高考物理一轮复习 考点规范练习本35 原子核及核反应（含答案解析）

2020版高考物理 考点规范练习本35

原子核及核反应

1.某核电站遭受严重破坏,产生了严重的核泄漏,从核电站周围一定范围内的空气中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘131和钚239,严重危及了人们的生命安全。已知该核电站采用的是重水反应堆,用U(铀)吸收中子后生成Pu(钚),碘131的半衰期为8天,下列说法正确的是(　　)

A.排出的废水中的钚239是铀核裂变的生成物

BU吸收中子后变成U很不稳定,则经过2次β衰变后变成Pu

C.核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场

D.碘131的半衰期只有8天,因此16天后会全部消失

2.关于质量亏损和原子核的结合能,以下说法正确的是(　　)

A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量

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.核子结合成原子核时会出现质量亏损,亏损的质量转化为释放的能量

D.原子核的比结合能越大,则原子核中核子的平均质量就越小,在核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越小

3.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：U＋n→a＋b＋2n，则a＋b可能是(　　)

A.Xe＋Kr     B.Ba＋Kr      C.Ba＋Sr     D.Xe＋Sr

4.下列与α粒子相关的说法正确的是(　　)

A.天然放射现象中产生的α射线速度与光速度相当,穿透能力很强

B.铀238U)核放出一个α粒子后就变为钍234Th)

C.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为Hen

D.丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型

5.下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是(　　)

A.γ射线是高速运动的电子流

B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子的动能增大

C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

DBi的半衰期是5天,100 g Bi经过10天后还剩下50 g

6.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)c2    D．(m1－m2－m3)c2

7.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

8.如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路，阴极K受到光照时可以发射光电子．电源正负极可以对调．在a、b、c三种光的照射下得到了如图乙所示的实验规律．(　　)

A．在光的频率不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值

B．b光的遏止电压大于a光的遏止电压是因为a光强度大于b光强度

C．a光的波长大于c光的波长

D．b光对应的光电子最大初动能小于c光对应的光电子最大初动能

9. (多选)原来静止的原子核X,质量为m1,处在区域足够大的匀强磁场中,经α衰变成为质量为m2的原子核Y,α粒子的质量为m3。已测得α粒子的速度垂直于磁场B,且动能为E0。假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能,则下列四个结论正确的是(　　)

A.核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为

B.核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为

C.此衰变过程中的质量亏损为m1-m2-m3

D.此衰变过程中释放的核能为

10. (多选)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α衰变和β衰变后变成Bi。下列判断正确的是(　　)

ABi的原子核比Np的原子核少28个中子

BBi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

11. (多选)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

12. (多选)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α衰变和β衰变后变成Bi，下列判断中正确的是(　　)

A. Bi的原子核比Np的原子核少28个中子

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

13.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),发生核反应后生成氚核和α粒子,生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c。

(1)写出核反应方程;

(2)求氚核和α粒子的速度大小;

(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求出质量亏损。

14.1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应．

(1)写出α粒子轰击氮核的核反应方程；

(2)α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？

(3)求此过程中释放的核能．

答案解析

1.答案为：B；

解析：裂变是重核生成几个中等质量原子核的过程,铀238的质量数比钚239的小,因此钚不是铀核裂变的生成物,A错误;发生β衰变时质量数不发生改变,核电荷数加1,根据电荷数守恒可知U发生2次β衰变后变成Pu,B正确;核电站的核废料中具有很多的放射性物质,不可以直接堆放在露天垃圾场,C错误;碘131的半衰期是8天,它是一个统计规律,大量的碘131在8天后会剩一半,16天后会剩四分之一,D错误。

2.答案为：B；

解析：原子核的结合能等于核子结合成原子核所释放的能量,也等于将原子核分解成自由核子所需的最小能量,故选项A错误;重核的比结合能比中等核小,因此重核衰变时释放能量,衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能,故选项B正确;质量亏损只是表明了亏损的质量与释放的能量的关系,而不是将亏损质量转化为释放的能量,故选项C错误;结合能与核子数之比称作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,表示原子核中单个核子分离所需能量越多,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损越多,原子核中核子的平均质量越小,故选项D错误。

3.答案为：D；

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，选项D正确．

4.答案为：B

解析：α射线是速度为0.1c的氦核流,穿透能力最弱,A错误;由核反应过程中质量数、核电荷数守恒可知B正确;C项中核反应前后核电荷数和质量数都不守恒,C错误;D项中进行α粒子散射实验的物理学家是卢瑟福,所以D错误。

5.答案为：B；

解析：β射线是高速电子流,而γ射线是一种电磁波,选项A错误;氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项B正确;太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项C错误;10天为两个半衰期,剩余的Bi的质量为100×g=100×g=25g,选项D错误。

6.答案为：C；

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，选项A、B、D错误．

7.答案为：A；

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．

8.答案为：C；

解析：

 [在光的频率不变的情况下，入射光越强，则单位时间射出的光电子数越多，则饱和电流越大，

故A错误；因为b光的遏止电压大于a光的遏止电压，故b光强度大于a光强度，故B错误；

bc两个的遏止电压相等，且大于甲光的遏止电压，根据mv=eU0，知bc两光照射产生光电子的最大初动能相等，大于a光照射产生的光电子最大初动能．根据光电效应方程Ekm=hν－W0，逸出功相等，知bc两光的频率相等，大于a光的频率．所以bc两光的光子能量相等大于a光的光子能量．a光频率小、波长长，故C正确、D错误．]

9.答案为：BCD；

解析：原子核发生α衰变时核子质量数减少4,而核电荷数减少2。由题意知X核原先静止,则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等,由R=知,RY∶Rα=qα∶qY=2∶(Z-2),B正确;由T=知,周期之比TY∶Tα=,A错误;该过程质量亏损Δm=m1-(m2+m3),C正确;由Ek=知,Y核的动能EkY=,则释放的核能ΔE=Ekα+EkY=,D正确。

10.答案为：BC；

解析：Bi的中子数为209-83=126Np的中子数为237-93=144Bi的原子核比Np的原子核少18个中子,A错,B对;衰变过程共发生α衰变的次数为=7,β衰变的次数是2×7-(93-83)=4,C对,D错。

11.答案为：AC；

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．

12.答案为：BC；

解析：

Bi的中子数为209－83=126，Np的中子数为237－93=144，Bi的原子核比Np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=7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)=4次，选项C正确，D错误．

13.解：

(1)由题意可得,核反应方程为LiHe。

(2)由动量守恒定律得mv=-3mv1+4mv2

由题意得v1∶v2=7∶8解得v1=v,v2=v。

(3)氚核和α粒子的动能之和为

Ek=×3m×4mmv2

释放的核能为ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2

由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δm=。

14.解：

(1)根据质量数和电荷数守恒可得α粒子轰击氮核方程为N＋He→O＋H.

(2)设复核的速度为v，由动量守恒定律得m1v0=(m1＋m2)v，解得v=.

(3)核反应过程中的质量亏损Δm=m1＋m2－m0－m3，

反应过程中释放的核能ΔE=Δmc2=(m1＋m2－m0－m3)·c2.