2024高考物理一轮复习第十五章波粒二象性原子结构原子核第3讲原子核练习含解析鲁科版

PAGE9-第3讲原子核考点一原子核的衰变、半衰期三种射线的比较【典例1】自然放射性元素放出的三种射线的穿透实力试验结果如图所示,由此可推知 ()A.②来自于原子核外的电子B.①的电离作用最强,是一种电磁波C.③的电离作用较强,是一种电磁波D.③的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子【解析】选D。三种射线均来自于原子核内,A错误;从图中可看出,一张纸能拦住①射线,则①射线肯定是α射线,其贯穿本事最差,电离实力最强,但不是电磁波,而是高速粒子流,B错误;铝板能拦住②,而不能拦住③,说明③肯定是γ射线,其电离实力最弱,贯穿本事最强,是一种电磁波,属于原子核内以能量形式释放出来的以光速运行的高能光子,C错误,D正确。衰变次数的计算【典例2】(多选)自然放射性元素

90232Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后,变成

82208Pb(A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B.铅核比钍核少8个质子C.β衰变所放出的电子来自原子核外D.钍核比铅核多24个中子【解析】选A、B。由于β衰变不会引起质量数的削减,故可先依据质量数的削减确定α衰变的次数,x=232-2084=6,再结合核电荷数的变更状况和衰变规律来判定β衰变的次数,2x-y=90-82=8,y=2x-8=4,钍232核中的中子数为232-90=142,铅208核中的中子数为208-82=126,所以钍核比铅核多16个中子,铅核比钍核少8个质子,由于物质的衰变与元素的化学状态无关,所以β衰变所放出的电子来自原子核内,所以A与磁场结合的问题【典例3】(多选)如图,静止的

92238U核发生α衰变后生成反冲Th核,两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动,A.衰变方程可表示为

92238U→

90B.Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45C.Th核和α粒子的动能之比为1∶45D.Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反【解析】选A、B。已知α粒子为

24He,则由电荷数守恒及质量数守恒可知,衰变方程为:92238U→90234Th+24He,故A正确;Th核和α粒子都带正电荷,则在题图匀强磁场中都是逆时针旋转,故D错误;由动量守恒可得衰变后vThvα=mαmTh=4234,则Th核和α粒子的动能之比12mThvTh212mαvα2=2344×42342=4234=2117,故C错误;粒子在匀强磁场中运动半衰期【典例4】(多选)钍

90234Th具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镤

91234Pa,同时伴随有γ射线产生,其方程为

90234ThA.X为质子B.X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C.γ射线是镤原子核放出的D.1g钍

90234Th经过120天后还剩0.3125【解析】选B、C。依据电荷数和质量数守恒知,钍核衰变过程中放出了一个电子,即X为电子,故A错误;发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的,故B正确;γ射线是镤原子核放出的,故C正确;钍的半衰期为24天,1g钍

090234Th经过120天即经过5个半衰期后还剩0.03125g,故1.α衰变、β衰变的比较:衰变类型α衰变β衰变衰变方程

ZAX→Z

ZAX→Z+1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+20

01n→1匀强磁场中轨迹形态衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.衰变次数的确定方法:方法一:确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律,设放射性元素

ZAX经过n次变和m次β衰变后,变成稳定的新元素

Z'A'Y,则表示该核反应的方程为

ZAX→A=A′+4n,Z=Z′+2n-m,由以上两式联立解得n=A-A'4方法二:因为β衰变对质量数无影响,可先由质量数的变更确定α衰变的次数,然后依据衰变规律确定β衰变的次数。【加固训练】某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线,让这三种射线进入磁场,运动状况如图所示。下列说法正确的是 ()A.该放射性物质的半衰期随温度的上升会增大B.C粒子是原子核的重要组成部分C.A粒子肯定带正电D.B粒子的穿透性最弱【解析】选C。半衰期由原子核本身确定,与外界因素无关,故A错误;由题图可知C粒子为电子,而原子核带正电,故B错误;由左手定则可知,A粒子肯定带正电,故C正确;B粒子为γ射线,穿透性最强,故D错误。考点二核反应与核反应方程【典例5】(2024·淄博模拟)在匀强磁场中,有一个原来静止的

614C原子核,它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆,圆的直径之比为7∶1,那么碳14A.614C→+10e+514B BC.614C→12H+512B D【解析】选D。由动量守恒定律可知,放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反,由在磁场中两圆径迹内切可知,反冲核带正电,放出的粒子带负电,由两圆直径之比为7∶1和R=mvqB可知,反冲核的电荷量是粒子的7倍,故选项D1.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

92238U→90β衰变自发

90234Th→91人工转变人工限制

714N+24He(卢瑟福发觉质子)

24He+49Be(查德威克发觉中子)

1327Al→1530P(约里奥·居里夫妇发觉放射性同位素及正电子)

1530P→14重核裂变比较简洁进行人工限制

92235U+01n→56

92235U+01n→54轻核聚变除氢弹外无法限制

12H+13H2.核反应过程一般都是不行逆的,所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。3.核反应的生成物肯定要以试验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰诞生成物来写核反应方程。4.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变更。5.核反应遵循电荷数守恒。【加固训练】(多选)下列说法正确的是 ()A.715N+11HC+2B.11H+12C.92238UTh+2D.24He+1327AlP【解析】选B、D。选项A所给式不符合α衰变规律,所以不是α衰变方程,故选项A错误;核聚变指的是两个轻核结合成质量数较大的核,故选项B正确;铀核裂变过程中肯定会产生中子,所给反应方程式没有中子产生,故选项C错误;选项D中方程代表的是原子核转变为另一种原子核的过程,是人工转变方程,故选项D正确。考点三核能及其计算质能方程【典例6】(2024·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为411H→24He+210e+2ν,已知

11H和

24He的质量分别为mp=1.0078u和mα=4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光速。在4个

A.8MeV B.16MeVC.26MeV D.52MeV【解析】选C。依据质能方程ΔE=Δm·c2,得ΔE=(4mp-mα-2me)·c2,因核反应前后质量亏损约为Δm=(1.0078×4-4.0026)u=0.0286u,故释放的能量约为ΔE=931MeV/c2×Δm=26.6MeV,C正确,A、B、D错误。能量和动量守恒【典例7】(2024·滨州模拟)现有两个动能均为E0=0.35MeV的

12H在一条直线上相向运动,两个

12H发生对撞后能发生核反应,得到

23He和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为2.0141u,23He的质量为3.0160u,新粒子的质量为1.0087u,核反应时质量亏损1u释放的核能约为931MeV(假如涉及计算,结果保留整数)A.核反应方程为

12H+12HB.核反应前后不满意能量守恒定律C.新粒子的动能约为3MeVD.23He的动能约为4【解析】选C。由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知

12H+12H→23He+01n,则新粒子为中子

01n,所以A错误;核反应过程中质量亏损,释放能量,仍旧满意能量守恒定律,B错误;由题意可知ΔE=(2.0141×2-3.0160-1.0087)×931MeV≈3MeV,依据核反应中系统的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,依据核反应中系统的动量守恒有pHe-pn=0,由Ek=p22m,可知1MeV,Ekn=mHemn+mHe(2E0+ΔE)≈31.质能方程的理解:(1)肯定的能量和肯定的质量相联系,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洁的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量削减,质量也削减。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应削减,即ΔE=Δmc2。(3)原子核分解成核子时要汲取肯定的能量,相应的质量增加Δm,汲取的能量为ΔE=Δmc2。2.核能释放的两种途径的理解:中等大小的原子核的比结合能最大,这些