2018届高考物理一轮总复习检测第十一章第4课时天然放射现象核反应核能Word版含答案

一、天然放射现象、原子核的组成
1．天然放射现象
(1)天然放射现象．
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．
(2)放射性和放射性元素．
物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．
具有放射性的元素叫放射性元素．
2．原子核
(1)原子核的组成．
①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．
②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．
③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．
(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．
3．三种射线的比较
二、原子核的衰变和半衰期
1．原子核的衰变
(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
(2)分类．
2．半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．
1．β射线是光子流．(×)
2．原子核是由质子和中子组成的．(√)
3．半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用．(√)
4．人造放射性同位素被广泛地应用．(√)
5．核力是弱相互作用力．(×)
6．爱因斯坦质能方程反映了物质的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(×)
7．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，同时遵循电荷数守.(√)
1．(2015·北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是()
A.147N＋42He→178O＋11H
B.23892U→23490Th＋42H e
C.21H＋31H→42He＋10n
D.23490Th→23491Pa＋0－1e
解析：α衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出α粒子的过程，可以看出选项B正确；选项A为人工转变方程；选项C为轻核聚变；选项D为β衰变．
答案：B
2．(2016·南京模拟)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：23592U＋10n→a＋b＋210n，则a＋b可能是()
A.14054Xe＋9336Kr
B.14156Ba＋9236Kr
C.14156Ba＋9338Sr
D.14054Xe＋9438Sr
解析：核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，通过核反应前后的质量数和电荷数相等不难得出选项A、B、C错误，D正确．答案：D
3．(2016·保定模拟)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素23994Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为23994Pu→X＋42He＋γ，下列说法中正确的是()
A．X原子核中含有92个中子
B．100个23994Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量
增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力解析：根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可得，X原子核中含有92个质子，235个核子，则中子数为235－92＝143(个)，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，100个23994Pu 经过24 100年后不一定还剩余50个，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，选项C错误；衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，选项D正确．答案：D
4．(2017·豫北六校联考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H＋31H→42He＋x，式中x是某种粒子．已知：21H、31H、42He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是________，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x的质量数为1，电荷数为零，故x为中子．质量亏损Δm＝2.01 4 1u＋3.016 1 u－(4.002 6 u＋1.008 7 u)＝0.018 9 u，E＝Δmc2＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV.
答案：10n(或中子)17.6
一、单项选择题
1．(2015·重庆卷)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里．以下判断可能正确的是()
A．a、b为β粒子的径迹
B. a、b为γ粒子的径迹
C. c、d为α粒子的径迹
D. c、d为β粒子的径迹
解析：γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误．α粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、C错误，β粒子是带负电的电流，应向下偏转，选项D正确．
答案：D
2．(2014·北京卷)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2
解析：一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，根据质能方程，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误．
答案：C
3．(2016·太原模拟)如图所示，由天然放射性元素钋(Po)放出的射线x1，轰击铍(94Be)时会产生粒子流x2，用粒子流x2轰击石蜡时会打出粒子流x3，经研究知道()
A．x1为α粒子，x2为质子
B．x1为α粒子，x3为质子
C．x2为质子，x3为中子
D．x2为质子，x3为光子
解析：用从钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透力很强的粒子流．如果用这种粒子流轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．查德威克经过研究，发现这种粒子正是卢瑟福猜想的中子．由以上可知x1为α粒子，x2为中子，x3为质子，B正确，A、C、D错误．
答案：B
4．(2014·重庆卷)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )
A.m 4
B.m
8 C.m 16 D.m 32
解析：由半衰期公式m ′＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ可知，m ′＝m ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1232/8＝116m ，
故选项C 正确．
答案：C
5．(2017·吉林模拟)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的
B ．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C ．已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g 氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75 g 砝码天平才能再次平衡
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
解析：β衰变是原子核内的中子转化成质子同时释放一个电子，选项A正确，B错误；半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核的质量减少一半，选项C错误；α粒子为氦原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，选项D错误．
答案：A
6．(2017·沈阳模拟)在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286 Rn)，由于衰变它放出一粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个互相外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个()
A.22286Rn→22287Fr＋0－1e
B.22286Rn→21884Po＋42He
C.22286Rn→22286At＋01e
D.22286Rn→22285At＋01e
解析：氡核的衰变过程满足动量守恒定律，其放出的粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运
动时，洛伦兹力提供向心力，即B v q＝m v2
r，所以r＝
m v
Bq，当粒子动
量大小相同，磁感应强度恒定时，q∝1
r，根据题意，放出的粒子与反
冲核的电荷数之比为1∶42，据此可知，选项B正确．
答案：B
二、多项选择题
7．(2015·山东卷)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约为5 700年．已知植物存活其间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是() A．该古木的年代距今约为5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C. 14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
解析：因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误．
答案：AC
8．关于原子核的结合能，下列说法正确的是()
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能
之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原
子核的结合能
解析：结合能是指核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量，选项A正确；由于重原子核变成α粒子和另一个新核的过程释放能量，而总能量守恒，因此，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；原子核的核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子结合成原子核时释放能量．因此，质量亏损对应的能量小于原子核的结合能，选项E错误．
答案：ABC
9．(2017·青岛模拟)由于放射性元素23793Np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
237
Np经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi，下列判断中正确的是93
()
A. 20983Bi的原子核比23793Np的原子核少28个中子
B. 20983Bi的原子核比23793Np的原子核少18个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D ．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
解析：209 83Bi 的中子数为209－83＝126，237 93Np 的中子数为237－
93＝144，209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少18个中子，
选项A 错误，B 正确；衰变过程中共发生了α衰变的次数为237－2094
＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，选项C 正确，D 错误．
答案：BC
三、非选择题
10．(2016·承德模拟)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108 K 时，可以发生“氦燃烧”．
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋____→84Be ＋γ.
(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的84Be ，经7.8×10－16 s 后所剩84Be 占开始时的________．
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，可知参与反应的原子核质量数为4，电荷数为2，因此是42He.
(2)原子核经过3个半衰期所剩原子核的质量是原来的18
. 答案：(1) 42He (2)18
或12.5%
11．(2016·日照模拟)某些建筑材料可产生放射性气体—氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么氡会经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体
健康．原来静止的氡核(22286Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放
出一个能量E0＝0.09 MeV的光子．已知放出的α粒子动能E
α＝5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u相当于931.5 MeV/c2.
(1)写出衰变的核反应方程．
(2)衰变过程中总的质量亏损为多少(结果保留三位有效数字)?
解析：(1)发生α衰变，方程为22286Rn→21884Po＋42He＋γ.
(2)忽略光子的动量，由动量守恒定律，有0＝pα－p Po
又E k＝p2
2m，
新核钋的动能E Po＝4
218Eα.
由题意知，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核钋、α粒子的动能形式出现，衰变时释放出的总能量
ΔE＝Eα＋E Po＋E0＝Δmc2.
则衰变过程中总的质量亏损Δm＝0.006 16 u.
答案：(1) 22286Rn→21884Po＋42He＋γ(2)0.006 16 u。