1、- 1 -课时分层作业 三十五放射性元素的衰变 核能(45 分钟 100 分)选择题(本题共 16 小题,共 100 分。110 题为单选题,1116 题为多选题,112 题每小题 6 分,1316题每小题 7 分)1.关于原子核,下列说法中错误的是 ( )A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子时所吸收的能量B.所有核子之间都有核力C.核子结合成原子核时会出现质量亏损,质量亏损所对应的能量即为核反应释放的核能D.比结合能越大原子核越稳定【解析】选 B。原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需吸收的能量,故 A 项正确;核力是短程力,只有相邻核子之间才有核力,故 B 项错误;自由核子组
2、成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,故 C 项正确;比结合能越大,原子核越稳定,故 D 项正确。2.(2018洛阳模拟)如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置,实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场 E,通过显微镜可以观察到,在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数。若撤去电场后继续观察,发现每分钟闪烁的亮点数没有变化;如果再将薄铝片移开,观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加,由此可以判断,放射源发出的射线可能为 ( )A. 射线和 射线 B. 射线和 射线C. 射线和 X 射线 D. 射线和 射线【解析】选 D。三种射线中 射线和 射线带电,进入电场后会发生偏转,
3、而 射线不带电,不受电场力,电场对它没有影响,在电场中不偏转。由题,将电场撤去,从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化,可知射线中含有 射线。再将薄铝片移开,则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大为增加,根据 射线的特性:穿透本领最弱,一张纸就能挡住,分析得知射线中含有 射线,故放射源所发出的射线可能为 射线和 射线,故 D 项正确。【加固训练】(2018庆阳模拟)如图甲是 、 三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图,请问图乙中的检查利用的是 ( )- 2 -A. 射线 B. 射线C. 射线 D.三种射线都可以【解析】选 C。、 三种射线中
4、 射线电离能力最强, 射线穿透能力最强,因此用 射线来检查金属内部的伤痕,故选 C。3.(2018肇庆模拟 U 的衰变有多种途径,其中一种途径是先衰变成 Bi,然后可以经一次衰变变成X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成 Ti,最后都衰变变成 Pb,衰变路径如图所示,下列说法中正确的是( )A.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变B.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变C.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变D.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变【解析】选 B。Bi 经过变化为 X,质量数没有发生变化,为 衰变,经
5、过变化为 Pb,质量数少 4,为 衰变,过程变化为 Ti,电荷数少 2,为 衰变,过程的电荷数增加 1,为 衰变。故 B 项正确。4.(2018长春模拟)2017 年 1 月 9 日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、 衰变等。下列关于核反应的说法正确的是 ( )A. Th 衰变为 Rn,经过 3 次 衰变,2 次 衰变B H H He n 是 衰变方程 Th Pa e 是 衰变方程C U n Ba Kr+ n 是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程D.高速运动的 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为
6、He N O n- 3 -【解析】选 A。 Th 衰变为 Rn,经过 3 次 衰变,2 次 衰变,故 A 正确;H H He n 是核聚变方程, Th Pa e 是 衰变方程,故 B 错误;U n Ba Kr+ n 是核裂变方程,不是氢弹的核反应方程,故 C 错误;高速运动的 粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,其核反应方程为 He NO H,故 D 错误。5.(2018衡水模拟)碳 14 可以用来作示踪剂标记化合物,也常在考古学中测定生物死亡年代,在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳 14 原子核,它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示,a、b 均表示长度,那么碳 14
7、的衰变方程可能为 ( )A C He + Be B C e + BC C e + N D C H + B【解析】选 A。对图线分析,根据类平抛运动,对放射出的粒子 1 有 v1t=b, t2=4b,对反冲核 2 有 v2t=a, t2=2a,又根据动量守恒定律可得 m1v1=m2v2,联立解得 q1=2q2,故 A 项正确。6.轻核的聚变反应会释放大量的能量,同时核聚变产物一般不会污染环境,是人类获得能源的理想方式。核聚变反应过程主要是以下四种H H He+X1+3.27 MeVH H H+X2+4.04 MeVH H He+X3+17.85 MeVH He He+X4+18.34 MeV-
8、4 -对上面的反应中的 X1、X 2、X 3、X 4,属于中子的是( )A.X1、X 2、X 3、X 4 B.X2、X 3、X 4C.X3、X 4 D.X1、X 3【解析】选 D。 H H He+X1+3.27 MeV 中,X 1的质量数:A=2+2-3=1,电荷数:Z=1+1-2=0,所以 X1是中子 H H H+X2+4.04 MeV,X2的质量数:A=2+2-3=1,电荷数:Z=1+1-1=1,所以 X2是质子,不是中子H H He+X3+17.85 MeV,X3的质量数:A=2+3-4=1,电荷数:Z=1+1-2=0,所以 X3是中子 H HeHe+X4+18.34 MeV,X4的质量
9、数:A=2+3-4=1,电荷数:Z=1+2-2=1,所以 X4不是中子,是质子;故 D 项正确,A、B、C 项错误。7.(2018南昌模拟)一个静止的放射性同位素的原子核 P 衰变为 Si,另一个静止的天然放射性元素的原子核 Th 衰变为 Pa,在同一磁场中,得到衰变后粒子的运动径迹 1、2、3、4,如图所示,则这四条径迹依次是 ( )A.图中 1、2 为 Th 衰变产生的 Pa 和 e 的轨迹,其中 1 是电子 e 的轨迹B.图中 1、2 为 P 衰变产生的 Si 和 e 的轨迹,其中 2 是正电子 e 的轨迹C.图中 3、4 是 P 衰变产生的 Si 和 e 的轨迹,其中 3 是正电子 e
10、 的轨迹D.图中 3、4 轨迹中两粒子在磁场中旋转方向相反【解题指导】解答本题应注意以下两个方面:(1)原子核衰变过程产生的粒子和新核遵循动量守恒定律;(2)原子核衰变过程产生的粒子和新核在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=m ,则半径 r= = 。【解析】选 C。放射性元素放出正电子时,正粒子与反冲核的速度方向相反,而电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的轨迹应为外切圆;而放射性元素放出 粒子时, 粒子与反冲核的速度- 5 -方向相反,而电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的轨迹应为内切圆。放射性元素放出粒子时,两带电粒子
11、的动量守恒。由半径公式 r= = ,可得轨迹半径与动量成正比,与电量成反比,而正电子和 粒子的电量比反冲核的电量小,则正电子和 粒子的半径比反冲核的半径都大,故轨迹1、2、3、4 依次是 Pa、电子、正电子 Si;由上分析,可知,故 C 项正确,A、B、D 项错误。8.某核反应方程为 H H He+X。已知(1 u=931 MeV) H 的质量为 2.013 6 u H 的质量为 3.018 0 u He 的质量为 4.002 6 u,X 的质量为 1.008 7 u,则下列说法中正确的是 ( )A.X 是中子,该反应释放能量,放出 18.271016 J 能量B.X 是中子,该反应释放能量,
12、放出 18.90 MeV 能量C.X 是质子,该反应吸收能量,吸收 18.90 MeV 能量D.X 是中子,该反应吸收能量,吸收 18.271016 J 能量【解析】选 B。核反应方程为 H H He+X,根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得:X 的质量数为 1,核电荷数为 0。所以 X 是中子。反应前质量为:2.013 6 u+3.018 u=5.031 6 u,反应后质量为:4.002 6 u+1.008 7 u=5.011 3 u,反应过程质量亏损为:m=5.031 6 u-5.011 3 u=0.020 3 u,反应过程释放的能量:E=0.020 3931 MeV=18.899 3 M
13、eV18.90 MeV,故 A、C、D 项错误,B 项正确。9.静止的氡核 Rn 放出 粒子后变成钋核 Po, 粒子动能为 E 。若衰变放出的能量全部变为反冲核和 粒子的动能,真空中的光速为 c,则该反应中的质量亏损为 ( )A. B.0C. D. 【解析】选 C。设 粒子的质量为 m1,反冲核的质量为 m2,反冲核的速度大小为 v,则根据动量守恒定律可得:m 1v=m2v,得: = = , 粒子动能为 E = - 6 -m1v2,反冲核的动能 E= m1( v)2= E ,则释放的总动能为:E + E= E ,根据能量守恒,则释放的核能 E= E ,根据爱因斯坦质能方程: E =mc 2,得
14、:m= ;故选 C。【加固训练】(2018抚州模拟)运动的原子核 X 放出 粒子后变成静止的原子核 Y。已知原子核 X、 粒子的质量分别是 M、m, 粒子的动能为 E,真空中的光速为 c, 粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是 ( )A. E B. EC. E D. E【解析】选 B。核反应中动量守恒,有:mv =MvX, 粒子的动能为 E= m ,根据能量守恒得,E= m - M ,由爱因斯坦质能方程得,E=mc 2,联立解得m= E,故 B 项正确,A、C、D 项错误。10.(2018龙岩模拟)原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子核结构和核反应的说法中正
15、确的是 ( )A.原子核 a 和 b 聚变成原子核 c 时会有质量亏损,要放出能量B.原子核 f 裂变成原子核 d 和 e 时会有质量增加,要吸收能量C.原子核 c 中核子的平均质量要比原子核 b 的大D.原子核 f 中核子的平均质量要比原子核 e 的小- 7 -【解析】选 A。由图可知,a、b 的平均结合能小于 c,原子核 a 和 b 聚变成原子核 c 时会有质量亏损,要放出能量,故 A 项正确;原子核 f 裂变成原子核 d 和 e 时,有质量亏损,放出能量,故 B 项错误;a、b 聚变成 c时有质量亏损,可知原子核 c 中核子的平均质量小于 b,故 C 项错误;f 裂变成 d 和 e 时,
16、有质量亏损,可知f 中核子的平均质量比原子核 e 的大,故 D 项错误。【加固训练】如图所示是描述原子核核子的平均质量 与原子序数 Z 的关系曲线,由图可知下列说法正确的是 ( )A.将原子核 A 分解为原子核 B、C 可能吸收能量B.将原子核 D、E 结合成原子核 F 可能吸收能量C.将原子核 A 分解为原子核 B、F 一定释放能量D.将原子核 F、C 结合成原子核 B 一定释放能量【解析】选 C。若原子核 A 分裂成原子核 B、C,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,故 A 项错误;由图可知原子核 D、E 结合成原子核 F,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,故 B 项
17、错误;将原子核 A 分解为原子核 B、F,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,故 C 项正确;F 与 C 的平均质量小于 B 的平均质量,所以若原子核 F、C 结合成原子核 B,则质量增加,根据爱因斯坦质能方程,要吸收能量,故 D 项错误。11.由于放射性元素 Np 的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知 Np 经过一系列 衰变和 衰变后变成 Bi,下列论断中正确的是 ( )A.衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒B Bi 的原子核比 Np 的原子核少 18 个中子C.衰变过程中共发生了 7 次 衰变和 4 次 衰变D.经过两个半衰期后含有 N
18、p 的矿石的质量将变为原来的四分之一【解析】选 B、C。衰变过程中原子核的质量数和电荷数守恒,质量会有亏损,故 A 项错误 Bi 的中子数为 209-83=126 Np 的中子数为 237-93=144;故 Bi 的中子数比 Np 的中子数少 144-126=18,- 8 -故 B 正确; Np 经过一系列 衰变和 衰变后变成 Bi,设 衰变次数为 m, 衰变次数为 n;则4m=237-209,2m-n=93-83,解得 m=7,n=4,故 C 项正确;经过两个半衰期后矿石中 Np 的质量将变为原来的四分之一,故 D 项错误。12.下列说法正确的是 ( )A H H He n 是 衰变B U
19、n Xe Sr+ n 是裂变C Ra Rn He 是 衰变D Na Mg e 是裂变【解题指导】解答本题应注意以下两个方面:(1)掌握衰变的实质,裂变、聚变和原子核的人工转变等方程式的特点。(2)书写核反应方程时应遵循质量数、核电荷数守恒。【解析】选 B、C。此式是聚变反应,故 A 项错误;裂变是质量较大的核裂变成质量中等的核,故 B 项正确; 衰变生成氦原子核,故 C 项正确; 衰变生成电子,故 D 项错误。13.(2018新余模拟)放射性物质碘 131 的衰变方程为 I Xe+Y。根据有关放射性知识,下列说法正确的是 ( )A.生成的 Xe 处于激发态,放射 射线。 射线的穿透能力最强,电
20、离能力也最强B.若 I 的半衰期大约是 8 天,取 4 个碘原子核,经 16 天就只剩下 1 个碘原子核了C.Y 粒子为 粒子D I 中有 53 个质子和 131 个核子【解析】选 C、D。生成的 Xe 处于激发态,还会放射 射线。 射线的穿透能力最强, 射线是高能光子,即高能电磁波,它是不带电的,所以 射线的电离作用很弱,故 A 项错误;半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核才适用,对少数原子核是不适用的。所以,若取 4 个碘原子核,经 16 天剩下几个碘原子核无法预测,故 B 项错误;反应方程中 I Xe+Y,根据衰变过程中质量数和电荷数守恒,Y 粒子为 粒子,故 C 项正确;电荷数等于质
21、子数,可知 I 中有 53 个质子,131 表示质量数即核子数,故 D 项正确。- 9 -14.PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射性同位素 O 注入人体,参与人体的代谢过程 O 在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象。根据 PET 原理,下列说法正确的是 ( )A. O 衰变的方程式为 O N eB.将放射性同位素 O 注入人体 O 的主要用途作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较长【解析】选 A、B。由质量数守恒和电荷数守恒得 O 的衰变的方
22、程式是 O N e,故 A 项正确;将放射性同位素 O 注入人体 O 的主要用途作为示踪原子,故 B 项正确;正负电子湮灭生成两个光子,故 C 项错误;氧在人体内的代谢时间不长,因此 PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较短,故 D 项错误。15.一静止的铝原子核 Al 俘获一速度为 1.0107 m/s 的质子 p 后,变为处于激发态的硅原子核 Si*,下列说法正确的是 ( )A.核反应方程为 p Al Si*B.核反应过程中系统能量不守恒C.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为 105 m/s,方向与质子初速度方向一致【解析】选 A、D。根
23、据质量数和电荷数守恒可得核反应方程 p Al Si*,A 正确;核反应过程中系统能量守恒,B 错误;由于反应过程中,要释放大量的能量,即伴随着质量亏损,所以生成物的质量小于反应物的质量之和,C 错误;由动量守恒可知 mv=28mv,解得 v= 107 m/s,故数量级为 105 m/s,D 正确。16.月球土壤里大量存在着一种叫作“氦 3 He)”的化学元素,是核聚变的重要原料之一。科学家初步估计月球上至少有 100 万吨“氦 3”,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3”与“氘核 H)”聚变生成“氦 4 He)”,下列说法中正确的是 ( )A.该核反应方程式为 He H He HB.核反应生成物的质量将大于参加的反应物的质量- 10 -C.该核反应出现质量亏损,释放能量D.因为“氦 3”比“氦 4”的比结合能小,所以“氦 3”比“氦 4”稳定【解析】选 A、C。该核反应方程为 He H He H,电荷数守恒,质量数守恒,故 A 正确;关于“氦 3 He)”与“氘核 H)”聚变生成“氦 4 He)”和质子,有大量的能量放出,根据爱因斯坦质能方程,知有质量亏损,生成物的质量小于参加的反应物的质量,故 B 错误,C 正确;比结合能越大,原子核越稳定,故D 错误。
