2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业58放射性元素的衰变核能

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业58放射性元素的衰变核能，共5页。试卷主要包含了对四个核反应方程，解析等内容，欢迎下载使用。

1．[2023·广西桂林期末]下列说法中正确的是( )
A．β射线与γ射线都是电磁波
B．光电效应说明光具有粒子性
C．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
D．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个
2．(多选)对四个核反应方程
(1) eq \\al(\s\up1(238),\s\d1(92)) U―→ eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He；
(2) eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th―→ eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(91)) Pa＋ eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1)) e；
(3) eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(7)) N＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He―→ eq \\al(\s\up1(17),\s\d1(8)) O＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H；
(4) eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H＋ eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) H―→ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n＋17.6MeV，下列说法正确的是( )
A．(1)(2)式核反应没有释放能量
B．(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
C．(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
3．[2023·山西大同期末](多选)科幻大片《流浪地球》中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”，通过燃烧石头获得能量，所谓“重元素核聚变”指的是两个比较重(相对氘，氚)的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程．影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅(Si)聚变生成铁(Fe)，下列说法正确的是( )
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．Fe的比结合能比Si的比结合能大
C．比结合能越大，原子核总的结合能也越大
D．轻核聚变会释放能量，重核裂变不会释放能量
4．[2022·浙江6月](多选)秦山核电站生产 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6)) C的核反应方程为eq\a\vs4\al( eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(7)) N)＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n―→eq\a\vs4\al( eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(6)) C)＋X，其产物 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(6)) C的衰变方程为 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(6)) C―→ eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(7)) N＋ eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1)) e.下列说法正确的是( )
A．X是 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H
B． eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(6)) C可以用作示踪原子
C． eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1)) e来自原子核外
D．经过一个半衰期，10个 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1(6)) C将剩下5个
5．[2023·广东深圳模拟]2021年5月28日，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行．“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氘核(eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H)与一个氚核( eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) H)反应生成一个新核，同时放出一个中子，释放的核能为ΔE.已知真空中的光速为c，下列说法正确的是( )
A． eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H和 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) H是两种不同元素的原子核
B．新核的比结合能为eq \f(ΔE,4)
C．一个氘核与一个氚核反应过程中的质量亏损为eq \f(ΔE,c2)
D．一个氘核与一个氚核反应生成的新核中子数为3
6．[2022·北京卷]2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步．等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态．当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体．在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体．下列说法不正确的是( )
A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能
B．可以用磁场来约束等离子体
C．尽管等离子体整体是电中性，但它是电的良导体
D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力
7．(多选)2021年12月30日，我国全超导托卡马克核聚变实验装置实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，打破了自己保持的世界纪录，标志着我国在可控核聚变研究上处于世界领先水平．已知该装置内部发生的核反应方程为 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H＋eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H―→X＋ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n，其中 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1)) H、X和 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(0)) n的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV/c2，c是真空中的光速，则下列说法中正确的是( )
A．X是氦核
B．发生一次该核聚变反应释放的能量约为19.6MeV
C．该反应中生成物X的比结合能大于反应物 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H的比结合能
D．该反应存在质量亏损，根据ΔE＝mc2可知，部分质量转化成了能量
能力提升练
8．医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的．对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余113Sn质量为m，其eq \f(m,m0)­t图线如图所示．从图中可以得到113Sn的半衰期为( )
A．67.3dB．101.0d
C．115.1dD．124.9d
9.
[2023·潍坊模拟]威耳逊云室是能显示带电粒子径迹的实验装置，是研究微观粒子的重要器材．在真空云室中的矩形区域内存在着匀强磁场，在A点有一静止的原子核 eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th发生了某种衰变，生成的新核和释放出的粒子在磁场中的径迹如图中的曲线a、b所示，下列说法正确的是( )
A． eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th核发生的是α衰变
B．曲线a是新核的径迹
C．匀强磁场方向垂直纸面向里
D．曲线a、b的半径比与新核和粒子的质量有关
10．[2023·苏州一模]一个静止的铀核 eq \\al(\s\up1(232),\s\d1(92)) U(质量为232.0372u)放出一个α粒子(质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\a\vs4\al( eq \\al(\s\up1(228),\s\d1(90)) Th)(质量为228.0287u).已知1u相当于931MeV的能量．下列说法正确的是( )
A．该核衰变反应方程为 eq \\al(\s\up1(232),\s\d1(92)) U―→ eq \\al(\s\up1(228),\s\d1(90)) Th＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017MeV
课时分层作业（五十八）
1．解析：β射线是高速电子流，γ射线是高能电磁波，选项A错误．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，说明光具有粒子的特点，故B正确．放射性元素的半衰期由元素原子核本身决定，与所处的物理、化学状态无关，故C错误．半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少数原子核没有意义，故D错误．
答案：B
2．解析：方程（1）是α衰变，方程（2）是β衰变，在反应过程中均有核能释放，选项A错误；方程（3）是第一次实现原子核的人工转变，不是衰变方程，选项B错误，C正确；利用激光可引发方程（4）代表的核聚变，是正在尝试的技术之一，选项D正确．
答案：CD
3．解析：比结合能越大，表示原子核中的核子结合越牢固，原子核越稳定，A正确；由题中Si聚变生成Fe知，Fe的比结合能比Si的比结合能大，B正确；比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，所以比结合能大，原子核总的结合能不一定大，C错误；轻核聚变会释放能量，重核裂变也会释放能量，核电站就是利用重核裂变释放的能量来发电的，D错误．
答案：AB
4．解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X为质子 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H，A正确；由于146C具有放射性，且C是构成生物体的主要元素之一，所以146C可以用作示踪原子，B正确；β衰变放出的电子eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1))e来自原子核，C错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个146C不一定剩下5个，D错误．
答案：AB
5．解析：氘核与氚核都是氢元素的原子核，A错误；ΔE是释放的能量，不是新核的结合能，所以新核的比结合能不是eq \f(ΔE,4)，B错误；由质量亏损方程ΔE＝Δmc2可得一个氘核与一个氚核反应过程中的质量亏损为Δm＝eq \f(ΔE,c2)，C正确；一个氘核与一个氚核反应生成的新核是氦核，中子数为2，D错误．
答案：C
6．解析：核聚变释放的能量源于原子核的质量亏损，A错误；带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确；等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确；提高托卡马克实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确．
答案：A
7．解析：根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知X是氦核，选项A正确；由爱因斯坦的质能方程得发生一次该核聚变反应释放的能量约为ΔE＝mc2＝（2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087）×931.5MeV＝17.6MeV，选项B错误；比结合能越大，原子核越稳定，又生成物比反应物更稳定，所以生成物X的比结合能大于反应物 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) H的比结合能，选项C正确；爱因斯坦的质能方程ΔE＝mc2说明一定的质量与一定的能量相对应，但质量与能量之间并不能相互转化，仅表示存在着数值关系，选项D错误．
答案：AC
8．解析：由图可知从eq \f(m,m0)＝eq \f(2,3)到eq \f(m,m0)＝eq \f(1,3)恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为T＝182.4d－67.3d＝115.1d，故选C.
答案：C
9．解析：衰变后生成的新核和释放的粒子的初速度反向，由题图可知新核和释放出的粒子在磁场中做圆周运动的方向相反，则新核和释放出的粒子的电性相反，所以 eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th核发生的是β衰变，其核反应方程为 eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(90)) Th―→ eq \\al(\s\up1(234),\s\d1(91)) Pa＋eq \\al(\s\up1( 0),\s\d1(－1))e，故A错误；衰变后新核和粒子在磁场中做圆周运动，由qvB＝eq \f(mv2,r)知r＝eq \f(mv,qB)，衰变过程中动量守恒，新核和β粒子的动量大小相等，其轨迹半径比为新核和β粒子电荷量的反比，与质量无关，所以曲线a半径较大应是β粒子的径迹，故B、D错误；对于β粒子的轨迹曲线a，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，故C正确．
答案：C
10．解析：由题意可知，该核衰变反应方程为 eq \\al(\s\up1(232),\s\d1(92)) U―→ eq \\al(\s\up1(228),\s\d1(90)) Th＋ eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.0059u，释放出的核能ΔE＝Δm×931MeV＝0.0059×931MeV≈5.49MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝－pα，EkTh＝eq \f(p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(Th)) ,2mTh)，Ekα＝eq \f(p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(α)) ,2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝eq \f(mα,mα＋mTh)×ΔE＝eq \f(4,4＋228)×5.49MeV≈0.095MeV，选项C、D错误．
答案：A