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章末测评验收卷(五)　原子核　(满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　　)
He＋Al→P＋H是原子核的人工转变
F＋H→O＋He是α衰变
H＋H→He＋γ是核聚变反应
U→Sr＋Xe＋3n是核裂变反应
2.(2023·广东卷，1)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C＋Y→O的影响。下列说法正确的是(　　)
Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
3.太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是H＋H→He＋X，若已知H的质量为m1，H的质量为m2，He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法正确的是(　　)
X是质子
X是电子
这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
H和H在常温下就能够发生聚变
4.在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为Pb→Bi＋X。以下说法正确的是(　　)
衰变方程中的X是电子
升高温度可以加快Pb的衰变
Pb与Bi的质量差等于衰变的质量亏损
方程中的X来自Pb内质子向中子的转化
5.(2023·6月浙江选考，5)“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu→U＋He，则(　　)
衰变方程中的X等于233 　　　　　He的穿透能力比γ射线强
Pu比U的比结合能小 　　　　　月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
6.如图所示，匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，衰变过程中放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为42∶1，则氡核的衰变方程是(　　)
Rn→Fr＋e 　　　　　　Rn→Po＋He
Rn→At＋e 　　　　　　Rn→At＋H
7.1964年10月16日15时，邓稼先先生带领的团队研发的第一颗原子弹在中国大地成功试爆。原子弹的原理是U裂变生成Kr和Ba，从而产生巨大能量，若已知U、Kr和Ba原子核的质量分别为m0、m1、m2，中子的质量为m。下列关于原子弹的相关知识正确的是(　　)
U裂变的核反应方程为U→Kr＋Ba＋2n
一个U原子核裂变时产生的热量为(m0－m1－m2－2m)c2
原子弹爆炸中的链式反应与铀块的体积有关
U原子核的比结合能为
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
8.氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。已知Rn的半衰期约为3.8天。则(　　)
若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
经过15.2天，16 g的Rn衰变后还剩1 g
Rn发生一次α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2
一个U原子核衰变为一个Rn原子核的过程中，发生β衰变的次数为2次
9.太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核(He)。表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 MeV的能量)，以下说法中正确的是(　　)
粒子名称 质子p α粒子 电子e 中子n
质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7
核反应方程式为4H→He＋2e
核反应方程式为4H→He＋2e
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.046 6 u
聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV
10.2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)
秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
反应堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应
三、非选择题(本题共5小题，共54分。)
11.(8分)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，问
(1)(4分)这种粒子是什么粒子？
(2)(4分)P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mgP随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的P经过几天的衰变后还剩0.25 mg。
12.(8分)放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可用来测古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)(5分)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成C，C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，试写出有关核反应方程；
(2)(5分)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？
13.(10分)两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 u，氦核质量为4.002 u。
(1)(6分)写出相应的核反应方程；
(2)(6分)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量(结果保留2位有效数字)。
14.(12分)氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料。呼吸时氡气会随气体进入肺部，氡衰变时放出α射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等。若有一静止的氡核Rn发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋Po，此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。
(1)(4分)写出衰变方程；
(2)(4分)求出反冲核钋的速度(计算结果用题中字母表示)；
(3)(6分)求出这一衰变过程中的质量亏损(计算结果用题中字母表示)。
15.(16分)核电站利用核反应堆工作，铀核U裂变生成钡核Ba和氪核Kr。在一个反应堆中用石墨作慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。
(1)(4分)试完成铀核裂变反应方程：
U＋n→Ba＋Kr＋3n；
(2)(6分)已知U、Ba、Kr核以及中子的质量分别是235.043 9 u，140.913 9 u，91.897 3 u和1.008 7 u，计算一个铀核裂变放出的核能。1 u＝1.66×10－27 kg，c＝3.0×108 m/s(结果保留2位有效数字)；
(3)(6分)设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少。
章末测评验收卷(五)　原子核
1.C　[A选项方程书写错误，电荷数两边不相等，故A错误；B选项方程是人工转变方程，故B错误；C选项方程是核聚变反应，故C正确；D选项方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。]
2.D　[根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(He)，三种射线的穿透能力是γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力是α射线最强，γ射线最弱，故D正确。]
3.C　[根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X的电荷数是0，质量数是1，所以X是中子，故A、B错误；由质能方程可知，这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；H和H只有在极高温度下才能够发生聚变反应，故D错误。]
4.A　[根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，B错误；Pb与Bi 和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；方程中的X来自Pb内中子向质子的转化，D错误。]
5.C　[由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，则X应为234，A错误；α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，B错误；比结合能越大，原子核越稳定，则U的比结合能比Pu的比结合能大，C正确；放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关，D错误。]
6.B　[粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有qvB＝m，解得r＝；粒子衰变过程中不受外力，系统动量守恒，放出的粒子和反冲核的动量等大、反向，可知r＝∝；大圆与小圆的半径之比为42∶1，放出的粒子与反冲核的电荷量之比为1∶42；根据电荷数守恒，放出的粒子是α粒子，则衰变方程应该是Rn→Po＋He，B正确。]
7.C　[U的裂变需要高速中子轰击，故其核反应方程为U＋n→Kr＋Ba＋3n，A错误；此核反应过程中质量亏损为Δm＝m0－m1－m2－2m，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知一个U原子核裂变时产生的能量为(m0－m1－m2－2m)c2，但此能量一部分为热能，一部分转化为其他原子核和中子的动能，故一个U原子核裂变产生的热量小于(m0－m1－m2－2m)c2，B错误；链式反应与铀块的体积有关，体积越大，则中子撞击的几率越大，发生链式反应的几率越大，且只有当铀块的体积达到临界体积时，链式反应才能稳定发生，C正确；比结合能指原子核分裂为核子所需的能量与其核子数的比值，并不是核裂变产生的能量与其核子数的比值，D错误。]
8.BCD　[半衰期由原子核的种类决定，与温度等外界因素无关，故A错误；经过15.2天，即4个半衰期，16 g的Rn衰变后还剩的原子核没有衰变，即还剩1 g的Rn没有衰变，故B正确；原子核经过一次α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，中子数减少2，故C正确；一个原子核衰变为一个原子核的过程中，质量数减少16，则发生了4次α衰变，电荷数减少6，则发生β衰变的次数为2次，故D正确。]
9.AD　[根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可知，A正确，B错误；质量亏损Δm＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u，根据质能方程可知释放的能量ΔE＝Δmc2≈24.8 MeV，C错误，D正确。]
10.CD　[秦山核电站为核裂变核电站，A错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核电站发电电能W＝6.9×1011 kW·h＝2.484×1018 J，设ΔE＝W，联立解得Δm＝27.6 kg，但是还有冷却水供热部分能量导致的质量亏损，故秦山核电站发电使原子核亏损的质量大于27.6 kg，B错误；为了调节中子数目以控制链式反应速度，需要在铀棒之间插入镉棒吸收过多中子控制反应速度，C正确；核反应堆中主要为核裂变反应，存在的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，D正确。]
11.(1)正电子(或e)　(2)56天
解析　(1)核反应方程式为P→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子(e)。
(2)由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25 mg＝4 mg×，
知t＝56天。
12.(1)N＋n→C＋H　C→N＋e　(2)17 190年
解析　(1)中子碰到氮原子发生核反应，核反应方程为
N＋n→C＋H
C的衰变方程为C→N＋e。
(2)依题意得＝12.5%，解得n＝3，则t＝5 730×3年＝17 190年。
13.(1)H＋H→He　(2)3.6×1027 MeV
解析　(1)核反应的方程为H＋H→He。
(2)两个氘核结合成一个氦时释放的能量
ΔE＝(2×2.014－4.002)×931.5 MeV＝24.22 MeV
1 kg氘中含有的氘核数
N＝NA＝×6.0×1023＝3.0×1026
1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量
E＝ΔE＝×24.22 MeV＝3.6×1027 MeV。
14.(1)Rn→Po＋He　(2)，方向与α粒子速度方向相反　(3)
解析　(1)由质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为Rn→Po＋He。
(2)核反应过程动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv0＋mv＝0
解得v＝－，负号表示方向与α粒子速度方向相反。
(3)衰变过程产生的能量
ΔE＝mv＋Mv2＝
由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2
解得Δm＝。
15.(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n　(2)3.2×10－11 J　(3)E0
解析　(1)根据电荷数和质量数守恒可得核反应方程为
U＋n→Ba＋Kr＋3n。
(2)核反应过程中的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u
由爱因斯坦质能方程得一个铀核裂变放出的能量为
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J。
(3)设中子和碳核的质量分别为m和m0，碰撞前中子的速度为v0，碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v′，根据动量守恒定律，可得
mv0＝mv＋m0v′
根据弹性碰撞中动能守恒，可得E0＝mv＝mv2＋m0v′2
联立解得v＝v0
已知m0＝12m，可得v＝－v0
则在碰撞过程中中子损失的动能为ΔE＝mv－mv2＝E0。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(共31张PPT)
章末测评验收卷(五)
(时间：75分钟　满分：100分)
第五章　原子核
C
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　　)
解析　A选项方程书写错误，电荷数两边不相等，故A错误；B选项方程是人工转变方程，故B错误；C选项方程是核聚变反应，故C正确；D选项方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。
D
C
A
C
B
C
BCD
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
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粒子名称 质子p α粒子 电子e 中子n
质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7
解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可知，A正确，B错误；质量亏损Δm＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u，根据质能方程可知释放的能量ΔE＝Δmc2≈24.8 MeV，C错误，D正确。
CD
10.2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)
13.(10分)两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 u，氦核质量为4.002 u。
(1)写出相应的核反应方程；
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量(结果保留2位有效数字)。
(2)两个氘核结合成一个氦时释放的能量
ΔE＝(2×2.014－4.002)×931.5 MeV＝24.22 MeV
1 kg氘中含有的氘核数
(2)核反应过程动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向
由动量守恒定律得mv0＋mv＝0
(2)核反应过程中的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u
由爱因斯坦质能方程得一个铀核裂变放出的能量为
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J。
(3)设中子和碳核的质量分别为m和m0，碰撞前中子的速度为v0，
碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v′，根据动量守恒定律，
可得mv0＝mv＋m0v′
根据弹性碰撞中动能守恒，可得

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