15·3 原子核一、选择题1．关于天然放射性，下列说法正确的是A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线2.下列说法正确的是()A.在核反应过程的前后,反应体系的质量数守恒,但电荷数不守恒B.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性原子核的半衰期C.18个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有9个发生了衰变D.由两种元素的原子核结合成一种新元素的原子核时,一定吸收能量3．根据所给图片结合课本相关知识，下列说法正确的是()A．图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有粒子性B．图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同C．图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，最有可能使用的射线是β射线D．图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，由图可知中等大小的核的比结合能最大，即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小4.下列说法正确的是()A.12C与14C是同位素,它们的化学性质并不相同B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力C.在裂变反应K r都大,但比结合能没有Kr大D.α、β、γ三种射线都是带电粒子流5. 我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射.请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是 ()A. nB. nC. eD. n6. 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H＋31H→42He＋10nB.147N＋42He→178O＋11HC.42He＋2713Al→3015P＋10nD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n7. 232 90Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成208 82Pb(铅)，下列说法错误的是()A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变8．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量9．下列与α粒子相关的说法中正确的是()A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，贯穿能力很强B.238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为234 90Th(钍234)C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋14 7N→16 8O＋10n D．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型10.云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性.放射性元素的原子核A静止放在磁感应强度B=2.5 T的匀强磁场中,该原子核发生衰变,放射出粒子并变成新原子核B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图31-3所示,测得两圆的半径之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m.已知α粒子质量mα=6.64×10-27kg,β粒子质量mβ=9.1×10-31kg,普朗克常量h取6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是()A.新原子核B的核电荷数为84B.原子核A发生的是β衰变C.衰变放出的粒子的速度大小为2.4×107 m/sD.如果原子核A衰变时释放出一种频率为1.2×1015 Hz的光子,那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应11.在匀强电场中有一个原来速度几乎为零的放射性碳14原子核，某时刻它发生衰变放射出一个粒子，其所放射的粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b均表示长度)．那么碳14的衰变方程可能是()A.14 6C→42He＋10 4BeB．14 6C→0－1e＋14 5BC.14 6C→0－1e＋14 7ND．14 6C→21H＋12 5B12.现有两动能均为E0=0.35 MeV的H核在一条直线上相向运动,两个H核发生对撞后能发生核反应,得到He核和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为He核的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数) ()A.核反应方程为HB.核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为3 MeVD.He核的动能约为1 MeV二、非选择题13.运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c,α粒子的速度远小于光速.求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能.14．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(63Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子．生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c.(1)写出核反应方程；(2)求氚核和α粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求质量亏损．15．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm.15·3 原子核·限时作业答案1.【答案】BCD【解析】只有原子序数大于或等于83的元素才能发生衰变，选项A错．半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项B对．放射性来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项C对．α、β、γ三种射线中，γ射线能量最高，穿透能力最强，选项D对．一个原子核在一次衰变中要么是α衰变、要么是β衰变，同时伴随γ射线的产生，选项E错．2.【答案】B【解析】核反应前后质量数守恒,电荷数也守恒,A错误;半衰期是宏观统计概念,C错误;核聚变释放能量,D错误.3.【答案】B【解析】题图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有波动性，选项A错误；题图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同，选项B正确；题图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，由于γ射线穿透能力最强，最有可能使用的射线是γ射线，选项C错误；题图丁是原子核的比结合能与质量数A 的关系图象，可知中等大小的核的比结合能最大，即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大，平均每个核子的质量亏损最大，选项D错误．4.【答案】C【解析】同位素的核外电子数量相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A错误;原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力,B错误;核子数越多其结合能也越大,所以Kr都大,但Kr都小,C 正确;α射线、β射线都是带电粒子流,而γ射线是电磁波,不带电,故D错误.5.【答案】C【解析】A是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于实验研究阶段;B是裂变反应,虽然实现了人工控制,因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D是人工核反应,需要高能α粒子.6.【答案】A【解析】A对：两个轻核结合成质量较大的原子核;B错：原子核的人工转变;C错：原子核的人工转变;D错：重核裂变．7.【答案】C【解析】由于β衰变不会引起质量数的减少，故可根据质量数的减少确定α衰变的次数为x ＝232－2084＝6.再结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y ，应满足：2x －y ＝90－82＝8，所以y ＝2x －8＝4. 8.【答案】 B【解析】 衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A 错，选项B 对．根据半衰期的定义，可知选项C 错．α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D 错． 9.【答案】 B【解析】 天然放射现象中产生的α射线的速度约为光速的110，穿透能力不强，A 错误；根据质量数和电荷数守恒可知，238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为23490Th(钍234)，B 正确；高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为42He ＋14 7N→17 8O ＋11H ，C 错误；卢瑟福进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，D 错． 10.【答案】 ACD 、【解析】轨迹呈现外切,所以放射出的粒子带正电,即发生α衰变,B 错误;因为两圆的半径之比R 1∶R 2=42∶1,R=,又衰变过程动量守恒,可得新原子核B 的核电荷数为84,所以A 正确;由R 1=,得v α==2.4×107 m/s,所以C 正确;根据E=hν可得,光子的能量为E 光=7.92×10-19 J,钨的逸出功为W 逸=4.54×1.6×10-19 J≈7.26×10-19 J,光子能量大于钨的逸出功,故钨能发生光电效应,所以D 正确. 11.【答案】 A【解析】 设放射粒子反冲核的电荷数与质量数分别为q 1、m 1；q 2，m 2.则由动量守恒有：m 1v 1＝m 2v 2①;对放射粒子有：2a ＝12 q 1E m 1 t 2②;a ＝v 12 t ③;对反冲核有：4b ＝12 q 2E m 2 t 2④;b＝v 22 t ⑤;由①②③④⑤解得q 1q 2＝12，对照选项的四个核反应方程可知，只有A 对． 12.【答案】CD【解析】由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知n,则新粒子为中子n,A 错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B 错误;由题意可知ΔE=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u=3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有E kHe +E kn =2E 0+ΔE ,根据核反应中系统的动量守恒有p He -p n =0,由E k =,可知,解得E kHe =·(2E 0+ΔE )≈1 MeV,E kn =(2E 0+ΔE )≈3MeV,C 、D 正确.13.【答案】 (M-m 1-m 2)c 2；【解析】 设运动的原子核Χ的速度为v 1,放出的α 粒子速度为v 2,由质量亏损可得k E ∆==(M-m 1-m 2)c 2由动量守恒定律得：Mv 1=m 2v 2 联立解得 E k =14.【答案】 (1)10n ＋63Li →31H ＋42He(2)711v 811v (3)141m v 2121c 2【解析】 (1)由题意可得，核反应方程为10n ＋63Li→31H ＋42He. (2)由动量守恒定律得mv ＝－3mv 1＋4mv 2由题意得v 1∶v 2＝7∶8，解得v 1＝711v ，v 2＝811v .(3)氚核和α粒子的动能之和为：E k ＝12×3mv 21＋12×4mv 22＝403242mv 2释放的核能为：ΔE ＝E k －E kn ＝403242mv 2－12mv 2＝141121mv 2由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为：Δm ＝ΔE c 2＝141mv 2121c 2.15.【答案】(1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He(2)2πm qB q 2B2πm (3) Δm ＝(M ＋m )(qBR )22mMc 2. 【解析】 (1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He.(2)设α粒子的速度大小为v ，由qvB ＝m v 2R ，T ＝2πRv ，得α粒子在磁场中运动周期T ＝2πmqB环形电流大小I ＝q T ＝q 2B2πm .(3)由qvB ＝m v 2R，得v ＝qBR m设衰变后新核Y 的速度大小为v ′，系统动量守恒：Mv ′－mv ＝0 v ′＝mv M ＝qBR M由Δmc 2＝12Mv ′2＋12mv 2得Δm ＝(M ＋m )(qBR )22mMc 2.15·3 原子核·答题纸。