2019人教版高三物理核反应和核能测试题含解析.doc

天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 课时分层集训(三十四)　核反应和核能 ‎(限时：40分钟)‎ ‎(对应学生用书第337页)‎ ‎[基础对点练]‎ 原子核的衰变及半衰期 ‎1．下列说法中正确的是(　　)‎ A．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量 B.88Ra(镭)衰变为86Rn(氡)要经过1次α衰变和1次β衰变 C．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流 D．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间 D　[质子与中子结合成氘核，需放出能量，A错误．根据质量数、电荷数守恒判断，只发生一次α衰变，B错误；β射线是原子核发生β衰变形成的，是原子核中放出的电子，C错误；根据半衰期的概念，D正确．]‎ ‎2．(2018·吉林模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和 B．在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律 C．在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的 D．镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，也就是说，100个镭226核经过1 620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变 B　[原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项A错误；在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律，选项B正确；在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，所以选项D错误．]‎ ‎3. (2018·济南模拟)‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图1224所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是(　　)‎ 图1224‎ A．由Ra到Ac的衰变是α衰变 B．已知Ra的半衰期是T，则8个Ra原子核经过2T时间后还剩2个 C．从Th到Pb共发生5次α衰变和2次β衰变 D．图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线 C　[由题图可知，Ra衰变后的新原子核为Ac，新原子核的质子数比Ra的多1个，所以是β衰变，选项A错误；原子核的半衰期是对大量原子核的行为做出的统计预测，对于单个的微观事件是不可预测的，选项B错误；由质量数和电荷数守恒知，从Th到Pb共发生5次α衰变和2次β衰变，选项C正确；γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的，选项D错误．]‎ ‎4.研究放射性元素射线性质的实验装置如图1225所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则(　　)‎ 图1225‎ A．a为电源正极，到达A板的为α射线 B．a为电源正极，到达A板的为β射线 C．a为电源负极，到达A板的为α射线 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ D．a为电源负极，到达A板的为β射线 B　[从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B极板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x＝v0t＝v0，两个粒子初速度v0相差不大，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离也相同，而电子的小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确．]‎ ‎(多选)(2017·南通模拟)钍Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋X，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是(　　)‎ A．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．1 g钍Th经过120天后还剩0.312 5 g BC　[根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同时产生的，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，1 g钍Th经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g，故D错误．]‎ 核反应方程 ‎5．如图1226所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(Po)衰变放出的α粒子轰击铍(Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来．下列说法正确的是(　　)‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 图1226‎ A．α粒子是氦原子 B．粒子Q的穿透能力比粒子P的强 C．钋的α衰变方程为Po→Pb＋He D．α粒子轰击铍的核反应方程为He＋Be→C＋n D　[α粒子是氦原子核，选项A错误；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，当质子射入物体时，受到的库仑力作用会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，所以选项B错误；在钋衰变中，根据质量数守恒知产生的是Pb，并非Pb，选项C错误；He＋Be→6C＋n是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确．]‎ ‎6．(2018·淮北模拟)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：92U＋n→a＋b＋2n，则a＋b可能是(　　)‎ A.56Ba＋Kr　　　　　 B.54Xe＋Sr C.56Ba＋Sr D.54Xe＋Kr B　[核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数都守恒，A质量数不守恒，B质量数和电荷数都守恒，C电荷数不守恒，D质量数和电荷数都不守恒，故B正确．]‎ ‎7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为 ‎6H―→kHe＋dH＋2n＋43.15 MeV 由平衡条件可知(　　) ‎ ‎【导学号：84370497】‎ A．k＝1，d＝4　　　　　　 B．k＝2，d＝2‎ C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ B　[核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．]‎ ‎8．(2016·江苏高考)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是(　　)‎ A.6C→7N＋e B.U＋n→I＋Y＋2n C.H＋H→He＋n D.He＋Al→P＋n A　[放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象．A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核的人工转变方程，故选A.]‎ 核能的理解和计算 ‎9．(2018·太原模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，比结合能越大 B．核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量就是原子核的结合能 C．原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和 C　[组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但是结合能与核子数的比值即原子核的比结合能不一定越大，但比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A错误，C正确；自由核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，而原子核的结合能是指把核子分开所需要的能量，故B错误；发生核反应时，存在质量亏损，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，D错误．]‎ ‎10．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4，光速为c.下列说法中不正确的是(　　)‎ A．这种装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4‎ C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2‎ D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同 B　[可控热核反应装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n，故A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确．]‎ ‎11．已知氦原子的质量为MHeu，电子的质量为meu，质子的质量为mpu，中子的质量为mnu，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为(　　)‎ A．[2×(mp＋mn)－MHe]×931.5 MeV B．[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×931.5 MeV C．[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×c2 J D．[2×(mp＋mn)－MHe]×c2 J B　[核反应方程为2H＋2n→He，质量亏损Δm＝2×(mp＋mn)－(MHe－2me)＝2×(mp＋mn＋me)－MHe，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×931.5 MeV，选项B正确．]‎ ‎[考点综合练]‎ ‎12．现代科学的发展极大地促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：84370498】‎ A．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 B．天然放射现象表明原子核内部有电子 C．轻核聚变反应方程有：H＋H→He＋n D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长 C　[‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A、B错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级放出的光子能量比从n＝2能级跃迁到n＝1能级的大，由公式E＝，可知前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，D错误．]‎ ‎13．(多选)(2018·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有(　　)‎ A．X是中子 B．Y的质子数是3，中子数是6‎ C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应 AD　[在该核反应中，H＋H→He＋X＋17.6 MeV，根据电荷数守恒、质量数守恒，则X的电荷数为0，质量数为1，可知X是中子，故A正确．在X＋Y→He＋H＋4.9 MeV中，根据电荷数守恒、质量数守恒，Y的电荷数为3，质量数为6，则Y的质子数为3，中子数为3，故B错误．两个核反应都释放能量，都有质量亏损，故C错误．两核反应均为核聚变反应，故D正确．]‎ ‎14．钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u,1 uc2＝931.5 MeV .‎ ‎(1)写出衰变方程；‎ ‎(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能. ‎ ‎【导学号：84370499】‎ ‎[解析](1)衰变方程为 Pu―→U*＋He，U*―→U＋γ.‎ 或两式合并为 Pu―→U＋He＋γ.‎ ‎(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 由质能方程得ΔE＝Δmc2‎ 由能量守恒得ΔE＝EkU＋Ekα＋Eγ 设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒定律得mUvU＝mαvα 又EkU＝mUv，Ekα＝mαv 联立解得Ekα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]，‎ 代入题给数据得Ekα＝5.034 MeV.‎ ‎[答案](1)Pu―→U＋He＋γ ‎(2)5.034 MeV ‎15．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片，如图1227所示，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1，求：‎ 图1227‎ ‎(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？‎ ‎(2)图中哪一个是α粒子的径迹？‎ ‎[解析](1)设衰变后新核的带电荷量为qx，α粒子的带电荷量为qα＝2e，它们的质量分别为mx和mα，衰变后的速度分别为vx和vα，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q＝qx＋qα(或Z＝Zx＋Zα) ①‎ 根据轨道半径公式r＝可知，在同一磁场中γ∝，所以qx∶qα＝()∶() ②‎ 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即 mxvx＝mαvα ③‎ 解②和③式，得：qx∶qα＝rα∶rx qx＝(rα∶rx)×qα＝88e，(只能是rα∶rx＝44∶1，否则qx＝无意义)．‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎ 代入①式得：q＝90e，Z＝90.‎ ‎(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比，所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新核的径迹，两者电性相同，运动方向相反．‎ ‎[答案](1)90　(2)1‎ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/‎