2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核第3講原子核練習(xí)含解析魯科版

PAGE9-第3講原子核考點(diǎn)一原子核的衰變、半衰期三種射線的比較【典例1】自然放射性元素放出的三種射線的穿透實(shí)力試驗(yàn)結(jié)果如圖所示,由此可推知 ()A.②來自于原子核外的電子B.①的電離作用最強(qiáng),是一種電磁波C.③的電離作用較強(qiáng),是一種電磁波D.③的電離作用最弱,屬于原子核內(nèi)釋放的光子【解析】選D。三種射線均來自于原子核內(nèi),A錯(cuò)誤;從圖中可看出,一張紙能攔?、偕渚€,則①射線肯定是α射線,其貫穿本事最差,電離實(shí)力最強(qiáng),但不是電磁波,而是高速粒子流,B錯(cuò)誤;鋁板能攔?、?而不能攔?、?說明③肯定是γ射線,其電離實(shí)力最弱,貫穿本事最強(qiáng),是一種電磁波,屬于原子核內(nèi)以能量形式釋放出來的以光速運(yùn)行的高能光子,C錯(cuò)誤,D正確。衰變次數(shù)的計(jì)算【典例2】(多選)自然放射性元素

90232Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后,變成

82208Pb(A.衰變過程共有6次α衰變和4次β衰變B.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子C.β衰變所放出的電子來自原子核外D.釷核比鉛核多24個(gè)中子【解析】選A、B。由于β衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的削減,故可先依據(jù)質(zhì)量數(shù)的削減確定α衰變的次數(shù),x=232-2084=6,再結(jié)合核電荷數(shù)的變更狀況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù),2x-y=90-82=8,y=2x-8=4,釷232核中的中子數(shù)為232-90=142,鉛208核中的中子數(shù)為208-82=126,所以釷核比鉛核多16個(gè)中子,鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子,由于物質(zhì)的衰變與元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān),所以β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi),所以A與磁場(chǎng)結(jié)合的問題【典例3】(多選)如圖,靜止的

92238U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核,兩個(gè)產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),A.衰變方程可表示為

92238U→

90B.Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為1∶45C.Th核和α粒子的動(dòng)能之比為1∶45D.Th核和α粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的方向相反【解析】選A、B。已知α粒子為

24He,則由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知,衰變方程為:92238U→90234Th+24He,故A正確;Th核和α粒子都帶正電荷,則在題圖勻強(qiáng)磁場(chǎng)中都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),故D錯(cuò)誤;由動(dòng)量守恒可得衰變后vThvα=mαmTh=4234,則Th核和α粒子的動(dòng)能之比12mThvTh212mαvα2=2344×42342=4234=2117,故C錯(cuò)誤;粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半衰期【典例4】(多選)釷

90234Th具有放射性,它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓h

91234Pa,同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生,其方程為

90234ThA.X為質(zhì)子B.X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C.γ射線是鏷原子核放出的D.1g釷

90234Th經(jīng)過120天后還剩0.3125【解析】選B、C。依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,釷核衰變過程中放出了一個(gè)電子,即X為電子,故A錯(cuò)誤;發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的,故B正確;γ射線是鏷原子核放出的,故C正確;釷的半衰期為24天,1g釷

090234Th經(jīng)過120天即經(jīng)過5個(gè)半衰期后還剩0.03125g,故1.α衰變、β衰變的比較:衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠?/p>

ZAX→Z

ZAX→Z+1衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子211H+20

01n→1勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形態(tài)衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒2.衰變次數(shù)的確定方法:方法一:確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律,設(shè)放射性元素

ZAX經(jīng)過n次變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Z'A'Y,則表示該核反應(yīng)的方程為

ZAX→A=A′+4n,Z=Z′+2n-m,由以上兩式聯(lián)立解得n=A-A'4方法二:因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響,可先由質(zhì)量數(shù)的變更確定α衰變的次數(shù),然后依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)?！炯庸逃?xùn)練】某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出α、β、γ三種射線,讓這三種射線進(jìn)入磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)狀況如圖所示。下列說法正確的是 ()A.該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的上升會(huì)增大B.C粒子是原子核的重要組成部分C.A粒子肯定帶正電D.B粒子的穿透性最弱【解析】選C。半衰期由原子核本身確定,與外界因素?zé)o關(guān),故A錯(cuò)誤;由題圖可知C粒子為電子,而原子核帶正電,故B錯(cuò)誤;由左手定則可知,A粒子肯定帶正電,故C正確;B粒子為γ射線,穿透性最強(qiáng),故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二核反應(yīng)與核反應(yīng)方程【典例5】(2024·淄博模擬)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)原來靜止的

614C原子核,它放出的粒子與反沖核的徑跡是兩個(gè)相內(nèi)切的圓,圓的直徑之比為7∶1,那么碳14A.614C→+10e+514B BC.614C→12H+512B D【解析】選D。由動(dòng)量守恒定律可知,放出的粒子與反沖核動(dòng)量大小相等、方向相反,由在磁場(chǎng)中兩圓徑跡內(nèi)切可知,反沖核帶正電,放出的粒子帶負(fù)電,由兩圓直徑之比為7∶1和R=mvqB可知,反沖核的電荷量是粒子的7倍,故選項(xiàng)D1.核反應(yīng)的四種類型:類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)

92238U→90β衰變自發(fā)

90234Th→91人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯は拗?/p>

714N+24He(盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子)

24He+49Be(查德威克發(fā)覺中子)

1327Al→1530P(約里奧·居里夫婦發(fā)覺放射性同位素及正電子)

1530P→14重核裂變比較簡(jiǎn)潔進(jìn)行人工限制

92235U+01n→56

92235U+01n→54輕核聚變除氫彈外無法限制

12H+13H2.核反應(yīng)過程一般都是不行逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接。3.核反應(yīng)的生成物肯定要以試驗(yàn)為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰誕生成物來寫核反應(yīng)方程。4.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變更。5.核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒?！炯庸逃?xùn)練】(多選)下列說法正確的是 ()A.715N+11HC+2B.11H+12C.92238UTh+2D.24He+1327AlP【解析】選B、D。選項(xiàng)A所給式不符合α衰變規(guī)律,所以不是α衰變方程,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;核聚變指的是兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的核,故選項(xiàng)B正確;鈾核裂變過程中肯定會(huì)產(chǎn)生中子,所給反應(yīng)方程式?jīng)]有中子產(chǎn)生,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;選項(xiàng)D中方程代表的是原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過程,是人工轉(zhuǎn)變方程,故選項(xiàng)D正確?？键c(diǎn)三核能及其計(jì)算質(zhì)能方程【典例6】(2024·全國(guó)卷Ⅱ)太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán),循環(huán)的結(jié)果可表示為411H→24He+210e+2ν,已知

11H和

24He的質(zhì)量分別為mp=1.0078u和mα=4.0026u,1u=931MeV/c2,c為光速。在4個(gè)

A.8MeV B.16MeVC.26MeV D.52MeV【解析】選C。依據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δm·c2,得ΔE=(4mp-mα-2me)·c2,因核反應(yīng)前后質(zhì)量虧損約為Δm=(1.0078×4-4.0026)u=0.0286u,故釋放的能量約為ΔE=931MeV/c2×Δm=26.6MeV,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。能量和動(dòng)量守恒【典例7】(2024·濱州模擬)現(xiàn)有兩個(gè)動(dòng)能均為E0=0.35MeV的

12H在一條直線上相向運(yùn)動(dòng),兩個(gè)

12H發(fā)生對(duì)撞后能發(fā)生核反應(yīng),得到

23He和新粒子,且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為2.0141u,23He的質(zhì)量為3.0160u,新粒子的質(zhì)量為1.0087u,核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931MeV(假如涉及計(jì)算,結(jié)果保留整數(shù))A.核反應(yīng)方程為

12H+12HB.核反應(yīng)前后不滿意能量守恒定律C.新粒子的動(dòng)能約為3MeVD.23He的動(dòng)能約為4【解析】選C。由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知

12H+12H→23He+01n,則新粒子為中子

01n,所以A錯(cuò)誤;核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損,釋放能量,仍舊滿意能量守恒定律,B錯(cuò)誤;由題意可知ΔE=(2.0141×2-3.0160-1.0087)×931MeV≈3MeV,依據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,依據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒有pHe-pn=0,由Ek=p22m,可知1MeV,Ekn=mHemn+mHe(2E0+ΔE)≈31.質(zhì)能方程的理解:(1)肯定的能量和肯定的質(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(jiǎn)潔的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量削減,質(zhì)量也削減。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)削減,即ΔE=Δmc2。(3)原子核分解成核子時(shí)要汲取肯定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,汲取的能量為ΔE=Δmc2。2.核能釋放的兩種途徑的理解:中等大小的原子核的比結(jié)合能最大,這些