第5章 原子核与基本粒子 单元综合提升-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

单元综合提升 (2021·全国乙卷)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其t图线如图所示。从图中可以得到113Sn的半衰期为(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．67.3 d　　B．101.0 d C．115.1 d　　D．124.9 d 答案：C 解析：由题图可知质量为m0的113Sn衰变到质量为m0所用的时间Δt＝182.4 d－67.3 d＝115.1 d，故113Sn的半衰期为115.1 d，选项C正确。 　教材P101·图5－2－4 放射性元素原子核的衰变是遵循统计规律的。例如，碘核(I)经过β衰变成为氙核(Xe)，如果隔一段时间测量一次剩余碘核的数量就会发现，每过8.07天就有一半的碘核发生了衰变。也就是说，经过第一个8.07天，剩有一半的碘核；经过第二个8.07天，剩有1/4的碘核；再经过8.07天，剩有1/8的碘核……，如图所示(图中纵坐标表示的是任意时刻碘核的总质量m与t＝0时碘核的总质量m0的比值)。 　本题以放射性元素衰变有关的图像设计问题，与教材P101图为同源情境，考查放射性元素半衰期的计算。 针对练．(多选)如图所示，纵坐标表示放射性元素氡222在某时刻的质量m与t＝0时刻的质量m0的比值，则下列说法不正确的是(　　) A．氡的半衰期为3.8天 B．若温度降低，分子、原子等粒子的运动将变慢，氡的半衰期将增大 C．一个氡222原子核要经过3.8天才发生衰变 D．10个氡222原子核经过3.8天一定还剩5个 答案：BCD 解析：由题图和半衰期的定义可知氡的半衰期为3.8天，故A正确；放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，与外界因素(如温度、压强等)无关，也与物态变化无关，故B错误；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故C、D错误。 (2022·北京卷)2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是(　　) A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能 B．可以用磁场来约束等离子体 C．尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体 D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力 答案：A 解析：核聚变释放的能量源于原子核的质量亏损，A错误；带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确；等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确；提高托卡马克实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确。 　教材P112·图5－4－7 2012年7月10日，经过长达4个多月的科学实验，我国“东方超环”超导托卡马克装置(EAST，如图)科研项目获得了多项重大成果，创造了两项托卡马克运行的世界纪录：一是获得超过400 s的2 000万摄氏度的高参数偏滤器等离子体；二是获得稳定重复超过32 s的高约束等离子体放电。 　本题以超导托卡马克核聚变装置为情境设计问题，与教材P112中超导托卡马克装置为同源情境，重点考查核聚变的控制和反应原理。 针对练．(2023·河北邯郸高二下期末)2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。下列关于核聚变的说法正确的是(　　) A．核电站采用核聚变技术发电 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的原子核，比结合能变大 D．两个轻核结合成质量较大的原子核，生成核的质量大于两轻核的质量之和 答案：C 解析：核电站采用核裂变技术发电，故A错误；自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，所以比结合能增加，故C正确；两个轻核结合成质量较大的原子核，释放能量，生成核的质量小于两轻核的质量之和，故D错误。 1．(多选)关于原子核衰变放出的α、β、γ三种射线，下列说法正确的是(　　) A．α射线是高速氦核流，其电离作用很强 B．β射线是高速电子流，它是核外电子受激发形成的 C．β射线的电离作用最强，穿透能力最弱 D．γ射线是波长很短的电磁波，其穿透能力比X射线还强 答案：AD 解析：α射线是高速氦核流，其电离作用很强，穿透能力很弱，故A正确；β射线是高速电子流，是中子转变为质子时放出电子形成的，故B错误；三种射线中，按电离作用的强弱区分的话，α射线最强，γ射线最弱；按穿透能力的强弱区分的话，γ射线最强，α射线最弱，β射线均处于居中位置，故C错误；γ射线是波长很短的电磁波，其穿透能力比X射线还强，故D正确。 [易错分析]　不理解三种射线产生的机理是导致解答本题出错的原因。α射线是原子核发生α衰变时分裂出来的高速氦原子核，它电离作用强，穿透能力较弱；β射线是原子核发生β衰变时释放出的高速电子流，它电离作用较弱，穿透能力较强；γ射线是伴随α衰变、β衰变释放出的能量很高的电磁波，它电离作用最弱，穿透能力最强。 2．(多选)(2023·广东湛江期末)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，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，下列论述中正确的是(　　) A.Bi核比Np核少18个中子 B．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变 C．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 D．发生β衰变时，核内中子数不变 答案：AB 解析：Bi核比Np核少93－83＝10个质子，质子数和中子数总共少237－209＝28，故Bi核比Np核少18个中子，故A正确；设Np变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故B正确，C错误；β衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子，所以中子数减少，故D错误。 [易错分析]　不能牢固掌握两种衰变的规律，不能应用质量数守恒和电荷数守恒来分析衰变过程是导致解答本题出错的原因。α衰变是原来的核分裂成一个氦原子核和新核，新核比原来的核质量数少4，电荷数少2；β衰变是原来的原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，产生的新核与原来的核质量数相等，电荷数多1。 3．(2024·河南鹤壁高二下月考)一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的是(　　) A．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了 B．经过两个半衰期后有质量为的铀元素的原子核发生了衰变 C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩 D．经过一个半衰期后该矿石的剩余质量为 答案：C 解析：铀元素质量m、衰变后剩余质量m1、衰变时间t、半衰期T之间的关系为m1＝m，经过2T剩余铀的质量为m1＝m＝，即发生衰变的质量为m，故A、B错误；经过3T后，铀元素的质量还剩m1′＝m＝，故C正确；经过T时间后，有质量为的铀元素发生衰变生成铅，则该矿石的剩余质量大于，故D错误。 [易错分析]　解决此题时一定要明确半衰期的概念，半衰期指的是原子核有一半发生衰变的时间，千万不能误认为是原子核全部衰变时间的一半。 学科网（北京）股份有限公司 $$