半衰期，故D选项错误．2．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%，为了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站项目．目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是()A.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HD.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He解析：选A目前我国的核电站是采用重核裂变释放的核能来发电．重核的裂变是指质量数较大的原子核在中子的轰击下分裂成多个中等质量的原子核，A是重核裂变反应，A正确；B为β衰变，C是人工转变，D是α衰变．3．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是()A．使用浓缩铀B．改变铀块的临界体积C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析：选C控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，就会控制中子的数目，达到控制核反应的目的，C正确．4．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：选D由于1mol的铀核质量为235g,1g铀235的物质的量为eq\f(1,235)mol，因此1g铀235释放的核能E＝eq\f(NA,235)×196MeV，选项D正确．5．可控核反应堆是驱动航空母舰的理想设备．其工作原理是利用重核裂变反应释放出大量核能获得动力，eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋yX是若干核反应中的一种，其中n为中子，X为待求粒子，y为X的个数，则()A．X是中子，y＝4 B．X是电子，y＝3C．X是质子，y＝2 D．X是中子，y＝3解析：选A核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，y个X粒子的总电荷数为92－56－36＝0，总质量数为235＋1－143－89＝4，分析可知X为中子，y为4，B、C、D选项错误，A选项正确．6．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()A．这个实验的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(1,0)nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D．实验中产生的γ射线穿透能力极强解析：选D根据质量数守恒、电荷数守恒，可知铀核裂变的核反应方程应为eq\a\vs4\al(\o\al(235,92))U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反应中产生的γ射线穿透能力极强，是能量极高的光子流，选项D正确．7．(多选)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是()A．X为中子，a＝2B．X为中子，a＝3C．上述核反应中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2D．上述核反应中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－3mX)c2解析：选BC核反应中，质量数守恒、电荷数守恒，则可知eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX中X为eq\o\al(1,0)n，a＝3，A错误，B正确；由ΔE＝Δmc2，可得ΔE＝(mU＋mX－mBa－mKr－3mX)c2＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2，C正确，D错误．8．如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是()A．铀235容易吸收快中子发生裂变反应B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些解析：选B快中子容易与铀235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D错误．9．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.2153u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？解析：由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5MeV≈200.6MeV.铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量eq\f(200.6MeV,235)≈0.85MeV.答案：200.6MeV0.85MeV「能力提升练」10．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X，裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→Y＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，其中eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(1,0)n、Y、eq\o\al(89,36)Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c.下列叙述正确的是()A.eq\o\al(238,92)U发生的是β衰变B．Y原子核中含有56个中子C．若提高温度，eq\o\al(238,92)U的半衰期将会变小D．裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2解析：选D根据衰变规律可知，eq\o\al(238,92)U发生的是α衰变，A选项错误；根据电荷数守恒，质量数守恒可知，Y原子核中的电荷数为56，质量数为144，中子数为88，B选项错误；根据半衰期的规律可知，半衰期的大小与温度无关，C选项错误；根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量ΔE＝(m1－2m2－m3－m4)c2，D选项正确．11．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，现有四种说法：①eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个中子；②eq\o\al(235,92)U的一种裂变可能是变成两个中等质量的原子核，反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n；③eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；④一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J.以上说法中完全正确的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：选D由eq\o\al(235,92)U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D.12．核电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U核的裂变，下列说法中正确的是()A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.eq\o\al(235,92)U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如eq\o\al(139,54)Xe和eq\o\al(95,38)Sr，反应方程式为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D．一个eq\o\al(235,92)U核裂变的质量亏损为Δm＝0.2155u，则释放的核能约201MeV解析：选D反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，A选项错误；根据电荷数和质量数守恒，裂变的反应方程式可能为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋2eq\o\al(1,0)n，B选项错误；半衰期的大小由原子核内部因素决定，与外部环境无关，C选项错误；根据质能方程与质量亏损可知，eq\o\al(235,92)U核的裂变时质量亏损，释放出大量能量，ΔE＝Δm·c2＝0.2155×931.5MeV＝201MeV，D选项正确．13．(多选)(2019·武汉模拟)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是()A．核反应方程中，X粒子是中子B．核反应方程中，X粒子是质子C.eq\o\al(235,92)U，eq\o\al(144,56)Ba，eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(144,56)Ba核的比结合能最大，它最稳定D.eq\o\al(235,92)U，eq\o\al(144,56)Ba，eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(235,92)U核的核子数最多，它的结合能最大解析：选AD根据铀核裂变的原理可知，铀核需要吸收一个中子后才会发生裂变，所以X一定是中子，A选项正确，B选项错误；分析比结合能随核子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以和eq\o\al(235,92)U，eq\o\al(144,56)Ba，eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(89,36)Kr核的比结合能最大，最稳定，C选项错误；原子核中核子数越多的结合能越大，故与eq\o\al(235,92)U，eq\o\al(144,56)Ba，eq\o\al(89,36)Kr相比，eq\o\al(235,92)U核的核子数最多，它的结合能最大，D选项正确．14．假设有一种放射线是由铀核eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(234,90)Th，并释放一种粒子产生的．(1)写出eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(224,90)Th的方程式；(2)已知铀核质量为3.853131×10－25kg，钍核的质量为3.786567×10－25kg，α粒子的质量为6.64672×10－27kg，求衰变释放的能量．解析：(1)反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，代入数据得ΔE＝8.7×10－13J.答案：(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)8.7×10－13J15．在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能．有一座核能发电站，发电能力P＝1×106kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反应堆中发生的裂变反应全是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能E1＝2.78×10－11J，铀核的质量mU＝3.9×10－25kg，求每年(365天)需要消耗的铀的质量．(结果保留2位有效数字)解析：该核能发电站一年发出的电能为W1＝Pt＝1×109×