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原子核　检测试题
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40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.自然界中的四种基本相互作用除了电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用三种外,还有一种为(　A　)
A.引力相互作用 B.聚变作用
C.裂变作用 D.量子作用
解析:自然界中四种基本相互作用为引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用,B、C、D错误,A正确。
2.核废水中含有大量的放射性元素成分,这些元素的降解时间长。下列说法正确的是(　D　)
A.核废水中包含的放射性物质衰变时会发出α、β、γ射线,γ射线电离能力最强
B.放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽
C.核子间的弱相互作用和电磁相互作用使核子聚集到一起形成原子核
D.核子结合成原子核时,核子平均质量亏损越大,原子核越稳定
解析:在α、β、γ射线中,γ射线穿透能力最强,α射线电离能力最强,A错误;半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,经过两个完整的半衰期后,还剩四分之一的原子核没有衰变,B错误;核子间的强相互作用使核子聚集到一起形成原子核,C错误;核子结合成原子核时,核子平均质量亏损越大,则原子核的比结合能越大,原子核越稳定,D正确。
3.铯Cs的半衰期大约为30年,已知Cs发生 β衰变的同时生成新核,以下说法正确的是(　D　)
A.铯的半衰期会随温度升高而变大
B.Cs的比结合能大于其衰变生成新核的比结合能
C.衰变过程质量数、电荷数和质量都守恒
D.衰变生成新核的中子数为81
解析:半衰期只由原子核自身决定,与环境温度无关,所以铯的半衰期不会随温度升高而变大,故A错误;衰变过程产生能量,衰变生成的新核比Cs更稳定,所以Cs的比结合能小于其衰变生成新核的比结合能,故B错误;衰变过程质量数、电荷数都守恒,但衰变过程产生能量,存在质量亏损,故C错误;衰变过程满足质量数和电荷数守恒,可知Cs 发生β衰变生成新核的质量数为137,电荷数为56,则中子数为137-56=81,故D正确。
4.中国全超导托卡马克核聚变实验装置采取磁约束策略来产生核聚变反应。其内部发生的一种核聚变反应方程为HHHe+X,反应中释放出γ光子,下列说法不正确的是(　B　)
A.核聚变反应所产生的X粒子无法被洛伦兹力进行约束
B.核聚变反应所释放的γ光子来源于核外电子的能级跃迁
C.核聚变反应与核裂变反应相比,具有产能效率高、更安全、更清洁的特点
D.核聚变反应所需要的高温条件可以使原子核具有足够的动能克服库仑力作用而结合到一起
解析:根据核反应方程满足电荷数和质量数守恒,可知X粒子为中子n,由于中子不带电,中子无法被洛伦兹力进行约束,故A不符合题意;核聚变反应所释放的γ光子来源于核聚变后新核的能级跃迁,故B符合题意;核聚变反应与核裂变反应相比,具有产能效率高、更安全、更清洁的特点,故C不符合题意;核聚变反应所需要的高温条件可以使原子核具有足够的动能克服库仑力作用而结合到一起,故D不符合题意。
5.镭Ra在一系列衰变过程中会释放出α粒子、β粒子等多种粒子,衰变产物之一是铅Pb。下列说法正确的是(　C　)
A.镭衰变过程中释放的α粒子是空气中的氦原子失去两个电子后形成的
B.衰变过程中释放的β粒子的电离性强于α粒子
C.镭Ra的比结合能小于铅Pb的比结合能
D.镭的半衰期可能随着某些条件的变化而改变
解析:镭衰变过程中释放的α粒子是原子核内的两个质子和两个中子一起从原子核内逃逸出来形成的,故A错误;对于电离性而言,α粒子的电离性要强于β粒子,故B错误;在衰变过程中要释放核能,所以生成物铅Pb的比结合能大于镭Ra的比结合能,故C正确;半衰期由原子核本身决定,与物理环境、化学状态无关,故D错误。
6.物理学家创造了一个南瓜形状的镥-149(Lu)原子核,它能以一种罕见的放射性衰变方式释放质子,其衰变方程为LuHYb。下列说法正确的是(　B　)
A.降低温度可以延长镥-149的半衰期
B.镥-149原子核衰变前核内中子数为78
C.衰变产物Yb的中子数为77
D.镥-149的比结合能比Yb的大
解析:原子核的半衰期由原子核本身决定,与原子核所处的物理和化学状态无关,故A错误;根据电荷数守恒可知Z=1+70=71,镥-149原子核衰变前核内中子数为149-Z=78,故B正确;根据质量数守恒可知n+1=149,衰变产物Yb的中子数为n-70=78,故C错误;反应中释放能量,所以衰变后产物更稳定,比结合能更大,故镥-149的比结合能比Yb的小,故D错误。
7.钋核Po)发生衰变时的核反应方程为PoPb+X,下列说法正确的是(　D　)
A.X粒子为He
B.该核反应为β衰变
C.铅核(Pb)有124个中子,且核力只存在于原子核中相邻的中子之间
D.该核反应产物的结合能之和大于钋核Po)的结合能
解析:根据质量数和电荷数守恒可知,核反应方程为PbHe,X粒子为He,则该核反应为α衰变,故A、B错误Pb电荷数为82,质量数为206,则中子数为124,核力是短程力,只存在于相邻核子之间,但可以存在于质子与中子之间,故C错误;衰变时释放能量,生成物更稳定,则核反应产物的结合能之和大于钋核Po)的结合能,故D正确。
8.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列说法正确的是(　C　)
A.Bi的原子核比Np的原子核多18个中子
BBi的原子核比Np的原子核少28个中子
C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
解析Bi的原子核比Np的原子核少10个质子,质子数和中子数总共少28,故Bi的原子核比Np的原子核少18个中子,故A、B错误;设Np变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒,则有93=2x-y+83,4x=237-209,解得x=7,y=4,故C正确,D错误。
9.核电池是各种深空探测器中最理想的能量源,它不受极冷极热的温度影响,也不被宇宙射线干扰。钚238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚238的半衰期为88年,其衰变方程为PuU+X。下列说法正确的是(　B　)
A.衰变放出的射线是高速氦核流,它的贯穿能力很强,电离能力很弱
B.Pu的比结合能小于U的比结合能
C.Pu的核子平均质量小于U的核子平均质量
DPu在极高压下可加速衰变,其半衰期可小于88年
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒,可判断X是He,氦核流的贯穿能力很弱,电离能力很强,故A错误;U比Pu更稳定,则比结合能更大,故B正确;因为释放能量,存在质量亏损,所以U的核子平均质量小于Pu的核子平均质量,故C错误;原子核半衰期与外界环境无关,故D错误。
10.如图所示,在匀强磁场中静止着一个原子核U,某一时刻发生了一次α衰变,放出的α粒子与生成的新核在与磁场方向垂直的平面内做匀速圆周运动,得到α粒子与新核的轨迹是外切圆。已知磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,α粒子的质量数为4,电荷量为2e,则下列说法正确的是(　B　)
A.新核与α粒子的轨迹半径之比为45∶1
B.衰变后产生的新核与α粒子的动能之比为 2∶117
C.衰变后产生的新核与α粒子所受的洛伦兹力大小之比为117∶90
D.放出的α粒子对应的轨迹是大圆,粒子和新核绕行的方向均为顺时针
解析:根据动量守恒定律可知,两粒子动量等大反向,根据R==可知,带电荷量较小的α粒子对应的轨迹圆半径较大,根据左手定则可知α粒子和新核绕行的方向均为逆时针,D错误;因α粒子带电荷量为2e,可知新核带电荷量为90e,根据R==可知,新核与α粒子的轨迹半径之比为1∶45,A错误;对α粒子有Ek==,因新核的质量数为234,则质量m′=m,对新核分析有Ek′===Ek=Ek,故衰变后产生的新核做圆周运动的动能与α粒子动能之比为2∶117,B正确;设α粒子所受的洛伦兹力为F1=qvB=,因新核的电荷数为90,则电荷量q′=45q,新核所受的洛伦兹力为F2=q′v′B==F1,C错误。
二、多项选择题(本题共2小题,每小题4分,共8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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.放射性同位素钍Th经一系列α、β衰变后生成氡Rn,以下说法正确的是(　CD　)
A.每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2
BRn的半衰期约为1分钟,所以2分钟后1 000个Rn原子核就只剩250个
C.放射性元素钍Th的原子核比氡Rn原子核的中子数多8个
D.钍Th衰变成氡Rn一共经过3次α衰变和2次β衰变
解析:每经过一次α衰变原子核的质量数会减少4,故A错误;半衰期是大量原子核的一个统计规律,对少数原子核不成立,故B错误;放射性元素钍Th的中子数232-90=142,氡Rn的中子数220-86=134,所以放射性元素钍Th的原子核比氡Rn原子核的中子数多8个,故C正确;钍Th衰变成氡Rn,可知质量数少12,电荷数少4,因为经过一次α衰变,电荷数少2,质量数少4;经过一次β衰变,电荷数多1,质量数不变,可知经过3次α衰变,2次β衰变,故D正确。
12.如图所示,一静止的原子核Th(钍)在P点发生衰变,放出一个粒子并产生新核X,它们在匀强磁场中的运动轨迹如图中a、b所示。已知钍核质量为m1,新核X质量为m2,粒子质量为m3,真空中的光速为c。则(　AC　)
A.b是新核X的轨迹
B.衰变方程为ThXHe
C.衰变释放的核能为(m1-m2-m3)c2
D.该原子核Th衰变的时间等于钍234的半衰期
解析:根据洛伦兹力提供向心力,有qvB=,可得R==,静止的原子核Th(钍)发生衰变过程动量守恒,因此新核X与衰变产生的粒子动量大小相等、方向相反,而新核X电荷量大,因此新核X的轨迹半径小,故b是新核X的轨迹,故A正确;由A中分析可知,新核X与衰变产生的粒子速度方向相反,由题图可知,新核X与衰变产生的粒子在磁场中偏转方向相同,根据左手定则可知,新核X与衰变产生的粒子带异种电荷,该衰变为β衰变,故B错误;由质能方程可得衰变释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2,故C正确;半衰期是大量原子核有半数衰变所用的时间,是大量原子核衰变的统计规律,对个别原子核没有意义,故D错误。
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(6分)磷30具有放射性,其衰变方程为PSi+　　　　 　　。P的半衰期是2.5 min,4 g P 经过10 min后还剩　　　 　g。
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,其衰变方程为Sie,4 gP经过10 min后还剩余m余=m0()=4×() g=0.25 g。
答案e　0.25
14.(8分)放射性元素每秒有一个原子核发生衰变时,其放射性活度即为1贝克勒尔I是核电站中核反应的副产物,它可以衰变成Xe,半衰期为8天。研究人员在某次检测中发现空气样品的I放射性活度为安全标准值的4倍。则一个I核中有　　　　个中子I衰变成Xe时放出的粒子为　　　　粒子。至少经过　　　　天,该空气样品中I的放射性活度才会达到安全标准值。
解析:质子、中子统称为核子,质量数为质子数与中子数之和I的质量数为131,因此中子数为131-53=78I衰变成Xe时,质量数不变而电荷数增加1,根据质量数和电荷数守恒可知,此过程放出的粒子为β粒子;放射性元素剩余质量与总质量之间的关系为m剩=
m×(),经过 16天时I的剩余质量为原来的四分之一,放射性活度也变为原来的四分之一,即达到安全标准值。
答案:78　β　16
15.(8分)已知中子的质量m n=1.674 9×10-27 kg,质子的质量mp=1.672 6×10-27 kg,氚核H)的质量mT=5.011 4×10-27kg,真空中的光速 c=3×108 m/s,求氚核的比结合能。
解析:由一个质子和两个中子结合成氚核的质量亏损为
Δm=mp+2mn-mT=1.1×10-29 kg,
放出的能量ΔE=Δmc2=9.9×10-13 J,
则氚核的比结合能为=3.3×10-13 J。
答案:3.3×10-13 J
16.(9分)已知1 L海水中含有0.146 g的重水,从中可提取0.03 g的氘H)。假如1 L海水中的氘全部聚变为氦,则释放多少能量 氘核和氦核的质量分别为2.014 1 u和4.002 6 u,若1 L汽油完全燃烧释放的能量为3.23×107 J,那么1 L海水中的氘全部聚变所放出的能量相当于多少升汽油燃烧时释放的能量 (NA=6.02×1023 mol-1,1 u=1.66×10-27 kg,真空中的光速c=3×108 m/s)
解析:2个氘聚变成氦的核反应方程为HHe。
2个氘聚变为氦释放的核能为
ΔE=(2mH-mα)c2≈3.825×10-12 J,
0.03 g的氘中含有氘核的数目为NH=NA,
所以1 L海水中氘全部聚变为氦,
释放能量为E=ΔE=1.727×1010 J,
释放1.727×1010 J的能量需要燃烧汽油的体积为V= L≈534.7 L。
答案:1.727×1010 J　534.7 L
17.(9分)如图所示是铀核裂变的示意图。中子以速度v轰击静止的铀235产生激发态的铀236,再裂变成两个中等质量的核 KrBa,图示的核反应释放的核能为E。已知普朗克常量为h,光速为c。
(1)求激发态铀236的速度。
(2)写出核反应方程,并计算反应中的质量亏损。
(3)求核反应中产生频率为ν的光子的能量和动量为p的中子的德布罗意波长。
解析:(1)设中子的质量为m,则激发态铀236的质量约为236m,
由动量守恒定律可知mv=236mv1,
解得v1=。
(2)核反应方程为UnKrBa+n,
根据E=Δmc2可知,反应中的质量亏损Δm=。
(3)频率为ν的光子能量为E′=hν,
动量为p的中子的德布罗意波长λ=。
答案:(1)　(2UnKrBa+n　　(3)hν　
18.(12分)用中子轰击锂核Li)发生核反应,生成氚核H)和α粒子,并放出4.8 MeV的能量。已知1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出核反应方程。
(2)求出质量亏损。
(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰,且核反应释放的能量全部转化为新核的动能,则氚核和α粒子的动能之比是多少
(4)在问题(3)的条件下,α粒子的动能是多大
解析:(1)核反应方程为 LinHHe。
(2)依据ΔE=Δmc2得,
Δm= u≈0.005 2 u。
(3)根据题意有m1v1=m2v2,
式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度大小,由上式及动能Ek=,可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2=∶=∶=m2∶m1=4∶3。
(4)α粒子的动能
Ek2=(Ek1+Ek2)=×4.8 MeV≈2.06 MeV。
答案:(1LinHHe
(2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV原子核　检测试题
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40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.自然界中的四种基本相互作用除了电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用三种外,还有一种为(　　)
A.引力相互作用 B.聚变作用
C.裂变作用 D.量子作用
2.核废水中含有大量的放射性元素成分,这些元素的降解时间长。下列说法正确的是(　　)
A.核废水中包含的放射性物质衰变时会发出α、β、γ射线,γ射线电离能力最强
B.放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽
C.核子间的弱相互作用和电磁相互作用使核子聚集到一起形成原子核
D.核子结合成原子核时,核子平均质量亏损越大,原子核越稳定
3.铯Cs的半衰期大约为30年,已知Cs发生 β衰变的同时生成新核,以下说法正确的是(　　)
A.铯的半衰期会随温度升高而变大
B.Cs的比结合能大于其衰变生成新核的比结合能
C.衰变过程质量数、电荷数和质量都守恒
D.衰变生成新核的中子数为81
4.中国全超导托卡马克核聚变实验装置采取磁约束策略来产生核聚变反应。其内部发生的一种核聚变反应方程为HHHe+X,反应中释放出γ光子,下列说法不正确的是(　)
A.核聚变反应所产生的X粒子无法被洛伦兹力进行约束
B.核聚变反应所释放的γ光子来源于核外电子的能级跃迁
C.核聚变反应与核裂变反应相比,具有产能效率高、更安全、更清洁的特点
D.核聚变反应所需要的高温条件可以使原子核具有足够的动能克服库仑力作用而结合到一起
5.镭Ra在一系列衰变过程中会释放出α粒子、β粒子等多种粒子,衰变产物之一是铅Pb。下列说法正确的是(　　)
A.镭衰变过程中释放的α粒子是空气中的氦原子失去两个电子后形成的
B.衰变过程中释放的β粒子的电离性强于α粒子
C.镭Ra的比结合能小于铅Pb的比结合能
D.镭的半衰期可能随着某些条件的变化而改变
6.物理学家创造了一个南瓜形状的镥-149(Lu)原子核,它能以一种罕见的放射性衰变方式释放质子,其衰变方程为LuHYb。下列说法正确的是(　　)
A.降低温度可以延长镥-149的半衰期
B.镥-149原子核衰变前核内中子数为78
C.衰变产物Yb的中子数为77
D.镥-149的比结合能比Yb的大
7.钋核Po)发生衰变时的核反应方程为PoPb+X,下列说法正确的是(　　)
A.X粒子为He
B.该核反应为β衰变
C.铅核(Pb)有124个中子,且核力只存在于原子核中相邻的中子之间
D.该核反应产物的结合能之和大于钋核Po)的结合能
8.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列说法正确的是(　　)
A.Bi的原子核比Np的原子核多18个中子
BBi的原子核比Np的原子核少28个中子
C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
9.核电池是各种深空探测器中最理想的能量源,它不受极冷极热的温度影响,也不被宇宙射线干扰。钚238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚238的半衰期为88年,其衰变方程为PuU+X。下列说法正确的是(　　)
A.衰变放出的射线是高速氦核流,它的贯穿能力很强,电离能力很弱
B.Pu的比结合能小于U的比结合能
C.Pu的核子平均质量小于U的核子平均质量
DPu在极高压下可加速衰变,其半衰期可小于88年
10.如图所示,在匀强磁场中静止着一个原子核U,某一时刻发生了一次α衰变,放出的α粒子与生成的新核在与磁场方向垂直的平面内做匀速圆周运动,得到α粒子与新核的轨迹是外切圆。已知磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,α粒子的质量数为4,电荷量为2e,则下列说法正确的是(　　)
A.新核与α粒子的轨迹半径之比为45∶1
B.衰变后产生的新核与α粒子的动能之比为 2∶117
C.衰变后产生的新核与α粒子所受的洛伦兹力大小之比为117∶90
D.放出的α粒子对应的轨迹是大圆,粒子和新核绕行的方向均为顺时针
二、多项选择题(本题共2小题,每小题4分,共8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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
11.放射性同位素钍Th经一系列α、β衰变后生成氡Rn,以下说法正确的是(　　)
A.每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2
BRn的半衰期约为1分钟,所以2分钟后1 000个Rn原子核就只剩250个
C.放射性元素钍Th的原子核比氡Rn原子核的中子数多8个
D.钍Th衰变成氡Rn一共经过3次α衰变和2次β衰变
12.如图所示,一静止的原子核Th(钍)在P点发生衰变,放出一个粒子并产生新核X,它们在匀强磁场中的运动轨迹如图中a、b所示。已知钍核质量为m1,新核X质量为m2,粒子质量为m3,真空中的光速为c。则(　　)
A.b是新核X的轨迹
B.衰变方程为ThXHe
C.衰变释放的核能为(m1-m2-m3)c2
D.该原子核Th衰变的时间等于钍234的半衰期
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(6分)磷30具有放射性,其衰变方程为PSi+　　　　 　　。P的半衰期是2.5 min,4 g P 经过10 min后还剩　　　 　g。
14.(8分)放射性元素每秒有一个原子核发生衰变时,其放射性活度即为1贝克勒尔I是核电站中核反应的副产物,它可以衰变成Xe,半衰期为8天。研究人员在某次检测中发现空气样品的I放射性活度为安全标准值的4倍。则一个I核中有　　　　个中子I衰变成Xe时放出的粒子为　　　　粒子。至少经过　　　　天,该空气样品中I的放射性活度才会达到安全标准值。
15.(8分)已知中子的质量m n=1.674 9×10-27 kg,质子的质量mp=1.672 6×10-27 kg,氚核H)的质量mT=5.011 4×10-27kg,真空中的光速 c=3×108 m/s,求氚核的比结合能。
16.(9分)已知1 L海水中含有0.146 g的重水,从中可提取0.03 g的氘H)。假如1 L海水中的氘全部聚变为氦,则释放多少能量 氘核和氦核的质量分别为2.014 1 u和4.002 6 u,若1 L汽油完全燃烧释放的能量为3.23×107 J,那么1 L海水中的氘全部聚变所放出的能量相当于多少升汽油燃烧时释放的能量 (NA=6.02×1023 mol-1,1 u=1.66×10-27 kg,真空中的光速c=3×108 m/s)
17.(9分)如图所示是铀核裂变的示意图。中子以速度v轰击静止的铀235产生激发态的铀236,再裂变成两个中等质量的核 KrBa,图示的核反应释放的核能为E。已知普朗克常量为h,光速为c。
(1)求激发态铀236的速度。
(2)写出核反应方程,并计算反应中的质量亏损。
(3)求核反应中产生频率为ν的光子的能量和动量为p的中子的德布罗意波长。
18.(12分)用中子轰击锂核Li)发生核反应,生成氚核H)和α粒子,并放出4.8 MeV的能量。已知1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出核反应方程。
(2)求出质量亏损。
(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰,且核反应释放的能量全部转化为新核的动能,则氚核和α粒子的动能之比是多少
(4)在问题(3)的条件下,α粒子的动能是多大

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