第13章 试题解析63（整理）

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1、学 海 无 涯 学案学案 63 原子核与放射性原子核与放射性 核能核能 一 概念规律题组 1 若用 x 代表一个中性原子的核外的电子数 y 代表此原子的原子核内的质子数 z 代 表此原子的原子核内的中子数 则对234 90Th 的原子来说 A x 90 y 90 z 234 B x 90 y 90 z 144 C x 144 y 144 z 90 D x 234 y 234 z 324 2 关于天然放射现象 下列说法正确的是 A 放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B 放射性物质放出的射线中 粒子动能很大 因此贯穿物质的本领很强 C 当放射性元素的原子的核外电子具有较

2、高能量时 将发生 衰变 D 放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时 辐射出 射线 3 关于放射性元素的半衰期 下列说法中正确的是 A 原子核全部衰变所需要的时间的一半 B 原子核有半数发生衰变所需要的时间 C 原子量减少一半所需要的时间 D 元素质量减半所需要的时间 4 关于质能方程 下列哪些说法是正确的 A 质量减小 能量就会增加 在一定条件下质量转化为能量 B 物体获得一定的能量 它的质量也相应地增加一定值 C 物体一定有质量 但不一定有能量 所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D 某一定量的质量总是与一定量的能量相联系 二 思想方法题组 学 海 无 涯 一 确定衰

3、变次数的方法 规范思维 二 对半衰期的理解 1 根据半衰期的概念 可总结出公式 N余 N原 1 2 t m 余 m原 1 2 t 学 海 无 涯 式中 N原 m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量 N余 m余表示衰变后尚未发生 衰变的放射性元素的原子数和质量 t 表示衰变时间 表示半衰期 2 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 跟原子所处的物理状 态 如温度 压强 或化学状态 如单质 化合物 无关 3 只有对大量原子核衰变时谈半衰期才有意义 因为半衰期为统计规律 对少数原子核 不适用 例 2 碘 131 核不稳定 会发生 衰变 其半衰期为 8 天 1 碘 131 核的衰变

4、方程 131 53 I 衰变后的元素用 X 表示 2 经过 天有 75 的碘 131 核发生了衰变 针对训练 1 某考古队发现一古生物骸骨 考古专家根据骸骨中14 6 C的含量推断出了该 生物死亡的年代 已知此骸骨中14 6 C的含量为活着的生物体中14 6 C的 1 4 14 6 C的半衰期为 5 730 年 该生物死亡时距今约 年 三 核反应的四种类型 特别提示 1 核反应过程一般都是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应 方向 不能用等号连接 学 海 无 涯 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来 写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不

5、是质量守恒 遵循电荷数守恒 例 3 下列说法正确的是 A 15 7N 11H 12 6C 42He 是 衰变方程 B 11H 21H 32He 是核聚变反应方程 C 238 92U 234 90Th 42He 是核裂变反应方程 D 42He 27 13Al 3015P 10n 是原子核的人工转变方程 例 4 原子核聚变有望给人类的未来提供丰富的洁净能源 当氘等离子体被加热到适 当高温时 氘核参与的几种聚变反应可能发生 放出热量 这几种反应的总效果可以表示为 621H k42He d11H 210n 43 15 MeV 由平衡条件可知 A k 1 d 4 B k 2 d 2 C k 1 d 6

6、D k 2 d 3 四 核能的计算 1 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦质能方程 用核子结合成原子核时释放的能量为质量亏损 m 数乘以真 空中光速 c 3 108 m s 的平方 即 E mc2 2 根据 1 原子质量单位 u 相当于 931 5 兆电子伏 MeV 能量 用核子结合成原子核时释 放的能量为亏损的原子质量单位数乘以 931 5 MeV 即 E m 931 5 MeV 3 注意 式中 m 的单位是 kg E 的单位是 J 式中 m 的单位是指原子质量单位 u 1 u 1 660566 10 27 kg E 的单位是兆电子伏 特 MeV 2 核反应中释放的核能 在无光子辐射的情况下

7、将转化为生成的新核和新粒子的动 能 因此在此情况下可应用动量守恒定律和能量守恒及转化定律来计算核能 例 5 历史上第一次利用加速器实现的核反应 是用加速后动能为 0 5 MeV 的质子11H 轰击静止的AZX 生成两个动能均为 8 9 MeV 的42He 1 MeV 1 6 10 13 J 1 写出上述反应方程 2 求出上述反应中的质量亏损 学 海 无 涯 学 海 无 涯 针对训练 2 原来静止的铀238 92U 和钍 234 同时在同一匀强磁场中 由于衰变而开始做匀 速圆周运动 铀 238 发生了一次 衰变 钍 234 发生了一次 衰变 1 试画出铀 238 发生一次 衰变时所产生的新核及

8、粒子在磁场中运动轨迹的示意图 2 试画出钍 234 发生一次 衰变时所产生的新核及 粒子在磁场中运动轨迹的示意图 基础演练 1 下列现象中 与原子核内部变化有关的是 A 粒子散射现象 B 天然放射现象 C 光电效应现象 D 原子发光现象 2 放射性元素衰变时放出的三种射线 按穿透能力由强到弱的排列顺序是 A 射线 射线 射线 B 射线 射线 射线 C 射线 射线 射线 D 射线 射线 射线 A 衰变 衰变和 衰变 B 衰变 衰变和 衰变 C 衰变 衰变和 衰变 D 衰变 衰变和 衰变 4 原子核AZX 与氘核21H 反应生成一个 粒子和一个质子 由此可知 A A 2 Z 1 B A 2 Z 2

9、 C A 3 Z 3 D A 3 Z 2 5 关于放射性元素的半衰期 下列说法正确的有 A 是原子核质量减少一半所需的时间 B 是原子核有半数发生衰变所需的时间 C 把放射性元素放在密封的容器中 可以减慢放射性元素的半衰期 D 可以用来测定地质年代 生物年代等 6 雷蒙德 戴维斯因研究来自太阳的中微子 e 而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖 他 探测中微子所用的探测器主体是一个贮满 615 t 四氯乙烯 C2Cl4 液体的巨桶 中微子可以将一 个氯核转变为一个氩核和一个电子 其核反应方程式为 e 37 17Cl 3718Ar 0 1e 已知 37 17Cl 核的质量为 36 956 58

10、u 37 18Ar 核的质量为 36 956 91 u 0 1e 的质量为 0 000 55 u 学 海 无 涯 1 u 质量对应的能量为 931 5 MeV 根据以上信息 可以判断 A 中微子不带电 B 中微子就是中子 C 37 17C1 和3718Ar 是同位素 D 参与上述反应的中微子的最小能量约为 0 82 MeV 7 某科学家提出了年轻热星体中核聚变的一种理论 其中的两个核反应方程为 方程中 Q1 Q2表示释放的能量 相关的原子核质量见下表 原子核 1 1H 3 2He 4 2He 12 6C 13 7N 15 7N 质量 u 1 007 8 3 016 0 4 002 6 12 0

11、00 0 13 005 7 15 000 1 以下推断正确的是 A X 是32He Q2 Q1 B X 是42He Q2 Q1 C X 是32He Q2 Q1 D X 是42He Q2 Q1 8 美国研究人员正在研制一种新型镍 铜长效电池 它是采用铜和半衰期长达 100 年的 放射性同位素镍 63 63 28Ni 这两种金属作为长寿命电池的材料 将镍 63 置于中央 四周包上铜 皮 利用镍 63 发生 衰变时释放电子给铜片 可用镍 63 和铜片作电池两极 为外接负载提 供电能 下列有关该电池的说法正确的是 A 镍 63 的衰变方程是63 28Ni 0 1e 6329Cu B 镍 63 的衰变方

12、程是63 28Ni 0 1e 6229Cu C 外接负载时镍 63 的电势比铜片高 D 该电池内电流方向是从铜片到镍 能力提升 9 14C 测年法是利用 14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法 若以横坐标 t 表示时 间 纵坐标 m 表示任意时刻 14C 的质量 m0为 t 0 时14C 的质量 下面四幅图中能正确反 映 14C 衰变规律的是 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 10 1 下列叙述中正确的有 A 光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实 B 在 粒子散射实验的基础上 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 C 紫外线照射某金属表面时发生了光电效应 则红外线也一定可以使该金

13、属发生光电 效应 学 海 无 涯 D 氡的半衰期为 3 8 天 若取 4 个氡原子核 经过 7 6 天后就一定只剩下一个氡原子核 2 氢原子能级如图1所示 则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变为氢离子 该氢原子需要吸收的能量至少是 eV 一群处于 n 4 能级的氢原子回到 n 2 的状态 过程中 可能辐射 种不同频率的光子 图 1 3 静止的锂核63Li 俘获一个速度为 8 106 m s 的中子 发生核反应后若只产生了两个新 粒子 其中一个粒子为氦42He 它的速度大小是 8 106 m s 方向与反应前的中子速度方向相 同 完成此核反应的方程式63Li 10n 42He 反应后产生

14、的另一个粒子的速度大小为 m s 方向 11 某实验室工作人员 用初速度 v0 0 09c c 为真空中的光速 的 粒子轰击静止的氮 原子核14 7 N 产生了质子11H 若某次碰撞可看作对心正碰 碰后新核与质子同方向运动 垂直 磁场方向射入磁场 通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为 1 20 已知质 子质量为 m 1 写出核反应方程 2 求出质子的速度 v 3 若用两个上述质子发生对心弹性碰撞 则每个质子的动量变化量是多少 保留两位有 效数字 12 如图 2 所示 图 2 一个有界的匀强磁场 磁感应强度 B 0 50T 磁场方向垂直于纸面向里 MN 是磁场的 左边界 在距磁场左边

15、界 MN 1 0 m 处有一个放射源 A 内装放射性物质226 88Ra 镭 226 88Ra 发生 衰变生成新核 Rn 氡 放在 MN 左侧的粒子接收器可以接收到垂直于边界 MN 方向射 出的 粒子 此时接收器位置距直线 OA 的距离为 1 0 m 学 海 无 涯 1 试写出 Ra 的衰变方程 2 求衰变后 Rn 氡 的速率 质子 中子的质量为 1 6 10 27 kg 电子电荷量 e 1 6 10 19 C 学案学案 6363 原子核与放射性原子核与放射性 核能核能 课前双基回扣 1 B 在234 90Th 中 左下标为质子数 左上标为质量数 则 y 90 中性原子的核外 电子数等于质子数

16、 所以 x 90 中子数等于质量数减去质子数 z 234 90 144 所以 B 选项对 2 D 本题是对天然放射现象基本概念的考查 半衰期的概念是放射性元素的原子核 有半数发生衰变所需的时间 而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间 选项 A 错误 放射性物质放出的射线中 粒子的动能很大 但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易 损失能量 因此它贯穿物质的本领很小 选项 B 错误 放射性元素发生衰变是因为原子核不 稳定所引起的 与核外电子的能量高低无关 选项 C 错误 放射性元素发生衰变后的新核从 学 海 无 涯 高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量 射线即为高能的光子流 选项 D 正确 3 BD 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期 它 与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同 放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核 原来的放射性元素原子核的个数不断减少 当原子核的个数减半时 放射性元素的原子核的 质量也减半 故选项 B D 正确 4 BD 质能方程 E mc2 表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的 当物体 获得一定的能量 即能量增加某一定值时