资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业16　放射性同位素　裂变和聚变
A组必备知识基础练
1.(多选)对放射性的应用,下列说法正确的是(　　)
A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,对人体的正常细胞不会有伤害作用
B.对放射性的废料,要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里,而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
2.下列核反应,表示核裂变的是(　　)
AThHe
BBaKr+n
CSie
DBeHen
3.共和国勋章获得者于敏先生是一位伟大的核物理学家,在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题和理论问题.下列有关说法正确的是(　　)
A.裂变比聚变产能效率高
B.核电站、氢弹都是利用了核聚变反应
C.氢弹的研制成功说明热核反应已经可控
D.氘核与氚核结合为氦核的聚变方程是H→
Hen
4.关于核聚变与核裂变,下列说法正确的是(　　)
A.核聚变反应前各核的质量之和等于核反应后各核的质量之和
BH核聚变的反应方程为Hee
CU核裂变方程为BaKr+n
D.发生核聚变后,新核的比结合能变大
5.铀235是核电站的主要核燃料,核反应堆在工作时,铀235既发生裂变,也发生衰变.铀235裂变方程为n→XKr+n,衰变方程为U→YHe,则下列说法正确的是(　　)
A.上述裂变过程放出能量,衰变过程也放出能量
B.衰变产生的新核Y不再具有放射性
C.裂变产生的新核X中含有143个质子
D.核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变
6.(2024上海卷)原子核之间由于相互作用会产生新核,这一过程具有多种形式.
(1)质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程称为　　　　.
A.链式反应 B.衰变
C.核聚变 D.核裂变
(2)H核的质量为m1H核的质量为m2,它们通过核反应形成一个质量为m3的氦原子核He),真空中光速为c,此过程释放的能量为　　　　　　　　　.
7.现有的核电站广泛采用的核反应之一是铀235核U)的裂变,其核反应方程为U+n→Zr+n+e+,其中是反中微子,它不带电,质量数为零.
(1)试确定生成物钕核(Nd)的电荷数a与质量数b.
(2)已知铀核U)的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,钕核(Nd)的质量为142.909 8 u,锆核Zr)的质量为89.904 7 u,不考虑反应中生成的电子的质量,1 u相当于931.5 MeV,求一个铀核U)裂变释放的核能ΔE.
B组关键能力提升练
8.在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤,所用的放射源必须具备以下两个条件:
(1)放出的放射线有较强的穿透能力,以辐射到体内肿瘤所在处;
(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度.
下表给出了四种放射性同位素的辐射线及半衰期,在表中所列的四种同位素,最适宜作为放疗使用的放射源应是(　　)
同位素 钋210 锶90 锝99 钴60
辐射线 α β γ γ
半衰期 138年 28年 6小时 5年
A.钋210 B.锶90
C.锝99 D.钴60
9.PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET原理,下列说法不正确的是(　　)
A.O衰变的方程式为e
B.将放射性同位素O注入人体,其作用为示踪原子
C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D.PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期
10.在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗殆尽,核心将发生坍缩.在太阳核心发生坍缩前,太阳的能量来源于内部的核反应.下列关于太阳的核反应的说法错误的是(　　)
A.核反应是太阳内部的核裂变
B.核反应需要达到极高温度
C.核反应前后核子的平均质量减小
D.核反应前后核子总质量数不变
11.早期设想的氢弹结构如图所示,其燃料为氘,聚变所需的高温和高粒子密度由原子弹提供,聚变的核反应方程式为:H→HeH+n.已知H、HeHen的质量分别为2.014 1 u、4.002 6 u、3.016 0 u、1.007 8 u、1.008 7 u,已知1 u 相当于931.5 MeV.下列说法正确的是(　　)
A.反应方程式中的x=1
B.该反应中比结合能减小
C.该反应释放的能量约为24.9 MeV
D.轻核聚变需要高温是因为核子接近时必须克服巨大的核斥力
12.已知两个氘核聚变生成一个He核和一个中子,氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u(质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV).除了计算质量亏损外He核的质量可以认为是中子的3倍.(计算结果单位为 MeV,保留两位有效数字)
(1)写出该反应的核反应方程.
(2)若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He核并放出一个中子,释放的核能也全部转化为He核与中子的动能.反应前每个氘核的动能为0.37 MeV,求反应后He核和中子的动能分别为多少.
13.我国首艘攻击核潜艇,代号091型,西方称其为汉级攻击核潜艇,其核反应堆采用的燃料是U,用一个动能约为0.025 eV的热中子(慢中子)轰击U,生成不稳定的U,从而再裂变为Ba和Kr,同时放出能量和3个快中子.快中子不利于U的裂变,为了能使裂变反应继续下去,需要将反应中放出的快中子减速,从而使生成的中子继续撞击其他U.有一种减速的方法是使用石墨(碳12)作减速剂,设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞.可能用到的数据1 MeV=106 eV、lg 7≈0.845、lg ≈-0.072 6
(1)请写出核反应方程式.
(2)一个动能为E0=1.75 MeV的快中子与静止的碳原子碰撞一次后,快中子的动能为多少 MeV.
(3)一个动能为E0=1.75 MeV的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次,才能减速成为慢中子
参考答案
分层作业16　放射性同位素　裂变和聚变
1.BCD　放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,对人体的正常细胞会有伤害作用,故A错误;对放射性的废料,要装入特制的容器并埋入深地层进行处理,故B正确;γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里,而不能随意放置,故C正确;对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的,故D正确.
2.B　A是α衰变方程,选项A错误;重核的裂变是指重核在中子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应,故该反应为重核裂变,选项B正确;C反应中有一个正电子生成,不是裂变,故C错误;D为原子核的人工转变方程,选项D错误.
3.D　因为核裂变容易控制且发生的条件比核聚变低,所以目前的核电站主要是利用核裂变,但是核裂变的产能效率比核聚变低,故A、B错误;氢弹爆炸是不可控的,它的研制成功并不能说明热核反应可控,故C错误;氘核与氚核结合为氦核的核聚变方程是H→n,故D正确.
4.D　核聚变反应要放出能量,有质量亏损,则反应前各核的质量之和大于核反应后各核的质量之和,选项A错误;根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,核聚变的反应方程Hee是错误的,选项B错误;裂变反应是链式反应,反应物中应该有中子,则U核裂变方程BaKr+n是错误的,选项C错误;发生核聚变后,要放出核能,则新核的比结合能变大,选项D正确.
5.A　根据核反应的特点可知,裂变与衰变都放出能量,A正确;Y原子核中含有的电荷数为92-2=90大于80,是具有放射性的,B错误;根据电荷数守恒和质量数守恒,可知X的质量数为144,电荷数为56,即质子数为56,C错误;半衰期的大小与温度无关,D错误.
6.答案 (1)C　(2)(m1+m2-m3)c2
解析 (1)质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的反应称为核聚变,C正确.
(2)根据质能方程可知,此过程释放的能量为E=Δmc2=(m1+m2-m3)c2.
7.答案 (1)a=60,b=143
(2)197.5 MeV
解析 (1)由电荷数守恒有a=92-40+8
由质量数守恒有b=236-90-3
解得a=60,b=143.
(2)由题意可知,该核反应的质量亏损Δm=(235.043 9+1.008 7-142.909 8 -89.904 7-3×1.008 7)u=0.212 u
1 u相当于931.5 MeV
所以ΔE=0.212×931.5 MeV=197.5 MeV.
8.D　三种射线中γ射线的穿透能力最强,α射线与β射线的穿透性都相对于γ射线较弱,不适合用作医学的放射源,故A、B错误;三种射线中γ射线的穿透能力最强,锝99的半衰期较短,而钴60的半衰期较长,钴60在较长时同内具有相对稳定的辐射强度,适合用作医学的放射源.故C错误,D正确.
9.CO衰变的方程式为e,A正确;将放射性同位素O注入人体,在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像,故其作用为示踪原子,B正确;一对正负电子湮灭后生成两个光子,C错误;PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期,否则无法通过探测器探测到,D正确.
10.A　核反应是太阳内部的核聚变,故A错误;核反应需要达到极高温度,故B正确;核反应前后释放能量,质量亏损,核子的平均质量减小,故C正确;核反应前后质量数守恒,电荷数守恒,核子总质量数不变,故D正确.
11.C　根据核反应方程满足质量数守恒,电荷数守恒,有10=4+3+1+x,解得x=2,故A错误;轻核聚变有质量亏损释放核能,则反应是比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核,故B错误;聚变释放的核能为ΔE=Δmc2=(5×2.014 1-4.002 6-3.016 0-1.007 8-1.008 7×2)×931.5 MeV,解得ΔE=24.9 MeV,故C正确;轻核聚变需要高温是因为核子接近时必须克服巨大的库仑斥力,故D错误.
12.答案 (1HHen
(2)1.0 MeV　2.3 MeV
解析 (1)两个氘核聚变生成一个He核和一个中子,则该反应的核反应方程为HHen.
(2)碰撞和反应过程动量守恒,则碰后He核和中子总动量为零,即3mv1=mv2
核反应释放的能量ΔE=Δmc2=(2×2.013 6-3.015 0-1.008 7)×931.5 MeV=3.26 MeV
根据能量守恒×3m=ΔE+2E0
解得He核动能E1=×3m=1.0 MeV
中子的动能E2=ΔE-E1=2.3 MeV.
13.答案 (1BaKr+n
(2)1.25 MeV　(3)54
解析 (1)由质量数守恒和电荷数守恒得出核反应方程式为BaKr+n.
(2)设中子和碳核的质量分别为m和m',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',因为碰撞是弹性碰撞,所以在碰撞前后,动量和机械能均守恒,又因v0、v和v'沿同一直线,故有mv0=mv+m'v'
mv2+mv'2
联立解得v=v0
因m'=12m,代入上式得v=-v0
所以E1=mv2==1.25 MeV.
(3)由上式得一次碰撞后E1=E0
那么经过2、3、4…n次碰撞后,中子的能量依次为E2、E3……En,则E2=E1=E0
E3=E0
En=E0
所以n=
En=0.025 eV
E0=1.75 MeV
联立解得n=54.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑