2025新高考物理二轮复习【核心素养测评】四十五 原子核（练习，含解析）

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1.(6分)(2023·天津等级考)关于太阳上进行的核聚变,下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳核反应方程式:92215U+01nBa+3692Kr+301n
2.(6分)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中浓度下降的半衰期约为2 h,若病人用药后血浆中浓度的最大值为
18 mg/L,药物浓度低于3 mg/L就要补充用药。则下列用药时间间隔较为合适的是( )
A.2 h B.4 h C.6 h D.8 h
3.(6分)(2023·重庆模拟)已知中子的质量为1.008 6 u,质子的质量为1.007 2 u,氘核的质量为2.013 4 u,1 u的质量对应的核能为931.5 MeV,以下说法正确的是( )
A.一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
B.氘核的比结合能约为1.1 MeV
C.氘核的比结合能约为2.2 MeV
D.氘核的结合能约为1.1 MeV
4.(6分)(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中
X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则( )
A.Z=1,A=1B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3D.Z=2,A=4
5.(6分)(2024·德州模拟)中国“华龙一号”全球首堆投入商业运行,标志着我国自主三代核电技术跻身世界前列。“华龙一号”用到的核燃料主要是铀,铀核(92235U)是获得核能的主要原料之一,其中一种核反应方程为 92235U+01n→54136Xe+3890Sr+K并释放核能。以下说法正确的是( )
A.该核反应是轻核聚变,其中K为10个中子
B.该核反应产物的结合能之和大于铀核(92235U)的结合能
C.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
D.核反应时释放能量,根据E=mc2,核反应后的总质量数减少
6.(6分)(2023·浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。94238Pu的衰变方程为 94238PuU+24He,则( )
A.衰变方程中的X等于233
B.24He的穿透能力比γ射线强
C.94238Pu比 92XU的比结合能小
D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变大
【综合应用练】
7.(6分)(2023·重庆选择考)原子核 92235U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 82207Pb,在该过程中,可能发生的β衰变是( )
A.87223FrRa+-10e
B.84213BiP+-10e
C.88225RaAc+-10e
D.84218PAt+-10e
8.(6分)(2023·唐山模拟)党的二十大报告中提到,我国已经进入创新型国家行列,一些关键技术如核电技术取得重大成果。关于核能、核反应,下列说法正确的是( )
A.到目前为止,利用任何物质都能得到核能
B.到目前为止,轻核聚变是人类获得核能的主要方式
C.太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变
D.原子弹是采用人工核转变制成的核武器
9.(6分)(2023·凉山模拟)如图是原子核的比结合能曲线,下列说法正确的是( )
A.从曲线上分析,两个 12H核合成 24He释放约6 MeV的能量
B.两个 12H核结合成 24He,因为质量数未变,所以不释放或吸收能量
C.92235U裂变成 3689Kr和 56144Ba的方程为:92235U+01nBa+3689Kr+301n
D.从曲线上分析,92235U的结合能小于 56144Ba的结合能
10.(6分)(2023·商洛模拟)沂水跋山遗址的发现填补了山东及中国北方地区旧石器时代考古的空白。出土文物包括石制品、动物化石及一定数量的骨制品,在测定其年代时用碳十四断代法,某制品初步测年数据为距今6万至10万年,已知14C的半衰期为5 730年,该制品的14C原始质量为m0。则该制品中14C的剩余量不可能是( )
A.m0(12)11 B.m0(12)14
C.m0(12)16D.m0(12)21
【加固训练】
(2023·唐山模拟)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遗址祭祀区最新考古发掘成果:在7号、8号祭祀坑,又发现大量造型前所未见的精美青铜器。考古学家利用放射性元素 614C的半衰期确定了7号、8号祭祀坑的埋藏年代均为商代晚期。碳元素 614C能自发地释放β射线,衰变方程为 614C→714N+β,其半衰期约为5 730年。则当衰变后的产物 714N数量是衰变后剩余的 614C数量的3倍时,614C衰变所经历的时间为( )
A.3 100年 B.5 730年
C.11 460年D.17 190年
11.(6分) (2023·长沙模拟)地球大气层中的氧受宇宙射线轰击散裂后产生的 410Be衰变时放出β射线。若铍核 410Be在垂直纸面向里的匀强磁场中做匀速圆周运动(运动轨迹未画出),到P点时发生衰变,衰变后产生的粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,图中r=4a、下列关于 410Be衰变前在磁场中的运动轨迹描述正确的是( )
A.顺时针转动,轨道半径为10a
B.顺时针转动,轨道半径为7a
C.逆时针转动,轨道半径为11a
D.逆时针转动,轨道半径为10a
【情境创新练】
12. (6分)(多选)锝-99m(Tc-99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的
钼-99(M-99)衰变成锝-99m,其过程为: 4299M→ 4399mTc+X+ν(ν为不带电荷且质量非常小或近乎零的反微中子),接着将锝-99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其过程为:4399mTcTc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述正确的是( )
A. 4399mTC和 4399TC两者具有相同的化学性质
B.M-99衰变成Tc-99m过程中产生的X是电子
C.Tc-99m衰变半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
解析版
1.(6分)(2023·天津等级考)关于太阳上进行的核聚变,下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳核反应方程式:92215U+01nBa+3692Kr+301n
【解析】选A。因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈,才有可能克服它们自身相互间的排斥力,使得它们间的距离缩短,才能发生聚变,故A正确;核聚变中电荷是守恒的,故B错误;因为太阳一直在发生核聚变,需要放出大量能量,根据质能方程可知是要消耗一定质量的,故C错误;核聚变的方程为 12H+13HHe+01n,题中为核裂变方程,故D错误。
2.(6分)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中浓度下降的半衰期约为2 h,若病人用药后血浆中浓度的最大值为
18 mg/L,药物浓度低于3 mg/L就要补充用药。则下列用药时间间隔较为合适的是( )
A.2 h B.4 h C.6 h D.8 h
【解析】选C。由题知,服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中浓度下降的半衰期约为2 h,则根据m=m0(12)n,可知经过3个半衰期即n=3,血浆中的药物浓度下降至2.25 mg/L,所以该药物的用药时间间隔为6 h,故选C。
3.(6分)(2023·重庆模拟)已知中子的质量为1.008 6 u,质子的质量为1.007 2 u,氘核的质量为2.013 4 u,1 u的质量对应的核能为931.5 MeV,以下说法正确的是( )
A.一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
B.氘核的比结合能约为1.1 MeV
C.氘核的比结合能约为2.2 MeV
D.氘核的结合能约为1.1 MeV
【解析】选B。一个质子与一个中子结合为氘核的反应过程中,反应前后的质量差为Δm=m1+m2-m3=0.002 4 u,所以氘核的结合能为ΔE=Δm×931.5 MeV≈2.2 MeV,氘核的比结合能约为ΔE2=1.1 MeV,B正确,C、D错误;由于反应过程有质量亏损,所以该反应过程需要放出能量,故A错误。
4.(6分)(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中
X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则( )
A.Z=1,A=1B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3D.Z=2,A=4
【解析】选D。设Y电荷数和质量数分别为m和n,根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知,第一个核反应方程的电荷数和质量数满足Z+7=m+8、A+14=n+17,第二个核反应方程的电荷数和质量数满足m+3=2Z、n+7=2A,联立解得Z=2,A=4,故选D。
5.(6分)(2024·德州模拟)中国“华龙一号”全球首堆投入商业运行,标志着我国自主三代核电技术跻身世界前列。“华龙一号”用到的核燃料主要是铀,铀核(92235U)是获得核能的主要原料之一,其中一种核反应方程为 92235U+01n→54136Xe+3890Sr+K并释放核能。以下说法正确的是( )
A.该核反应是轻核聚变,其中K为10个中子
B.该核反应产物的结合能之和大于铀核(92235U)的结合能
C.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
D.核反应时释放能量,根据E=mc2,核反应后的总质量数减少
【解析】选B。该核反应是重核的裂变,根据质量数守恒和电荷数守恒可知其中K为10个中子,A错误;由于该反应为放能反应,释放核能后结合能增大,因此该核反应产物的结合能之和大于铀核的结合能,B正确;放射性物质的半衰期非常稳定,不会随着外界环境改变而改变,因此不可以通过人工手段消除,C错误;核反应时释放能量,总质量减小,而总质量数保持不变,D错误。
6.(6分)(2023·浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。94238Pu的衰变方程为 94238PuU+24He,则( )
A.衰变方程中的X等于233
B.24He的穿透能力比γ射线强
C.94238Pu比 92XU的比结合能小
D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变大
【解析】选C。由质量数守恒得:X=238-4=234,故A错误;24He的穿透能力比γ射线弱,故B错误;94238Pu衰变过程释放能量,比结合能增大,即 94238Pu比 92XU的比结合能小,故C正确;半衰期的大小反映衰变的快慢,与所处的物理环境无关,故D错误。
【综合应用练】
7.(6分)(2023·重庆选择考)原子核 92235U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 82207Pb,在该过程中,可能发生的β衰变是( )
A.87223FrRa+-10e
B.84213BiP+-10e
C.88225RaAc+-10e
D.84218PAt+-10e
【解析】选A。原子核 92235U衰变成为稳定的原子核 82207Pb质量数减小了28,则经过了7次α衰变,中间生成的新核的质量数可能为231,227,223,219,215,211,则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数,则B、C、D都不可能,根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,选项A正确。
8.(6分)(2023·唐山模拟)党的二十大报告中提到,我国已经进入创新型国家行列,一些关键技术如核电技术取得重大成果。关于核能、核反应,下列说法正确的是( )
A.到目前为止,利用任何物质都能得到核能
B.到目前为止,轻核聚变是人类获得核能的主要方式
C.太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变
D.原子弹是采用人工核转变制成的核武器
【解析】选C。到目前为止,一般是利用重核裂变或轻核聚变得到核能,并不是利用任何物质都能得到核能,A错误;到目前为止,重核裂变是人类获得核能的主要方式,B错误;轻核发生聚变之前,必须要有高温,即轻核聚变又叫作热核反应,太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变,C正确;原子弹是采用重核裂变制成的核武器,D错误。
9.(6分)(2023·凉山模拟)如图是原子核的比结合能曲线,下列说法正确的是( )
A.从曲线上分析,两个 12H核合成 24He释放约6 MeV的能量
B.两个 12H核结合成 24He,因为质量数未变,所以不释放或吸收能量
C.92235U裂变成 3689Kr和 56144Ba的方程为:92235U+01nBa+3689Kr+301n
D.从曲线上分析,92235U的结合能小于 56144Ba的结合能
【解析】选C。从曲线上分析,24He核的比结合能约为7 MeV,12H核的比结合能约为1 MeV,则两个 12H核结合成 24He核时释放能量为ΔE=4×7 MeV-2×2×1 MeV=
24 MeV,A、B错误;根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,92235U裂变成 3689Kr和 56144Ba的方程为 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,C正确;从曲线上分析,92235U的比结合能小于 56144Ba的比结合能,但是 92235U的结合能大于 56144Ba的结合能,D错误。
10.(6分)(2023·商洛模拟)沂水跋山遗址的发现填补了山东及中国北方地区旧石器时代考古的空白。出土文物包括石制品、动物化石及一定数量的骨制品,在测定其年代时用碳十四断代法,某制品初步测年数据为距今6万至10万年,已知14C的半衰期为5 730年,该制品的14C原始质量为m0。则该制品中14C的剩余量不可能是( )
A.m0(12)11 B.m0(12)14
C.m0(12)16D.m0(12)21
【解析】选D。根据半衰期计算公式m=m0(12)tT,t取6万至10万年,T=5 730年,可得发生了半衰期的次数n满足,10≤n≤17,显然,该制品中14C发生半衰期的次数n不可能为21次,则该制品中14C的剩余量不可能是m0(12)21,故选D。
【加固训练】
(2023·唐山模拟)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遗址祭祀区最新考古发掘成果:在7号、8号祭祀坑,又发现大量造型前所未见的精美青铜器。考古学家利用放射性元素 614C的半衰期确定了7号、8号祭祀坑的埋藏年代均为商代晚期。碳元素 614C能自发地释放β射线,衰变方程为 614C→714N+β,其半衰期约为5 730年。则当衰变后的产物 714N数量是衰变后剩余的 614C数量的3倍时,614C衰变所经历的时间为( )
A.3 100年 B.5 730年
C.11 460年D.17 190年
【解析】选C。根据题意可知,当 714N数量是 614C数量的3倍时,614C数量占总原子核数量的14=(12)2,经过2个半衰期,即t=2×5 730年=11 460年,故选C。
11.(6分) (2023·长沙模拟)地球大气层中的氧受宇宙射线轰击散裂后产生的 410Be衰变时放出β射线。若铍核 410Be在垂直纸面向里的匀强磁场中做匀速圆周运动(运动轨迹未画出),到P点时发生衰变,衰变后产生的粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,图中r=4a、下列关于 410Be衰变前在磁场中的运动轨迹描述正确的是( )
A.顺时针转动,轨道半径为10a
B.顺时针转动,轨道半径为7a
C.逆时针转动,轨道半径为11a
D.逆时针转动,轨道半径为10a
【解析】选C。410Be的衰变方程为 410BeB+ -10e;第一种情况:如果轨道①为 510B的运动轨迹,则轨道②为 -1 0e的运动轨迹,由带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式R=mvqB=pqB可知,pB=10eBr、pe=eBr,由左手定则可知 -10e顺时针转
动、510B逆时针转动,则在衰变位置 -1 0e的动量方向和 510B的动量方向相同,由动量守恒定律可知,衰变前 410Be的动量为pBe=11eBr,而r=4a,所以 410Be的轨道半径为rBe=11a,沿逆时针方向转动。第二种情况:同理,如果轨道②为 510B的运动轨迹,则 410Be的轨道半径为rBe'=7a,沿逆时针方向转动,故选C。
【情境创新练】
12. (6分)(多选)锝-99m(Tc-99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的
钼-99(M-99)衰变成锝-99m,其过程为: 4299M→ 4399mTc+X+ν(ν为不带电荷且质量非常小或近乎零的反微中子),接着将锝-99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其过程为:4399mTcTc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述正确的是( )
A. 4399mTC和 4399TC两者具有相同的化学性质
B.M-99衰变成Tc-99m过程中产生的X是电子
C.Tc-99m衰变半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
【解析】选A、B。4399mTc和 4399Tc两者为同位素。因此其化学性质相同,故A正确;由衰变方程 4299M+X+ν,根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒,可知其衰变产物X是电子,故B正确;Tc-99m衰变半衰期越长,则其衰变产生的γ射线就越微弱,因此医学检测分析效果越不明显,故C错误;该衰变为β衰变,而β衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子,并伴随有能量的产生,即γ射线的产生,因此γ射线为原子核内部所产生的,故D错误。