高考物理一輪基礎(chǔ)復(fù)習(xí) 放射性元素的衰變、核能1

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放射性元素的衰變、核能一、選擇題(每小題5分，共30分)1關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A射線(xiàn)是由氦原子核衰變產(chǎn)生的B射線(xiàn)是由原子核外電子電離產(chǎn)生的C射線(xiàn)是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的D通過(guò)化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性解析D射線(xiàn)是原子核衰變中放出的氦核組成的粒子流，A項(xiàng)錯(cuò)誤；射線(xiàn)是原子核衰變中核內(nèi)放出的高速電子流，它是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)放出的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；射線(xiàn)是原子核衰變過(guò)程中，產(chǎn)生的新核具有過(guò)多的能量，這些能量以光子的形式釋放出來(lái)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；化學(xué)反應(yīng)只是原子間核外電子的轉(zhuǎn)移，不改變?cè)雍说慕Y(jié)構(gòu)，所以不能改變物質(zhì)的放射性，D項(xiàng)正確2目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有鈾、釷的花崗巖等會(huì)釋放出放射性氣體氡，而氡會(huì)發(fā)生放射性衰變，放射出、射線(xiàn)，這些射線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)可知，下列說(shuō)法正確是()A氡的半衰期為3.8天，若取4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后就一定剩下一個(gè)原子核了B衰變所釋放的電子是核內(nèi)的中子衰變成質(zhì)子所產(chǎn)生的C射線(xiàn)一般伴隨著和射線(xiàn)產(chǎn)生的，在這3種射線(xiàn)中，射線(xiàn)的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱D發(fā)生衰變時(shí)，生成核與原來(lái)的原子核相比，中子數(shù)減少了4解析BC由于半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)生衰變時(shí)中子數(shù)減少2，D項(xiàng)錯(cuò)誤，正確答案為B、C.3下面是一核反應(yīng)方程HHHeX.用c表示光速，則()AX是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2BX是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2CX是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2DX是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2解析D由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒可得X為n(中子)，再根據(jù)質(zhì)能方程可得反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項(xiàng)正確4表示放射性元素碘131(I)衰變的方程是()A.ISbHeB.IXeeC.IInD.ITeH解析B原子核發(fā)生衰變時(shí)，從原子核內(nèi)部釋放出一個(gè)電子，同時(shí)生成一個(gè)新核，選項(xiàng)B正確5浙江秦山核電站第3期工程兩個(gè)60萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組已并網(wǎng)發(fā)電發(fā)電站的核能來(lái)源于U的裂變，下面說(shuō)法正確的是()A.U裂變時(shí)釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小B.U的一種可能的裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為：UnBaKr2nC.U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短D一個(gè)U裂變能放出約200 MeV的能量，相當(dāng)于3.21011 J解析DU裂變時(shí)，核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)守恒，只是重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量的核子平均質(zhì)量，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故A項(xiàng)錯(cuò)B項(xiàng)的反應(yīng)方程式應(yīng)為UnBaKr3n.故B項(xiàng)錯(cuò).U的半衰期不會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而改變，它是由核內(nèi)部自身的因素決定的，故C項(xiàng)錯(cuò).1 MeV11061.61019 J1.61013 J，故D正確6關(guān)于放射性元素，下列說(shuō)法正確的是()A利用放射性同位素可作為示蹤原子B利用放射性同位素放出的射線(xiàn)可以進(jìn)行金屬探傷C放射性元素發(fā)生一次衰變，質(zhì)子數(shù)減少1D放射性元素的半衰期隨環(huán)境溫度的升高而縮短解析A放射性同位素可作為示蹤原子，A對(duì)；射線(xiàn)貫穿本領(lǐng)弱，不能用于金屬探傷，B錯(cuò)；放射性元素發(fā)生一次衰變，由衰變規(guī)律知質(zhì)子數(shù)增加1，C錯(cuò)；元素的半衰期只由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，D錯(cuò)，故選A.二、非選擇題(共70分)7 (8分)2011年3月11日，日本發(fā)生九級(jí)大地震，造成福島核電站的核泄漏事故在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過(guò)一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射在下列四個(gè)式子中，有兩個(gè)能分別反映131I和137Cs衰變過(guò)程，它們分別是_和_(填入正確選項(xiàng)前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是_和_AX1Ban BX2XeeCX3Bae DX4Xep解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可判斷，131I和137Cs的衰變方程分別為B和C.再根據(jù)核電荷數(shù)守恒，131I和137Cs的質(zhì)子數(shù)分別為53和55，則中子數(shù)分別為78和82.【答案】BC78828(10分)用人工方法得到放射性同位素，這是一個(gè)很重要的發(fā)現(xiàn)天然放射性同位素只不過(guò)40多種，而目前人工制造的同位素已達(dá)1 000多種，每種元素都有放射性同位素放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等許多方面得到廣泛應(yīng)用(1)帶電的驗(yàn)電器在放射線(xiàn)照射下電荷會(huì)很快消失，其原因是()A射線(xiàn)的貫穿作用B射線(xiàn)的電離作用C射線(xiàn)的物理、化學(xué)作用D以上3個(gè)選項(xiàng)都不是(2)右圖是工廠(chǎng)利用放射線(xiàn)自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖，若工廠(chǎng)生產(chǎn)的是厚度1 mm的鋁板，在、 3種射線(xiàn)中，你認(rèn)為對(duì)鋁板的厚度控制起主要作用的是_射線(xiàn)(3)在我國(guó)首先用人工方法合成牛胰島素時(shí)，需要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟天然牛胰島結(jié)晶是同一物質(zhì)為此，曾采用放射性同位素14C作為_(kāi)【答案】(1)B(2)(3)示蹤原子9(12分)核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能(1)核反應(yīng)方程式UnBaKraX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為_(kāi)，a_.以mU、mBa、mKr分別表示U、Ba、Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能E_.(2)有一座發(fā)電能力為P1.00106 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率40%.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過(guò)程放出的核能E2.781011 J, U核的質(zhì)量mU3901027 kg.求每年(1年3.15107 s)消耗的U的質(zhì)量解析(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可判斷X為中子(n)，且a3，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2，有E(mUmBamKr2mn)c2.(2)反應(yīng)堆每年提供的核能EPT/(其中T表示一年的時(shí)間)以M表示每年消耗的n的質(zhì)量，則MmUEE，解得MmUPT/E.代入數(shù)據(jù)得M1.10103 kg.【答案】(1)n3(mUmBamKr2mn)c2(2)1.10103 kg10(12分)用速度為v0、質(zhì)量為m1的He核轟擊質(zhì)量為m2的靜止的N核，發(fā)生核反應(yīng)，最終產(chǎn)生兩種粒子A和B.其中A為O核，質(zhì)量為m3，速度為v3；B的質(zhì)量為m4.(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程式；(2)計(jì)算粒子B的速度vB；(3)粒子A的速度符合什么條件時(shí)，粒子B的速度方向與He核的運(yùn)動(dòng)方向相反？解析(1)HeNOH.(2)由動(dòng)量守恒定律：m1v0m3v3m4vB，解得vB.(3)B的速度與He核的速度方向相反，即m1v0m3v3.【答案】(1)HeNOH(2)(3)v311(13分)太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達(dá)P03.81026 W.(1)估算一下太陽(yáng)每秒鐘損失的質(zhì)量(2)設(shè)太陽(yáng)上的核反應(yīng)都是4HHe2e228 MeV這種形式的反應(yīng)(是中微子，其質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量，是穿透能力極強(qiáng)的中性粒子)，地日距離L1.51011 m，試估算每秒鐘太陽(yáng)垂直照射在地球表面上每平方米有多少中微子到達(dá)解析(1)太陽(yáng)每秒鐘放出的能量：EPt3.81026 J，由質(zhì)能方程Emc2可得：m kg4.2109 kg4.2106 t.(2)每秒鐘聚變反應(yīng)的次數(shù)：n次8.481037次每秒鐘產(chǎn)生的中微子數(shù)為n1，則n12n16.961037個(gè)距太陽(yáng)L1.51011 m的球面積S4L243.14(1.51011)2 m228.261022 m2.每平方米有n2個(gè)中微子，則：n2個(gè)61014個(gè)【答案】(1)4.2106 t(2)61014個(gè)12(15分)已知氘核質(zhì)量為2.013 6u、中子質(zhì)量為1.008 7u，He核的質(zhì)量為3.015 0u.(1)寫(xiě)出兩個(gè)氘核聚變成He核的反應(yīng)方程；(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能(3)若兩氘核以相等的動(dòng)能0.35 MeV作對(duì)心碰撞，即可發(fā)生上述反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)中生成的He核和中子的動(dòng)能各是多少？解析(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：HHHen(2)由題設(shè)條件可求出質(zhì)量虧損為：m2.013 6u2(3.015 01.008 7)u0.003 5u所以釋放的核能為：Emc2931.50.003 5MeV3.26 MeV(3)因?yàn)樵摲磻?yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即轉(zhuǎn)化為He核和中子的動(dòng)能若設(shè)He核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2.由動(dòng)量和能量守恒有m1v1m2v20，Ek1Ek22Ek0E.【答案】(1)HHHen(2)3.26 MeV(3)見(jiàn)解析- 5 -