新高考物理一輪復習分層提升練習專題77 原子核物理（原卷版）

專題77原子核物理導練目標導練內(nèi)容目標1原子核的衰變和半衰期目標2核反應方程與核能的計算【知識導學與典例導練】原子核的衰變和半衰期1.三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2e-e0質(zhì)量4mp,mp=1.67×10-27kgm靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線偏轉(zhuǎn)方向相反不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強,能穿透幾毫米的鋁板最強,能穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱2.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程

Z

Z衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子211H+

0衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒3.衰變次數(shù)的計算方法若

ZAX→Z'A則A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上兩式即可求出m和n。4.半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。(2)根據(jù)半衰期的概念,可總結(jié)出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m【例1】陶寺遺址是堯的都城，是最早的“中國”，在發(fā)掘中采用了碳十四測年技術(shù)等多項科技手段來判斷陶寺文化的絕對年代。SKIPIF1<0的衰變方程為SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）A．衰變方程中的X是中子B．SKIPIF1<0需吸收能量才能發(fā)生衰變C．隨著SKIPIF1<0的不斷衰變，其半衰期會逐漸變長D．SKIPIF1<0與X的質(zhì)量之和小于SKIPIF1<0的質(zhì)量【例2】花崗巖、磚砂、水泥及深層地下水等物質(zhì)會釋放氡氣。氡氣被吸入人體后會形成內(nèi)照射，對人體的危害僅次于吸煙。氡的同位素中對人體危害最大的是氡SKIPIF1<0及其衰變產(chǎn)物，氡SKIPIF1<0的衰變鏈為：SKIPIF1<0，其中氡SKIPIF1<0的半衰期為3.8天。關(guān)于氡SKIPIF1<0的衰變，下列說法正確的是（

）A．將抽取的深層地下水煮沸后，氡會更快地衰變掉B．衰變④過程只發(fā)生了SKIPIF1<0衰變C．每經(jīng)過3.8天，將有半數(shù)的氡SKIPIF1<0衰變?yōu)殂USKIPIF1<0D．一個氡核SKIPIF1<0每經(jīng)過一個衰變鏈，共發(fā)生了3次SKIPIF1<0衰變、2次SKIPIF1<0衰變核反應方程與核能的計算1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)

92238Uβ衰變自發(fā)

90234Th→91人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

714N

24He+4

1327Al+2(約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素)

1530P重核裂變比較容易進行人工控制

92235U+01

92235U+01n輕核聚變很難控制

12H2.核反應方程的書寫(1)熟記常見粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反應方程遵循的規(guī)律是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)。由于核反應不可逆,因此書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。(3)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。3.核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV/u計算。因1原子質(zhì)量單位(1u)相當于931.5MeV,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能×核子數(shù)。4.對質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2。方程的含義:物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量減少,質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應減少,即ΔE=Δmc2。(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2?！纠?】一個中子SKIPIF1<0被SKIPIF1<0捕獲后生成SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的過程中釋放出SKIPIF1<0的核能。已知真空中的光速為SKIPIF1<0，則下列有關(guān)敘述正確的是（）A．該反應屬于原子核的裂變 B．SKIPIF1<0沒有放射性C．該反應過程中的質(zhì)量虧損為SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0的比結(jié)合能為SKIPIF1<0【例4】位于合肥市科學島上的東方超環(huán)（EAST）（俗稱“人造小太陽”）是中國科學院等離子體物理研究所自主設(shè)計、研制并擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實驗裝置，是世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克。該裝置主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程SKIPIF1<0+SKIPIF1<0→SKIPIF1<0+SKIPIF1<0。假設(shè)兩個氘核以相同大小的速度沿同一直線相向碰撞，聚變反應釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為兩個新核的動能，分別用mH、mHe、mn，表示SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的質(zhì)量，用c表示光速，則下列說法正確的是（）A．反應后中子與氦核的動能之比為SKIPIF1<0B．反應后中子和氦核的速度大小之比為SKIPIF1<0C．該聚變反應中釋放的核能為（2mH－mHe－mn）c2D．氘核SKIPIF1<0聚變成氦核SKIPIF1<0的過程中，核子的平均質(zhì)量減小【多維度分層專練】1．稀土是我國重要的礦產(chǎn)資源，稀土儲量和稀土產(chǎn)品年出口量均居世界第一位。我國稀土礦體大致分為三類：一類是氟碳鈰礦；二類是獨居石；三類是離子吸附型礦。各類稀土礦不同程度地伴有天然放射性核素釷系和軸系，其中包含如下核反應方程：①SKIPIF1<0；②SKIPIF1<0。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0的比結(jié)合能比SKIPIF1<0的比結(jié)合能大B．X的穿透能力比Y的穿透能力強C．Y是Ra核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的D．①②兩個核反應都屬于核裂變反應2．心臟起搏器使用“氚電池”供電，是利用了氚核（SKIPIF1<0）發(fā)生β衰變過程釋放的能量，衰變方程為SKIPIF1<0，已知氚核的半衰期為12.5年。氚核與其同位素氘核（SKIPIF1<0）在一定條件下可以發(fā)生反應，反應方程為SKIPIF1<0。下列說法正確的是（）A．新核X是氘核（SKIPIF1<0）B．氚核（SKIPIF1<0）發(fā)生β衰變時，質(zhì)量和電荷數(shù)都守恒C．若有質(zhì)量為100g的氚核，經(jīng)過25年后，剩余氚核的質(zhì)量為25gD．SKIPIF1<0是核聚變方程，核電站利用該核反應獲得核能3．我國設(shè)計的“玉兔號”月球車上應用了钚238小型核能電池。已知钚（SKIPIF1<0）在衰變的過程中放出一個電子，生成新原子核镅（Am）。若钚（SKIPIF1<0）的比結(jié)合能為E1，镅（Am）的比結(jié)合能為E2下列說法正確的是（）A．衰變方程為SKIPIF1<0B．原子核镅（Am）有145個中子C．衰變過程中釋放的核能為238（SKIPIF1<0）D．月球晝夜溫差大會影響钚238的半衰期4．我國“華龍一號”是當前核電市場接受度最高的三代核電機型之一，其全面建成有力支撐了我國由核電大國向核電強國跨越。核反應堆是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量核能。SKIPIF1<0是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，X是某種粒子，a是X粒子的個數(shù)，用mU、mBa、mKr分別表示SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0核的質(zhì)量，mX表示X粒子的質(zhì)量，c為真空中的光速，以下說法正確的是（

）A．SKIPIF1<0的結(jié)合能小于SKIPIF1<0與SKIPIF1<0的結(jié)合能之和B．X為中子，a=2C．SKIPIF1<0的比結(jié)合能比SKIPIF1<0的大D．上述核反應中放出的核能E=(mU－mBa－mKr－3mX)c25．2019年1月3日，“玉兔二號”月球車與“嫦娥四號”著陸器分離，實現(xiàn)月球背面著陸?！坝裢枚枴贝钶d了一塊核電池，利用SKIPIF1<0Pu衰變?yōu)镾KIPIF1<0U釋放能量，可在月夜期間提供一定的電能。已知SKIPIF1<0Pu的質(zhì)量為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0U的質(zhì)量為SKIPIF1<0，真空中的光速為c，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0Pu發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核為SKIPIF1<0UB．SKIPIF1<0Pu衰變?yōu)镾KIPIF1<0U，中子數(shù)減少2C．溫度升高時，SKIPIF1<0Pu的衰變會加快D．SKIPIF1<0Pu衰變?yōu)镾KIPIF1<0U釋放的能量為SKIPIF1<06．幽門螺桿菌很容易誘發(fā)胃腸疾病，臨床上常用的檢測方法之一是做碳14（SKIPIF1<0）呼氣試驗。被檢者口服含SKIPIF1<0的膠囊后休息等待一段時間，再用吹氣管向二氧化碳吸收劑中吹氣，通過分析呼氣中標記的SKIPIF1<0的含量即可判斷胃中幽門螺桿菌的存在情況。SKIPIF1<0的半衰期是5730年，而且大部分是SKIPIF1<0衰變，其衰變方程為SKIPIF1<0。則下列說法正確的是（）A．新核X比SKIPIF1<0少了一個中子B．被檢者發(fā)燒時會促使SKIPIF1<0衰變加快，導致檢測不準C．若有2個SKIPIF1<0原子，則經(jīng)過5730年后就一定會有1個SKIPIF1<0發(fā)生衰變D．衰變產(chǎn)生的SKIPIF1<0粒子可能是來自于藥物化學反應中得失的電子7．硼中子俘獲治療是近年來腫瘤治療領(lǐng)域新興的精準診療手段。先給患者注射一種含硼（SKIPIF1<0）的藥物，藥物和體內(nèi)的腫瘤細胞有強親和力，能夠迅速特異性的聚集在腫瘤細胞內(nèi)，給腫瘤細胞貼上一個“壞人”的標記。再用超熱中子束對腫瘤部位進行照射，腫瘤細胞內(nèi)的硼俘獲中子后，生成X，X衰變后生成高殺傷力的Y粒子、SKIPIF1<0和SKIPIF1<0射線，保證精準殺死腫瘤細胞的同時不損傷正常組織。下列說法正確的是（）A．X是SKIPIF1<0的放射性同位素B．Y為SKIPIF1<0粒子C．可以通過改變溫度控制X的衰變速度D．一個Y粒子和一個SKIPIF1<0的質(zhì)量之和等于一個X的質(zhì)量8．核反應堆常用的核燃料是SKIPIF1<0或SKIPIF1<0，SKIPIF1<0在自然界并不存在，可以利用核反應堆中產(chǎn)生的中子打擊SKIPIF1<0生成。已知SKIPIF1<0具有放射性，發(fā)生衰變生成SKIPIF1<0并釋放γ光子，設(shè)SKIPIF1<0衰變前處于靜止狀態(tài)，忽略γ光子動量，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0核中有94個中子B．衰變過程有質(zhì)量虧損，但衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒C．SKIPIF1<0衰變?yōu)镾KIPIF1<0的過程為β衰變D．生成物SKIPIF1<0與SKIPIF1<0的動能之比為4∶2359．2021年12月中國科學院等離子體物理研究所發(fā)布了一條核聚變領(lǐng)域的突破性消息：EAST全超導托卡馬克裝置（東方超環(huán)）實現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間。在聚變反應中，一個氘核（SKIPIF1<0）和一個氚核（SKIPIF1<0）結(jié)合為一個氦核（SKIPIF1<0），并放出一個X粒子，同時釋放能量，關(guān)于核聚變下列說法正確的是（）A．X粒子是中子B．高溫劇烈的熱運動使原子核有足夠的動能克服庫侖斥力發(fā)生聚變C．氚核的比結(jié)合能大于氦核的比結(jié)合能D．若該裝置每秒釋放的能量為SKIPIF1<0，則每秒?yún)⑴c反應的氘核和氚核質(zhì)量約為SKIPIF1<010．在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片，如圖所示。已知兩個相切圓的半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是（）A．原子核可能發(fā)生α衰變，也可能發(fā)生β衰變B．徑跡1、2可能都是衰變后粒子順時針轉(zhuǎn)動形成的C．若衰變方程是SKIPIF1<0，則衰變后新核和射出的粒子的動能之比為117:2D．若衰變方程是SKIPIF1<0，則SKIPIF1<011．現(xiàn)有兩動能均為E0=0.35MeV的SKIPIF1<0在一條直線上相向運動，兩個SKIPIF1<0