高考物理大一轮总复习第三章第2讲放射性元素的衰变核能限时规范特训新人教版选修3-5

1【金版教程】2015届高考物理大一轮总复习第三章第2讲放射性元素的衰变核能限时规范特训新人教版选修3-5题组一双基练1.关于天然放射现象，下列说法正确的是()A.α射线是由氦原子核衰变产生的B.β射线是由原子核外电子电离产生的C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生的D.通过化学反应不能改变物质的放射性解析：α射线是原子核同时放出两个质子和两个中子产生的，选项A错；β射线是原子核内中子转化为质子和电子而放出的，选项B错；γ射线是衰变后的原子核从高能级向低能级跃迁产生的，选项C错；放射性是原子核的固有属性，选项D正确．答案：D2.[2014·辽宁丹东四校协作体高三摸底]2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使老旧的福岛第一核电站的一号、二号、三号、四号反应堆发生爆炸，致使放射性物质外泄进入大气．碘131就是其中之一，它可以富集到人体的甲状腺中长期积累会引发甲状腺癌变诱发肿瘤．碘131是人工放射性元素(核裂变产物)，其β衰变的半衰期为8天左右，发射β和γ射线．下列说法正确的是()A.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流B.由于碘131半衰期比较短，并会很快衰变为没有放射性的同位素氙131，所以我国境内检测的极微量核素碘131，不足以威胁人体健康C.碘131的半衰期为8天，若有四个碘原子核，经过4天就只剩下2个D.福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电解析：β射线是放射性元素发生β衰变时原子核内的中子转化为质子时产生的高速电子流，选项A错误；半衰期只具有统计意义，对少数粒子不适用，选项C错误；福岛第一核电站是利用重核裂变时释放的核能来发电的，选项D错误．选项B的说法是正确的．答案：B3.[2014·福建福州]目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是()A.β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.23892U衰变成20682Pb要经过8次β衰变和8次α衰变D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的解析：β射线是高速电子流，不是电磁波，其穿透本领没有γ射线强，A项错误；半衰期只具有统计意义，对少数粒子不适用，B项错误；23892U→20682Pb＋x42He＋y0－1e，根据质量守恒和电荷数守恒有238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，可解得x＝8，y＝6，所以要经过8次α2衰变和6次β衰变，C项错误；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D项正确．答案：D4.一质量为M的矿石中含有放射性元素钚，其中钚238的质量为m，已知钚的半衰期为88年，那么下列说法中正确的是()A.经过176年后，这块矿石中基本不再含有钚B.经过176年后，原来含有钚元素的原子核有m4发生了衰变C.经过264年后，钚元素的质量还剩m8D.经过88年后该矿石的质量剩下M2解析：经过2个半衰期后矿石中剩余的钚元素应该有m4，经过3个半衰期后矿石中剩余的钚元素还有m8.因为衰变产物大部分仍然留在矿石中，所以矿石质量没有太大的改变．答案：C5.(多选)在下列四个方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：①23592U＋10n→9738Sr＋13654Xe＋3X1；②21H＋X2→32He＋10n；③23892U→23490Th＋X3；④2412Mg＋42He→2713Al＋X4.以下判断中正确的是________．A.X1是中子B.X2是质子C.X3是α粒子D.X4是氘核解析：由核反应过程中质量数和电荷数守恒得：X1为10n，X2为21H，X3为42He，X4为11H，故A、C正确．答案：AC6.中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是()A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：由结合能的概念可知，结合成氘核和氘核分解时，释放和吸收的能量都是2.2MeV，3用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，不能分解，所以选项A错误．用能量大于等于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以选项B、C错误，D正确．答案：D7.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A.核反应方程是11H＋10n→31H＋γB.聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD.γ光子的波长λ＝hm1＋m2－m3c2E.γ光子的频率为ν＝hm1＋m2－m3c2解析：此核反应的核反应方程为11H＋10n→21H＋γ，A错误；聚变中质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，B正确；由质能方程，γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错误；由E＝hcλ＝hν知，ν＝m1＋m2－m3c2h、λ＝hm1＋m2－m3c，D、E错误．答案：B8.(多选)23892U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210aX和b81Ti最后都变成20682Pb，衰变路径如图所示．可知图中()A.a＝82，b＝206B.a＝84，b＝206C.①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子和电子而生成的D.②是α衰变，放出的是正电子，正电子是由质子转变成中子和一个正电子而生成的E.23892U经过8次α衰变和6次β衰变后可生成新核20682Pb解析：衰变①的方程式为：21083Bi→21084X＋0－1e，为β衰变，放出电子，选项C正确；衰变②的方程式为：21083Bi→20681Ti＋42He，为α衰变，选项A、D错误，B正确；23892U需经过8次α衰变和6次β衰变后可生成新核20682Pb，选项E正确．答案：BCE题组二提能练9.中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(0＋1e)，即：中微子＋11H→10n＋0＋1e，由此可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填入正确选项前的4字母)A.0和0B.0和1C.1和0D.1和1上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，可以转变为两个能量相同的光子(γ)，即0＋1e＋0－1e→2γ.已知正电子和电子的质量都是9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．(c＝3.0×108m/s)解析：由核反应的质量数和电荷数守恒得A正确；光子的总能量等于电子湮灭质量亏损对应的能量，则有2E＝2mc2，代入数据解得E＝8.19×10－14J.答案：A8.19×10－1410.放射性原子核23892U先后发生α衰变和β衰变后，变为原子核23491Pa.已知23892U质量为m1＝238.0290u，23491Pa质量为m2＝234.0239u，α粒子的质量为mα＝4.0026u，电子的质量为me＝0.0005u．(原子质量单位1u相当于931.5MeV的能量)则：(1)放射性衰变方程为：________________________________________________.(2)原子核23892U衰变为23491Pa的过程中释放能量为________MeV(保留3位有效数字)．解析：(1)23892U→23491Pa＋42He＋0－1e，(2)亏损的质量Δm＝m1－m2－mα－me＝0.0020u，释放的能量ΔE＝0.0020×931.5MeV≈1.86MeV.答案：(1)23892U→23491Pa＋42He＋0－1e(2)1.8611.用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氘核和α粒子并放出4.8MeV的能量，则核反应方程式为________；质量亏损为________(用原子质量单位u表示)，若中子和锂核是以等值反向的动量相向运动，核反应放出的能量全部转化为粒子动能，则α粒子的动能为________．解析：利用核反应方程式中质量数守恒、核电荷数守恒得10n＋63Li→31H＋42He＋4.8MeV；质量亏损为Δm＝4.8931u＝0.0052u；由动量守恒知mHv1＝mαv2，所以其动能比为EH∶Eα＝p21mH∶p22mα＝mα∶mH＝4∶3，即α粒子的动能为Eα＝37E＝2.06MeV.答案：10n＋63Li→31H＋42He＋4.8MeV0.0052u2.06MeV12.氘对人类有很多用途，其中低氘水对人体健康有诸多好处，更有益于生命体的生存和繁衍．原子能核电站或制造原子弹的所谓重水反应堆，用的重水就是氘水，其中两个氘核可以聚变，其核反应方程为：21H＋21H→32He＋10n，已知氘核的质量mH＝2.013u，氦核的质量mHe＝3.0150u，中子的质量mn＝1.0087u.(1)求该核反应中释放的核能；(2)若两个氘核以相等的动能0.35MeV发生正碰，核反应中释放的核能完全转化为氦核与中子的动能，则产生的中子和氦核的动能分别为多少？解析：(1)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14MeV5(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0反应前后系统的总能量守恒，即12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋EkH又因为mHe∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3由以上各式代入已知数据得：EkHe＝0.71MeV，Ekn＝2.13MeV.答案：(1)2.14MeV(2)2.13MeV0.71MeV