2013高考物理复习 高效学习方略 14-4 放射性元素的衰变 核能练习

1 第十四章第十四章 第第 4 4 讲讲 时间 60 分钟 满分 100 分 一 选择题 每小题 5 分 共 30 分 1 2011 浙江理综 关于天然放射现象 下列说法正确的是 A 射线是由氦原子核衰变产生的 B 射线是由原子核外电子电离产生的 C 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生的 D 通过化学反应不能改变物质的放射性 解析 D 射线是原子核衰变中放出的氦核组成的粒子流 A 项错误 射线 是原子核衰变中核内放出的高速电子流 它是由核内一个中子转化成一个质子时放出的 B 项错误 射线是原子核衰变过程中 产生的新核具有过多的能量 这些能量以 光子 的形式释放出来 C 项错误 化学反应只是原子间核外电子的转移 不改变原子核的结构 所以不能改变物质的放射性 D 项正确 2 目前 在居室装修中经常用到花岗岩 大理石等装饰材料 这些岩石都不同程度地 含有放射性元素 比如有些含有铀 钍的花岗岩等会释放出放射性气体氡 而氡会发生放 射性衰变 放射出 射线 这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾 病 根据有关放射性知识可知 下列说法正确是 A 氡的半衰期为 3 8 天 若取 4 个氡原子核 经 7 6 天后就一定剩下一个原子核了 B 衰变所释放的电子是核内的中子衰变成质子所产生的 C 射线一般伴随着 和 射线产生的 在这 3 种射线中 射线的穿透能力最 强 电离能力最弱 D 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了 4 解析 BC 由于半衰期是统计规律 A 项错误 发生 衰变时 中子数减少 2 D 项错误 正确答案为 B C 3 下面是一核反应方程 H H He X 用c表示光速 则 2 13 14 2 A X 是质子 核反应放出的能量等于质子质量乘c2 B X 是中子 核反应放出的能量等于中子质量乘c2 C X 是质子 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和 再乘c2 D X 是中子 核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和 再乘c2 2 解析 D 由质量数守恒及核电荷数守恒可得 X 为 n 中子 再根据质能方程可 1 0 得反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积 故 D 项正确 4 2011 北京理综 表示放射性元素碘 131 I 衰变的方程是 13153 A I Sb HeB I Xe e213153131540 1 C I I nD I Te H013153130521 1 解析 B 原子核发生 衰变时 从原子核内部释放出一个电子 同时生成一个 新核 选项 B 正确 5 浙江秦山核电站第 3 期工程两个 60 万千瓦发电机组已并网发电 发电站的核能来 源于U 的裂变 下面说法正确的是 23592 A U 裂变时释放出大量能量 产生明显的质量亏损 所以核子数要减小 23592 B U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核 反应方程式为 U n 23592235921 0 Ba Kr 2 n 1415692361 0 C U 是天然放射性元素 常温下它的半衰期约为 45 亿年 升高温度半衰期缩短 23592 D 一个U 裂变能放出约 200 MeV 的能量 相当于 3 2 10 11 J 23592 解析 D U 裂变时 核子数 质子数守恒 只是重核的核子平均质量大于中 23592 等质量的核子平均质量 产生质量亏损 释放核能 故 A 项错 B 项的反应方程式应为 U n Ba Kr 3 n 故 B 项错 U 的半衰期不会随环境温度的变化而改变 它 235921 01415692361 023592 是由核内部自身的因素决定的 故 C 项错 1 MeV 1 106 1 6 10 19 J 1 6 10 13 J 故 D 正确 6 关于放射性元素 下列说法正确的是 A 利用放射性同位素可作为示踪原子 B 利用放射性同位素放出的 射线可以进行金属探伤 C 放射性元素发生一次 衰变 质子数减少 1 D 放射性元素的半衰期随环境温度的升高而缩短 解析 A 放射性同位素可作为示踪原子 A 对 射线贯穿本领弱 不能用于金 属探伤 B 错 放射性元素发生一次 衰变 由衰变规律知质子数增加 1 C 错 元素的 半衰期只由核本身的因素决定 而与原子所处的物理状态或化学状态无关 D 错 故选 A 二 非选择题 共 70 分 7 2011 海南 8 分 2011 年 3 月 11 日 日本发生九级大地震 造成福岛核电站的 核泄漏事故 在泄漏的污染物中含有 131I 和137Cs 两种放射性核素 它们通过一系列衰变产 生对人体有危害的辐射 在下列四个式子中 有两个能分别反映 131I 和137Cs 衰变过程 它 们分别是 和 填入正确选项前的字母 131I 和 137Cs 原子核中的中子数分 别是 和 A X1 Ba n B X2 Xe e 137561 0131540 1 3 C X3 Ba e D X4 Xe p 137560 1131541 0 解析 根据质量数守恒可判断 131I 和 137Cs 的衰变方程分别为 B 和 C 再根据核电 荷数守恒 131I 和 137Cs 的质子数分别为 53 和 55 则中子数分别为 78 和 82 答案 B C 78 82 8 10 分 用人工方法得到放射性同位素 这是一个很重要的发现 天然放射性同位 素只不过 40 多种 而目前人工制造的同位素已达 1 000 多种 每种元素都有放射性同位 素 放射性同位素在农业 医疗卫生 科研等许多方面得到广泛应用 1 带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失 其原因是 A 射线的贯穿作用B 射线的电离作用 C 射线的物理 化学作用D 以上 3 个选项都不是 2 右图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图 若工厂生产的是厚度 1 mm 的铝板 在 3 种射线中 你 认为对铝板的厚度控制起主要作用的是 射线 3 在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时 需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然 牛胰岛结晶是同一物质 为此 曾采用放射性同位素 14C 作为 答案 1 B 2 3 示踪原子 9 12 分 核能具有能量密度大 地区适应性强的优势 在核电站中 核反应堆释放 的核能被转化为电能 核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应 释放出大 量核能 1 核反应方程式U n Ba Kr aX 是反应堆中发生的许多核反应中的一种 23592141569236 n 为中子 X 为待求粒子 a为 X 的个数 则 X 为 a 以mU mBa mKr 分别表示U Ba Kr 核的质量 mn mp分别表示中子 质子的质量 c为光在真 23592141569236 空中传播的速度 则在上述核反应过程中放出的核能 E 2 有一座发电能力为P 1 00 106 kW 的核电站 核能转化为电能的效率 40 假定反应堆中发生的裂变反应全是本题 1 中的核反应 已知每次核反应过程放出的核能 E 2 78 10 11 J U 核的质量mU 390 10 27 kg 求每年 1 年 3 15 107 s 消耗 23592 的U 的质量 23592 解析 1 根据电荷数守恒和质量数守恒可判断 X 为中子 n 且a 3 1 0 根据爱因斯坦质能方程 E mc2 有 E mU mBa mKr 2mn c2 2 反应堆每年提供的核能 E PT 其中T表示一年的时间 以M表示每年消耗的 n 的质量 1 0 则M mU E E 解得M mUPT E 4 代入数据得M 1 10 103 kg 答案 1 n 3 mU mBa mKr 2mn c2 1 0 2 1 10 103 kg 10 12 分 用速度为v0 质量为m1的 He 核轰击质量为m2的静止的N 核 发生核 4 214 7 反应 最终产生两种粒子A和B 其中A为O 核 质量为m3 速度为v3 B的质量为m4 17 8 1 写出核反应方程式 2 计算粒子B的速度vB 3 粒子A的速度符合什么条件时 粒子B的速度方向与 He 核的运动方向相反 解析 1 He N O H 4 214 717 81 1 2 由动量守恒定律 m1v0 m3v3 m4vB 解得vB m1v0 m3v3 m4 3 B的速度与 He 核的速度方向相反 即m1v0 m3v3 m1v0 m3 答案 1 He N O H 2 3 v3 4 214 717 81 1 m1v0 m3v3 m4 m1v0 m3 11 13 分 太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量 这些能量以电磁辐射的形式向 四面八方辐射出去 其总功率达P0 3 8 1026 W 1 估算一下太阳每秒钟损失的质量 2 设太阳上的核反应都是 4 H He 2e 2 28 MeV 这种形式的反应 是中微子 1 14 2 其质量远小于电子质量 是穿透能力极强的中性粒子 地日距离L 1 5 1011 m 试估算 每秒钟太阳垂直照射在地球表面上每平方米有多少中微子到达 解析 1 太阳每秒钟放出的能量 E Pt 3 8 1026 J 由质能方程 E mc2可得 m kg 4 2 109 kg 4 2 106 t E c2 3 8 1026 3 108 2 2 每秒钟聚变反应的次数 n 次 8 48 1037次 3 8 1026 1 28 106 1 6 10 19 每秒钟产生的中微子数为n1 则n1 2n 16 96 1037个 距太阳L 1 5 1011 m 的球面积S 4 L2 4 3 14 1 5 1011 2 m2 28 26 1022 m2 每平方米有n2个中微子 则 n2 个 6 1014个 16 96 1037 28 26 1022 5 答案 1 4 2 106 t 2 6 1014个 12 15 分 已知氘核质量为 2 013 6u 中子质量为 1 008 7u He 核的质量为 3 015 3 2 0u 1 写出两个氘核聚变成 He 核的反应方程 3 2 2 计算上述核反应中释放的核能 3 若两氘核以相等的动能 0 35 MeV 作对心碰撞 即可发生上述反应 且释放的核能 全部转化为机械能 则反应中生成的 He 核和中子的动能各是多少 3 2 解析 1 由质量数和电荷数守恒可知 H H He n 2 12 13 21 0 2 由题设条件可求出质量亏损为 m 2 0