2016黑龍江高考物理復(fù)習(xí)訓(xùn)練試題:天然放射衰變核能
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題至少一個(gè)答案正確,選不全得3分)
1.(2012·東城區(qū)模擬)同位素是指 ( )
A.核子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)不同的原子
B.核子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子
C.質(zhì)子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子
D.中子數(shù)相同而核子數(shù)不同的原子
2.(2012·黃浦區(qū)模擬)一個(gè)放射性原子核發(fā)生一次β衰變,它的 ( )
A.質(zhì)子數(shù)減少一個(gè),中子數(shù)不變
B.質(zhì)子數(shù)增加一個(gè),中子數(shù)不變
C.質(zhì)子數(shù)減少一個(gè),中子數(shù)增加一個(gè)
D.質(zhì)子數(shù)增加一個(gè),中子數(shù)減少一個(gè)
3.(2013·湛江模擬P具有放射性,發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程為PSi+X,則
( )
AP核內(nèi)有30個(gè)中子
BSi核內(nèi)有14個(gè)質(zhì)子
C.X粒子是質(zhì)子
D.X粒子是正電子
4.(2013·武漢模擬)2011年3月11日,日本東部海域發(fā)生里氏9.0級(jí)地震。地震所引發(fā)的福島核電站泄漏事故讓全世界都陷入了恐慌。下面有關(guān)核輻射的知識(shí),說(shuō)法正確的是 ( )
A.核泄漏中放射性物質(zhì)放射出α、β、γ三種射線,其中α射線的穿透能力
B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的
C.若使放射性物質(zhì)的溫度降低,其半衰期將減小
D.鈾核()衰變?yōu)殂U核()的過(guò)程中,要經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變
5.放射性同位素Na的半衰期是2小時(shí)。400 g的Na樣品經(jīng)過(guò)4小時(shí),還沒(méi)有發(fā)生衰變的樣品有 ( )
A.400 g B.300 g C.200 g D.100 g
6.(2013·寶雞模擬)2006年美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器,通過(guò)(鈣48)轟擊(锎249)發(fā)生核反應(yīng),成功合成了第118號(hào)元素,這是迄今為止門(mén)捷列夫元素周期表中原子序數(shù)的元素,實(shí)驗(yàn)表明,該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子X(jué),再連續(xù)經(jīng)過(guò)3次α衰變后,變成質(zhì)量為282的第112號(hào)元素的原子核,則上述過(guò)程中的粒子X(jué)是 ( )
A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.α粒子
7.對(duì)核反應(yīng)方程N(yùn)aMg+,下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.該反應(yīng)屬于β衰變
B.產(chǎn)物中的電子來(lái)源于Na的核外電子
CNa原子核的質(zhì)量比Mg原子核的質(zhì)量大
DNa原子核的質(zhì)量與Mg原子核的質(zhì)量相等
8.(2013·天水模擬)下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變后成為穩(wěn)定的原子核
B.發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是BeHe→
C.200個(gè)的原子核經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后剩下50個(gè)
D.在中子轟擊下生成Sr和的過(guò)程中,原子核中的平均核子質(zhì)量變小
9.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),質(zhì)量虧損為Δm,相應(yīng)的能量ΔE=Δmc2=2.2 MeV,是氘核的結(jié)合能,下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.用能量等于2.0 MeV的光子照射靜止的氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子
B.用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止的氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子,它們的動(dòng)能之和不為零
C.用能量等于2.4 MeV的光子照射靜止的氘核時(shí),氘核不可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子
D.用能量等于2.6 MeV的光子照射靜止的氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子,它們的動(dòng)能之和不為零
10.(2013·浦東模擬)在β衰變中常伴有一種稱(chēng)為“中微子”的粒子放出,1953年物理學(xué)家建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用中微子與水中的H進(jìn)行核反應(yīng),間接地證實(shí)了中微子(ν)的存在。中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng),產(chǎn)生中子n)和正電子(),核反應(yīng)方程為νHn+。由此可以判定中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是 ( )
A.0、0 B.0、1
C.1、0 D.1、1
二、計(jì)算題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)
11.(2013·南通模擬)(12分)真空中靜止的某元素的原子核,發(fā)生衰變反應(yīng)時(shí)放出一個(gè)質(zhì)量為m,速度大小為v的粒子,已知剩余核的質(zhì)量為M。求:
(1)剩余核的速度大小;
(2)如果在衰變過(guò)程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,求核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損(真空中光速為c)。
12.(能力挑戰(zhàn)題)(18分钚的放射性同位素靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)和粒子而鈾核激發(fā)態(tài)立即衰變?yōu)殁櫤瞬⒎懦瞿芰繛榈墓庾?。已?BR> 、和粒子的質(zhì)量分別為、和、。
(2)已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略,求α粒子的動(dòng)能。
答案解析
1.【解析】選C。具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱(chēng)同位素,A、B、D錯(cuò),C正確。
2.【解析】選D。β射線為原子核受激發(fā)射出的高速電子流,是由中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放射出來(lái)的,轉(zhuǎn)化方程為H+,故A、B、C錯(cuò),D正確。
3.【解析】選B、D。核的中子數(shù)為30-15=15個(gè),故A錯(cuò)。核內(nèi)有14個(gè)質(zhì)子,故B對(duì)。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X為e,即為正電子,故C錯(cuò),D對(duì)。
4.【解析】選B、D。α射線的電離作用強(qiáng)而穿透能力最弱,故A錯(cuò)。發(fā)生β衰變時(shí),有H+,即β衰變所釋放的電子是由原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子而產(chǎn)生的,故B對(duì)。半衰期不隨外部條件而發(fā)生變化,故C錯(cuò)。設(shè)該過(guò)程有x次α衰變和y次β衰變,由衰變過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)守恒,238=206+4x,由電荷數(shù)守恒,
92=82+2x-y,可解得x=8,y=6,故D正確。
5.【解析】選D。根據(jù)半衰期公式m余=m原(=400 g×(=100 g,故A、B、C錯(cuò),D正確。
【變式備選】地表處和存在一定的比例,植物吸收后體內(nèi)和也含有一定的比例,植物死后,不再吸收碳。已知具有放射性,放出β粒子,若其半衰期為5 600年,現(xiàn)測(cè)得某被伐古樹(shù)所含的比例是活樹(shù)的倍,則 ( )
A.該β粒子是14C原子的最外層電子獲得高能量后放出來(lái)的
B.該古樹(shù)是2 800年前被伐的
C.核經(jīng)過(guò)衰變生成新核,新核的質(zhì)量等于原核的質(zhì)量
D.地球氣候變暖將改變地表處衰變的快慢
【解析】選B。由半衰期的公式得:=(,解得t=2 800,故B正確。β粒子
是從原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的,故A錯(cuò)。核經(jīng)過(guò)衰變生成新核,新核的質(zhì)量數(shù)沒(méi)有改變,但新核的質(zhì)量發(fā)生了改變,故C錯(cuò)。衰變的快慢與外界無(wú)關(guān),故D錯(cuò)。
6.【解析】選A。根據(jù)題意寫(xiě)出該元素的衰變反應(yīng)方程式Y(jié)Z+X+He,由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得,A=1,B=0,即X粒子是中子,故B、C、D錯(cuò),A正確。
7.【解析】選A、C。該核反應(yīng)放出,屬于β衰變,故A正確。產(chǎn)物中的電子來(lái)源于原子核內(nèi)部,故B錯(cuò)。從核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系曲線可知，原子核核子平均質(zhì)量比原子核核子平均質(zhì)量大,而它們的核子數(shù)相同,因
此，原子核的質(zhì)量比原子核的質(zhì)量大,故D錯(cuò),C正確。
8.【解析】選B、D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒寫(xiě)出衰變的方程式：
+He+4e,故A錯(cuò)。查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程式為He
Cn,故B正確。半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)值,不適用于200個(gè)這么少的原子核,故C錯(cuò)。在的裂變核反應(yīng)生成和的過(guò)程中,放出巨大的核能,原子核質(zhì)量出現(xiàn)虧損,說(shuō)明原子核中的平均核子質(zhì)量變小,故D正確。
9.【解析】選D。由于中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)放出2.2 MeV的能量,如果用小于2.2 MeV的光子照射靜止的氘核,使氘核分解成一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子,能量不夠,故A錯(cuò)。如果用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止的氘核,氘核可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子,但根據(jù)能量守恒知,此時(shí)它們的動(dòng)能之和為零,故B錯(cuò)。如果用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止的氘核,氘核可能分解為一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子,此時(shí)多余的能量轉(zhuǎn)化為所分解核的動(dòng)能,故C錯(cuò),D正確。
【總結(jié)提升】核反應(yīng)過(guò)程中必須遵守的四個(gè)守恒
在核反應(yīng)過(guò)程中,除了在書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程式時(shí)必須遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒之外,還必須遵守以下兩個(gè)守恒:
(1)核反應(yīng)前后的原子核和粒子組成的系統(tǒng)的動(dòng)量必須守恒;
(2)核反應(yīng)前后的原子核和粒子組成的系統(tǒng)的能量必須守恒。
10.【解析】選A。由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,中微子ν的質(zhì)量數(shù)為0,電荷數(shù)為0,故B、C、D錯(cuò),A正確。
11.【解析】(1)根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得:
Mv′=mv (2分)
解得v′= (3分)
(2)依題意有:
Ek=mv2+Mv′2 (2分)
又Ek=Δmc2 (2分)
解得
Δm= (3分)
答案：(1) (2)
12.【解題指南】本題考查了放射性元素的衰變和愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程及動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用,解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn):
(1)核反應(yīng)釋放出的核能與鈾核的動(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)能Eα和γ光子的能量Eγ之和守恒。
(2)*核衰變?yōu)楹挺亮Ｗ咏M成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。
【解析】(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒寫(xiě)出衰變方程:
→*He (2分)
*→+γ (2分)
也可寫(xiě)為
→He+γ
(2)衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損為
Δm=mPu-mU-mα (1分)
則核反應(yīng)放出的能量為
ΔE=Δmc2 (1分)
釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤说膭?dòng)能EU、α粒子的動(dòng)能Eα和γ光子的能量Eγ之和
即ΔE=EU+Eα+Eγ (2分)
由以上幾個(gè)式子得
EU+Eα=(mPu-mU-mα)c2-Eγ (2分)
設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動(dòng)量守恒有
mUvU=mαvα (2分)
又由動(dòng)能的定義得:
EU=mU (1分)
Eα=mα (1分)
由以上兩方程得:
= (1分)
由上面幾個(gè)方程得:
Eα=[(mPu-mU-mα)c2-Eγ] (2分)
代入題給數(shù)據(jù)得
Eα=5.034 MeV (1分)
答案：(1→He+γ
(2)5.034 MeV