新高考物理一轮复习分层提升练习专题77 原子核物理（原卷版）

专题77原子核物理导练目标导练内容目标1原子核的衰变和半衰期目标2核反应方程与核能的计算【知识导学与典例导练】原子核的衰变和半衰期1.三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0质量4mp,mp=1.67×10-27kgm静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱2.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

Z

Z衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+

0衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒3.衰变次数的计算方法若

ZAX→Z'A则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上两式即可求出m和n。4.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m【例1】陶寺遗址是尧的都城，是最早的“中国”，在发掘中采用了碳十四测年技术等多项科技手段来判断陶寺文化的绝对年代。SKIPIF1<0的衰变方程为SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A．衰变方程中的X是中子B．SKIPIF1<0需吸收能量才能发生衰变C．随着SKIPIF1<0的不断衰变，其半衰期会逐渐变长D．SKIPIF1<0与X的质量之和小于SKIPIF1<0的质量【例2】花岗岩、砖砂、水泥及深层地下水等物质会释放氡气。氡气被吸入人体后会形成内照射，对人体的危害仅次于吸烟。氡的同位素中对人体危害最大的是氡SKIPIF1<0及其衰变产物，氡SKIPIF1<0的衰变链为：SKIPIF1<0，其中氡SKIPIF1<0的半衰期为3.8天。关于氡SKIPIF1<0的衰变，下列说法正确的是（

）A．将抽取的深层地下水煮沸后，氡会更快地衰变掉B．衰变④过程只发生了SKIPIF1<0衰变C．每经过3.8天，将有半数的氡SKIPIF1<0衰变为铅SKIPIF1<0D．一个氡核SKIPIF1<0每经过一个衰变链，共发生了3次SKIPIF1<0衰变、2次SKIPIF1<0衰变核反应方程与核能的计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发

92238Uβ衰变自发

90234Th→91人工转变人工控制

714N

24He+4

1327Al+2(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素)

1530P重核裂变比较容易进行人工控制

92235U+01

92235U+01n轻核聚变很难控制

12H2.核反应方程的书写(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,因此书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。3.核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(1u)相当于931.5MeV,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能=核子比结合能×核子数。4.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2。方程的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2。【例3】一个中子SKIPIF1<0被SKIPIF1<0捕获后生成SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的过程中释放出SKIPIF1<0的核能。已知真空中的光速为SKIPIF1<0，则下列有关叙述正确的是（）A．该反应属于原子核的裂变 B．SKIPIF1<0没有放射性C．该反应过程中的质量亏损为SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0的比结合能为SKIPIF1<0【例4】位于合肥市科学岛上的东方超环（EAST）（俗称“人造小太阳”）是中国科学院等离子体物理研究所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克。该装置主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程SKIPIF1<0+SKIPIF1<0→SKIPIF1<0+SKIPIF1<0。假设两个氘核以相同大小的速度沿同一直线相向碰撞，聚变反应释放的能量全部转化为两个新核的动能，分别用mH、mHe、mn，表示SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的质量，用c表示光速，则下列说法正确的是（）A．反应后中子与氦核的动能之比为SKIPIF1<0B．反应后中子和氦核的速度大小之比为SKIPIF1<0C．该聚变反应中释放的核能为（2mH－mHe－mn）c2D．氘核SKIPIF1<0聚变成氦核SKIPIF1<0的过程中，核子的平均质量减小【多维度分层专练】1．稀土是我国重要的矿产资源，稀土储量和稀土产品年出口量均居世界第一位。我国稀土矿体大致分为三类：一类是氟碳铈矿；二类是独居石；三类是离子吸附型矿。各类稀土矿不同程度地伴有天然放射性核素钍系和轴系，其中包含如下核反应方程：①SKIPIF1<0；②SKIPIF1<0。下列说法正确的是（）A．SKIPIF1<0的比结合能比SKIPIF1<0的比结合能大B．X的穿透能力比Y的穿透能力强C．Y是Ra核中的一个中子转化成一个质子时产生的D．①②两个核反应都属于核裂变反应2．心脏起搏器使用“氚电池”供电，是利用了氚核（SKIPIF1<0）发生β衰变过程释放的能量，衰变方程为SKIPIF1<0，已知氚核的半衰期为12.5年。氚核与其同位素氘核（SKIPIF1<0）在一定条件下可以发生反应，反应方程为SKIPIF1<0。下列说法正确的是（）A．新核X是氘核（SKIPIF1<0）B．氚核（SKIPIF1<0）发生β衰变时，质量和电荷数都守恒C．若有质量为100g的氚核，经过25年后，剩余氚核的质量为25gD．SKIPIF1<0是核聚变方程，核电站利用该核反应获得核能3．我国设计的“玉兔号”月球车上应用了钚238小型核能电池。已知钚（SKIPIF1<0）在衰变的过程中放出一个电子，生成新原子核镅（Am）。若钚（SKIPIF1<0）的比结合能为E1，镅（Am）的比结合能为E2下列说法正确的是（）A．衰变方程为SKIPIF1<0B．原子核镅（Am）有145个中子C．衰变过程中释放的核能为238（SKIPIF1<0）D．月球昼夜温差大会影响钚238的半衰期4．我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。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。SKIPIF1<0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SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0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．SKIPIF1<0的结合能小于SKIPIF1<0与SKIPIF1<0的结合能之和B．X为中子，a=2C．SKIPIF1<0的比结合能比SKIPIF1<0的大D．上述核反应中放出的核能E=(mU－mBa－mKr－3mX)c25．2019年1月3日，“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离，实现月球背面着陆。“玉兔二号”搭载了一块核电池，利用SKIPIF1<0Pu衰变为SKIPIF1<0U释放能量，可在月夜期间提供一定的电能。已知SKIPIF1<0Pu的质量为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0U的质量为SKIPIF1<0，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A．SKIPIF1<0Pu发生β衰变后产生的新核为SKIPIF1<0UB．SKIPIF1<0Pu衰变为SKIPIF1<0U，中子数减少2C．温度升高时，SKIPIF1<0Pu的衰变会加快D．SKIPIF1<0Pu衰变为SKIPIF1<0U释放的能量为SKIPIF1<06．幽门螺杆菌很容易诱发胃肠疾病，临床上常用的检测方法之一是做碳14（SKIPIF1<0）呼气试验。被检者口服含SKIPIF1<0的胶囊后休息等待一段时间，再用吹气管向二氧化碳吸收剂中吹气，通过分析呼气中标记的SKIPIF1<0的含量即可判断胃中幽门螺杆菌的存在情况。SKIPIF1<0的半衰期是5730年，而且大部分是SKIPIF1<0衰变，其衰变方程为SKIPIF1<0。则下列说法正确的是（）A．新核X比SKIPIF1<0少了一个中子B．被检者发烧时会促使SKIPIF1<0衰变加快，导致检测不准C．若有2个SKIPIF1<0原子，则经过5730年后就一定会有1个SKIPIF1<0发生衰变D．衰变产生的SKIPIF1<0粒子可能是来自于药物化学反应中得失的电子7．硼中子俘获治疗是近年来肿瘤治疗领域新兴的精准诊疗手段。先给患者注射一种含硼（SKIPIF1<0）的药物，药物和体内的肿瘤细胞有强亲和力，能够迅速特异性的聚集在肿瘤细胞内，给肿瘤细胞贴上一个“坏人”的标记。再用超热中子束对肿瘤部位进行照射，肿瘤细胞内的硼俘获中子后，生成X，X衰变后生成高杀伤力的Y粒子、SKIPIF1<0和SKIPIF1<0射线，保证精准杀死肿瘤细胞的同时不损伤正常组织。下列说法正确的是（）A．X是SKIPIF1<0的放射性同位素B．Y为SKIPIF1<0粒子C．可以通过改变温度控制X的衰变速度D．一个Y粒子和一个SKIPIF1<0的质量之和等于一个X的质量8．核反应堆常用的核燃料是SKIPIF1<0或SKIPIF1<0，SKIPIF1<0在自然界并不存在，可以利用核反应堆中产生的中子打击SKIPIF1<0生成。已知SKIPIF1<0具有放射性，发生衰变生成SKIPIF1<0并释放γ光子，设SKIPIF1<0衰变前处于静止状态，忽略γ光子动量，下列说法正确的是（）A．SKIPIF1<0核中有94个中子B．衰变过程有质量亏损，但衰变前后质量数守恒C．SKIPIF1<0衰变为SKIPIF1<0的过程为β衰变D．生成物SKIPIF1<0与SKIPIF1<0的动能之比为4∶2359．2021年12月中国科学院等离子体物理研究所发布了一条核聚变领域的突破性消息：EAST全超导托卡马克装置（东方超环）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。在聚变反应中，一个氘核（SKIPIF1<0）和一个氚核（SKIPIF1<0）结合为一个氦核（SKIPIF1<0），并放出一个X粒子，同时释放能量，关于核聚变下列说法正确的是（）A．X粒子是中子B．高温剧烈的热运动使原子核有足够的动能克服库仑斥力发生聚变C．氚核的比结合能大于氦核的比结合能D．若该装置每秒释放的能量为SKIPIF1<0，则每秒参与反应的氘核和氚核质量约为SKIPIF1<010．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片，如图所示。已知两个相切圆的半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是（）A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B．径迹1、2可能都是衰变后粒子顺时针转动形成的C．若衰变方程是SKIPIF1<0，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117:2D．若衰变方程是SKIPIF1<0，则SKIPIF1<011．现有两动能均为E0=0.35MeV的SKIPIF1<0在一条直线上相向运动，两个SKIPIF1<0