专题11 原子核的组成、放射性元素的衰变【十一大题型】-【压轴题】2024-2025 学年高中物理同步培优训练（人教版2019 选择性必修第三册）

专题11 原子核的组成、放射性元素的衰变【十一大题型】 一．天然放射现象的发现及意义（共5小题） 二．α、β、γ射线的本质及特点（共6小题） 三．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 四．β衰变的特点、本质及方程（共6小题） 五．计算α和β衰变的次数（共6小题） 六．半衰期的相关计算（共5小题） 七．核反应（或粒子束）与磁场（共3小题） 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共3小题） 九．人工核反应（共4小题） 十．放射性同位素及其应用（共3小题） 十一．辐射与安全（共4小题） 一．天然放射现象的发现及意义（共5小题） 1．19世纪末至20世纪初是近代物理学发展的黄金时代。杰出物理学家们的研究成果直接推动了“近代物理学”的建立和发展。以下关于物理知识的描述哪一个是正确的（　　） A．贝克勒尔发现了天然放射现象，图1为产生的三种射线在电场中偏转情况，其中③线代表的射线穿透能力最强 B．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种不同频率的光子 C．图3为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短 D．图4展示了α粒子散射实验的现象，据此现象，卢瑟福发现了质子和中子 【答案】B 【解答】解：A、图1为产生的三种射线在电场中偏转情况，②线代表的是γ射线，穿透能力最强，故A错误； B、一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种不同频率的光子，故B正确； C、图3为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞后光子的能量变小，根据E＝hν，可知碰后散射光的波长变长，故C错误； D、图4展示了α粒子散射实验的现象，据此现象，卢瑟福提出了原子核式结构模型，故D错误。 故选：B。 2．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 D．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 【答案】D 【解答】解：A、光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误； B、α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故B错误； C、原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故C错误； D、天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α射线或β射线，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，故D正确； 故选：D。 3．（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是（　　） A．电子的发现，说明原子是可以再分的 B．康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构 C．玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D．天然放射现象，说明原子核内部是有结构的 【答案】ACD 【解答】解：A、电子的发现，说明原子是可以再分的，故A正确； B、康普顿散射现象及规律，说明光子具有动量，α粒子散射实验说明原子具有核式结构，故B错误； C、玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域，很好的解释了氢原子发光现象，故C正确； D、天然放射现象，说明原子核内部是有结构的，故D正确。 故选：ACD。 4．（多选）天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（ ） A．②来自于原子核外的电子 B．①的电离作用最强，是一种电磁波 C．③照射食品可以杀死腐败的细菌 D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子 【答案】CD 【解答】解：A、天然放射性元素放出的三种射线都是原子核发生衰变造成的，β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较强，故②是β射线。是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个高速电子，该电子即β射线，故β射线来自原子核，故A错误。 B、α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，故①是α射线。α射线是高速氦核流，是实物粒子，不是电磁波。故B错误。 C、γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但几乎没有电离本领。故③是γ射线，是一种频率很高的光子，射食品可以杀死腐败的细菌。故C正确。 D、③是γ射线，它的电离作用最弱，是原子核发生衰变时释放的能量以γ光子的形式辐射出来。所以D正确。 故选：CD。 5．在下列选项中选择适当的内容填在横线中（只填字母代号） （1）　D　 首先揭示了原子核具有复杂的结构． A．电子的发现 B．质子的发现 C．中子的发现 D．天然放射现象的发现 （2）如图所示，在水平光滑直寻轨上，静止着三个质量均为m﹣1妇的相同小球A、B、C现让A球以v0＝2m/s的速度向B球运动，A、B两球碰撞后粘合在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，碰后C球的速度vc＝1m/s．求： ①A、B两球与C球碰撞后瞬间的共同速度 ②两次碰撞过程中损失的总动能． 【答案】解：（1）人们认识到原子核具有复杂结构是从天然放射现象开始的，故选D． （2）①A、B相碰，满足动量守恒，则有mv0＝2mv1 得两球跟C球相碰前的速度v1＝1m/s ②两球与C碰撞同样满足动量守恒2mv1＝mvC+2mv2 得两球相碰后的速度v2＝0.5m/s， 两次碰撞损失的动能|ΔEk|•21.25J 答：（1）D （2）①A、B两球与C球碰撞后瞬间的共同速度是v1m/s ②两次碰撞过程中损失的总动能是1.25J． 二．α、β、γ射线的本质及特点（共6小题） 6．2024年9月，苏州大学研究团队发明了一种锕系微型核电池。该电池主要利用镅Am发生α衰变释放的核能转化为电能，其核反应方程为Am→XHe，下列说法正确的是（　　） A．X原子核的核电荷数为93 B．X原子核的质量数为241 C．α射线穿透能力比γ射线强 D．α射线电离能力比γ射线弱 【答案】A 【解答】解：AB.根据质量数和电荷数守恒，X的质量数为243﹣4＝239，电荷数为95﹣2＝93，故A正确，B错误； CD.α穿透能力比γ射线弱，电离能力比γ射线强，故CD错误。 故选：A。 7．有关量子理论及相关现象，下列说法中正确的是（　　） A．能量量子化的观点是爱因斯坦首先提出的 B．在光电效应现象中，遏止电压与入射光的频率成正比 C．一个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出3种频率的光子 D．α射线、β射线、γ射线都是波长极短的电磁波 【答案】C 【解答】解：A、根据物理学史可知，能量量子化的观点是普朗克首先提出的，故A错误； B、在光电效应现象中，光电子的最大初动能：Ekm＝hγ﹣W0 若加反向电压，则：﹣eU遏止＝0﹣Ekm 可得：，其中W0为金属的逸出功，可知遏止电压与入射光的频率不是成正比，故B错误； C、一个氢原子处于n＝4的激发态，当它向基态跃迁时最多可以发出3条不同频率的光谱线，其跃迁方式为：n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，故C正确； D、α射线是高速运动的氦核流，β射线是光速运动的电子流，γ射线是波长极短的电磁波，故D错误。 故选：C。 8．（多选）氢原子能级图如图所示，氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，已知可见光光子能量 范围为1.62eV～3.11eV，则（　　） A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线 C．在水中传播时，a光比b光的速度小 D．氢原子在n＝2能级时可吸收能量不小于3.4eV的光子而发生电离 【答案】CD 【解答】解：A．γ射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，所以氢原子从高能级向低能级跃迁时不会产生，故A错误； B．紫外线属于赖曼系，是氢原子从各高能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的，所以是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的，氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射的能量小于从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光的能量，而紫外线的能量大于可见光的能量，故B错误； C．根据跃迁规律可知从n＝4向n＝2跃迁时辐射光子的能量大于从n＝3向n＝2跃迁时辐射光子的能量，根据ε＝hν可知可见光a的光子频率大于b，所以在水中a的折射率大于b的折射率，再由可得在水中传播时，a光比b光的速度小，故C正确； D．欲使n＝2的能级的氢原子发生电离，吸收的能量一定不小于3.4eV，故D正确。 故选：CD。 9．（多选）下列关于光的说法中正确的是（　　） A．光的偏振现象说明光是横波 B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的 C．γ射线有较强的穿透本领，在机场等地用其探测箱内物品进行安全检查 D．在光的双缝干涉实验中，仅减小入射光的波长，干涉条纹间距变小 【答案】AD 【解答】解：A、光的偏振现象说明光是横波，故A正确； B、油膜在在阳光的照射下会呈现彩色，这是由于光的干涉造成的色散现象，故B错误； C、在车站和机场的安检入口，要用X射线对旅客行李进行安全检查，X射线有较强的穿透本领，故C错误； D、光的双缝干涉实验中，若仅减小入射光的波长，根据公式Δxλ，则干涉条纹间距变小，故D正确； 故选：AD。 10．（多选）2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏9.0级大地震并引发海啸．而在地震和海啸中受损的福岛第一核电站3号反应堆发生爆炸所引发的核泄漏事故，让全世界都陷入了恐慌．下面有关核辐射的相关知识，说法正确的是（　　） A．核泄漏中放射性物质释放的γ射线穿透本领最强 B．向反应堆注入冷却剂的作用是减小核反应速度 C．可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性衰变的快慢 D．核反应中释放的α、β、γ三种射线中只有γ射线是不带电的 【答案】AD 【解答】解：A、核泄漏中放射性物质释放的γ射线穿透本领最强；故A正确； B、向反应堆注入冷却剂的作用是将热量传递出去；不能减慢反应速度；故B错误； C、半衰期是与温度及外部环境无关；改变环境不会影响反应速度；故C错误； D、核反应中释放的α、β、γ三种射线中只有γ射线是不带电的；α、β粒子分别带正电和负电；故D正确； 故选：AD。 11．[物理﹣选修3﹣5]（本题共有两个小题，每小题只有一个选项符合题意．） （1）有以下说法，其中正确的是　A　 A．当氢原子从n＝4的状态跃迁到n＝2的状态时，发射出光子 B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 C．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性 D．物质波是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动 （2）如图所示，光滑水平面上有一辆质量为2m的小车，车上左右两端分别站着甲、乙两人，他们的质量都是m，开始两个人和车一起以速度v0向右匀速运动．某一时刻，站在车右端的乙先以相对于地面向右的速度u跳离小车，然后站在车左端的甲以相对于地面向左的速度u跳离小车．两人都离开小车后，小车的速度将是　B　 A．v0 B.2v0C．大于v0小于2v0 D．大于2v0． 【答案】解：（1）A、氢原子从高能级跃迁到低能级，能量减小，能发射出光子，故A正确． B、β射线是原子核内部衰变时放出来带负电荷的粒子，故B错误． C、光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应也反映了光的粒子性，故C错误． D、物质波是一种概率波，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，故D错误． 故选A． （2）两人和车所组成的系统原动量为4mv0，向右． 当甲、乙两人先后以对地相等的速度向两个方向跳离时，甲、乙两人的动量和为零， 则有4mv0＝2mv车，v车＝2v0，故选B． 故答案为：（1）A（2）B． 三．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 12．如图所示，静止的氡原子核（Rn）在垂直于纸面的匀强磁场中，由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核，新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85：1。则（　　） A．该核反应方程是Rn→Fre B．该核反应方程是Rn→Ate C．该核反应方程是Rn→PoHe D．大圆轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 【答案】B 【解答】解：ABC.设新核和粒子的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，电荷量分别为q1、q2； 新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力qvB＝m 则新核做圆周运动的半径为r1 同理可得，粒子做圆周运动的半径为r2 静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有 m1v1＝m2v2 联立可得 由上述分析可知，轨迹半径与电荷量成反比，故小圆轨迹是新核的，大圆轨迹是粒子的，新核与粒子受力方向相反，速度方向也相反，由左手定则可知，新核与粒子电性相同，故二者均带正电，且电荷量之比为85：1，故AC错误，B正确； D.由上述分析可知，小圆轨迹是新核的，大圆轨迹是粒子的，因为新核与粒子均带正电，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故D错误。 故选：B。 13．医学影像诊断设备PET/CT是诊断COVID﹣19的一种有效手段，其原理是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。示踪剂常利用同位素C作示踪原子标记，其半衰期仅有20min。C由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得，则下列说法正确的是（　　） A．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出中子 B．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出α粒子 C．1g的C经40min后，剩余C的质量为0.2g D．将C置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化 【答案】B 【解答】解：AB、根据质量数守恒和电荷数守恒知，该核反应方程为，N→CHe，故A错误，B正确； C、由题意知半衰期τ为20min，经40min，则发生了2个半衰期；1g的剩余碳11的质量为m0＝（）2m＝0.25g，故C错误； D、半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关，因此其半衰期不可能变化，故D错误。 故选：B。 14．（多选）下列说法中正确的是（　　） 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1个氡原子核了 B．核反应Un→BaKr+mX 是若干核裂变反应中的一种，x是中子，m＝3 C．光是一种概率波 D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性 E．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量减小 【答案】BCD 【解答】解：A、半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用。故A错误。 B、核反应Un→BaKr+mX 中，根据电荷数守恒，X不含质子，故一定是中子，根据质量数守恒，m＝235+1﹣141﹣92＝3；故B正确； C、光具有波粒二象性，故光是一种概率波，故C正确； D、光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子具有动量，均说明光具有粒子性，故D正确； E、按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故E错误； 故选：BCD。 15．1992年1月初，美国前总统布什应邀访日，在欢迎宴上，突然发病昏厥，美国政府将他急送回国，医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因，这是利用123I所放出的　γ　 （填“α”、“β”或“γ”）射线，这种碘123I的特性是半衰期　短　 （填“长”或“短”）． 【答案】解：原子核衰变可同时放出、α、β、γ射线，α射线是氦核流，β射线是电子流，γ射线是电磁波， 而这是利用123I所放出的γ射线， 半衰期由原子核本身决定，与所处的状态无关，而医生用123I进行诊断，原因是其半衰期较短． 故答案为：γ，短． 16．镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发地放出α粒子而变成新核Rn，已知的质量为M1＝3.7533×10﹣25kg，新核Rn的质量为M2＝3.6867×10﹣25kg，α粒子的质量为m＝6.6466×10﹣27kg，现有一个静止的核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s．则：（计算结果保留两位有效数字） ①写出该核反应的方程式． ②此反应过程中放出的能量是多少？ ③反应后新核Rn的速度是多大？ 【答案】解：①核反应方程式为：； ②由质能方程知：； ③反应前后动量守恒：M2υ2﹣mυ＝0 ∴ 答：①核反应的方程式为：； ②此反应过程中放出的能量是1.2×10﹣12J； ③反应后新核Rn的速度是6.6×103m/s． 四．β衰变的特点、本质及方程（共6小题） 17．下列核反应方程中，属于β衰变的是（　　） A．Th→Pae B．HH→Hen C．U→ThHe D．NHe→OH 【答案】A 【解答】解：β衰变生成电子，新原子核的质量数不变，而核电荷数增加1个；由此分析可知，A是β衰变，B有α粒子产生，是α衰变，C是人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，D是核聚变方程，故A正确，BCD错误。 故选：A。 18．下列关于衰变与核反应的说法正确的是（　　） A．Th衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变 B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C．核聚变反应方程HH→He+X中，X表示质子 D．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为HeN→On 【答案】A 【解答】解：A、在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，质量数不变，而电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：4m＝234﹣222＝12，所以m＝3；则经过了n次β衰变，有：2m﹣n＝90﹣86＝4，所以n＝2，故A正确； B、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故B错误； C、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，聚变反应方程中HH→He+X，X在质量数：m＝2+3﹣4＝1，电荷数：Z＝1+1﹣2＝0，可知X表示中子，故C错误； D、高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为HeN→O H，故D错误。 故选：A。 19．2019年9月10日，我国国产首批医用钴﹣60原料组件从秦山核电站启运，这标志着我国伽马刀设备“中国芯”供应问题得到解决，核电站是利用中子照射钴﹣59制备钴﹣60，伽马刀是利用钴﹣60发生β衰变释放的γ射线工作的，已知钴﹣60的半衰期约为5.3年，下列说法正确的是（　　） A．秦山核电站制备钴﹣60的反应是重核衰变 B．钴﹣60发生衰变后生产的新核比钴﹣60少一个电子 C．钴﹣60发生衰变后生产的新核比钴﹣60多一个中子 D．钴﹣60制成后，经过5.3年剩下的钴﹣60的约有一半 【答案】D 【解答】解：A、利用中子照射钻﹣59制备钻﹣60是原子核的人工转变，重核裂变是质量较大的核俘获中子后分裂成两个（或多个）中等质量核的反应，钻﹣60是中等核，故A错误； BC、钻﹣60发生β衰变释放是钻﹣60原子核中的中子转变为质子，同时释放一个电子，新核比钻﹣60少一个中子，而核中没有电子，故BC错误； D、半衰期就是有一半原子核发生衰变所用的时间，故D正确； 故选：D。 20．（多选）下列关于原子和原子核的说法正确的是（　　） A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B．某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，则该元素的半衰期为3.8天 C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D．平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 E．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 【答案】BDE 【解答】解：A、β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是β粒子，可知β衰变现象不是说明电子是原子核的组成部分。故A错误。 B、放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，根据半衰期定义可知，发生三次衰变，则该元素的半衰期为3.8天。故B正确。 C、放射性元素的半衰期与其所处的物理环境及化学状态无关，由原子核内部因素决定。故C错误。 D、平均结合能越小表示原子核中的核子结合得越不牢固。故D正确。 E、在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故E正确； 故选：BDE。 21．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。 （1）中微子与水中的H发生核反应，产生中子（n）和正电子（e），即中微子H﹣→ne 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是（填写选项前的字母）　A　 A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1 （2）近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡。英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药﹣﹣放射性元素钋（Po）。Po的半衰期为138d，经衰变生成稳定的铅（Pb），那么经过276d，100gPo已衰变的质量为　75　 g。 （3）一个氘核（H）和一个氚核（H）结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1mol氘和1mol氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为（填写选项前的字母）　A　 。 A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2C.NAΔmc2 D．5NAΔmc2。 【答案】解：（1）由质量数守恒和电荷数守恒，可判断中微子的质量数和电荷数均为零，故A正确，BCD错误。 （2）经过276天，为2个半衰期，衰变后剩余的质量m＝m0（）2＝100g25g，则已衰变的质量为：m衰＝100g﹣25g＝75g； （3）根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核（H）和一个氚核（H）结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量Δmc2，1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的NA倍，即NAΔmc2；故A正确，BCD错误； 故答案为：（1）A；（2）75；（3）A。 22．[物理﹣﹣选修3﹣5] （1）下列说法正确的是 A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构 B．核反应方程U→ThHe属于裂变 C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 D．中子与质子结合成氘核的过程中能释放能量 E．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期 （2）如图所示，质量为M＝2kg的足够长的小平板车静止在光滑水平面上，车的一端静止着质量为MA＝2kg的物体A（可视为质点）。一个质量为m＝20g的子弹以500m/s的水平速度迅即射穿A后，速度变为100m/s，最后物体A静止在车上。若物体A与小车间的动摩擦因数μ＝0.5．（g取10m/s2） ①平板车最后的速度是多大？ ②A相对于平板车滑行的距离为多少？ 【答案】解：（1）A、卢瑟福的α粒子散射实验不能揭示原子核有复杂的结构，而是揭示了原子的结构。故A错误。 B、核反应方程U→ThHe属于α衰变，不属于裂变。故B错误。 C、β衰变中产生的β射线不是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成，实际上是原子核中的中子转化而来的。故C错误。 D、中子与质子结合成氘核的过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知能释放能量。故D正确。 E、半衰期由原子核自身内部的结构决定的，升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期。故E正确。 故选DE （2）：①研究子弹打击物体A的过程，由动量守恒有： mv0＝mv′+MA v 代入数据得4m/s 平板车M和MA系统自子弹穿出后直至相对静止有： MA v＝（M+MA）v车 代入数据得平板车最后速度为：2m/s ②根据能量转化和守恒得：系统损失的动能即为全程损失的机械能，转化为系统内能，设A在平板车上滑行相对距离为s，则有： Q＝μMA gs 代入数据得 s＝0.8m 故答案为： 答：①平板车最后的速度是2m/s； ②A相对于平板车滑行的距离为0.8m。 五．计算α和β衰变的次数（共6小题） 23．关于近代物理内容的叙述正确的是（　　） A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领比γ射线强 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量 C．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少6个 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核 【答案】B 【解答】解：A、β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故A错误； B、光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外，还具有动量。故B正确。 C、经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过两次β衰变，质量数不变，电荷数多2，则整个过程中电荷数不变，质量数少4，所以中子数少4．故C错误。 D、半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用。故D错误。 故选：B。 24．下列关于放射现象的说法正确的是（　　） A．放射现象说明原子具有核式结构 B．U衰变成Pb要6次β衰变和8次α衰变 C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核 【答案】B 【解答】解：A、α粒子散射实验提出原子具有核式结构，天然放射现象说明原子核内部是有结构的，故A错误； B、U衰变成Pb质量数少32，则发生8次α衰变，导致电荷数少16，但是电荷数共少10，可知，发生了6次β衰变，故B正确； C、β衰变的实质是原子核内部的中子转化为一个质子和一个电子，电子从原子核内喷射出来，故C错误； D、半衰期是对大量原子核的统计规律，对于单个或者少数是不成立的，故D错误； 故选：B。 25．（多选）自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示（N表示中子数，Z表示质子数），则下列说法正确的是（　　） A．由到的衰变是β衰变 B．已知的半衰期是T，则8个原子核经过2T时间后还剩2个 C．从到共发生5次α衰变和2次β衰变 D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线 【答案】AC 【解答】解：A、由Ra到Ac质量数不变，电荷数多了1个，所以发生的是β衰变，故A正确； B、半衰期是一个统计概念，是针对大量原子核来说的，对个别的没有意义，故B错误； C、从Th到Pb发生α衰变的次数是次，发生β衰变的次数是82﹣（90﹣2×5）＝2次，故C正确； D、原子核发生了α衰变或β衰变后处于不稳定状态，会发生γ衰变，释放能量，因为γ衰变是伴随着α衰变和β衰变产生的，故D错误。 故选：AC。 26．（多选）一静止的原子核U发生一次α衰变后变为原子核Th，同时放出光子。已知U的质量为m1，Th核的质量为m2，α粒子的质量为m3，下列说法正确的是（　　） A．该衰变方程为U→ThHe B．放出的光子能量为（m1﹣m2﹣m3）c2 C．Th核和α粒子的速率之比为m3：m2 D．将含有U的原料深埋地下，可以减缓其衰变的速度 【答案】ABC 【解答】解：A、依据质量数与质子数守恒可知，则该衰变方程为U→ThHe，故A正确； B、根据ΔE＝Δmc2可知质量亏损，可知，放出的光子能量为（m1﹣m2﹣m3）c2，故B正确； C、根据动量守恒定律，则有Th核和α粒子的速率与质量成反比，即为m3：m2，故C正确； D、原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，原料深埋地下，其衰变的速度不变，故D错误。 故选：ABC。 27．在U变为Pb的过程中，经过　8　 次α衰变238U发生衰变时，变成了206Pb，一个半衰期之后，矿石中的U和Pb的比为K1；再经过一个半衰期，测得矿石中的U和Pb的比为K2，则K1：K2＝　3：1　 。 【答案】解：α衰变的次数n。 经过一个半衰期，有半数发生衰变，知矿石中U和Pb的比为K1＝1，再经过一个半衰期，U还剩未发生衰变，矿石中的U和Pb的比K2， 则K1：K2＝3：1。 故答案为：8，3：1。 28．（物理﹣选修3﹣5） （1）关于天然放射现象，以下叙述正确的是 　CD　 。 A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C．在α．β．γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D．铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变 （2）如图所示，甲、乙两光滑圆轨道放置在同一竖直平面内，甲轨道半径是R且为乙轨道半径的2倍，两轨道之间由一光滑水平轨道CD相连，在水平轨道CD上有一轻弹簧被a、b两个小球夹住，但不拴接。如果a、b两球质量均为m，同时释放两小球，要求a、b都能通过各自的最高点，则弹簧在释放前至少具有多大的弹性势能？ 【答案】解：（1）A、半衰期是放射性元素有半数发生衰变的时间，由原子核的种类决定，与温度等外界因数无关，故A错误； B、β衰变的实质是原子核中的中子转变成质子和电子，即电子来源于原子核，故B错误； C、在α．β．γ这三种射线中，γ射线是波长很短的电磁波。其穿透能力最强，α射线是He原子核，带正电，故其电离能力最强，故C正确； D、铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程的方程为：U→PbHee，即每次α衰变放出一个α粒子，每次β衰变放出一个电子，故D正确； 故选：CD。 （2）当a球恰能通过最高点时，b球一定通过最高点，此时弹簧在释放前具有的弹性势能最小， 设a球到达圆轨道最高点的速度为va，对于a球：，设a球被弹簧弹开瞬间的速度为，对于a球由机械能守恒定律可得： 设b球被弹簧弹开瞬间的速度为，由于a、b两球被弹开时系统动量守恒： 可得： 以a、b两小球以及弹簧组成的系统为研究对象，整个过程中由系统机械能守恒可得： 弹性势能最小值为Ep＝5mgR 即弹簧在释放前至少具有的弹性势能为5mgR。 六．半衰期的相关计算（共5小题） 29．有关近代物理的叙述，下列说法中正确的是（　　） A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B．查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子 C．α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的 D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核经过7.6天后只剩下一个氡原子核了 【答案】B 【解答】解：A、β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是β粒子，可知β衰变现象不是说明电子是原子核的组成部分，故A错误； B、卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子，故B正确； C、α粒子散射实验，揭示了原子的核式结构模型，认为电子绕核旋转，根据经典理论，知向外辐射能量，轨道半径连续减小，辐射的能量连续，故C错误； D、半衰期具有统计规律，对于大量的原子核适用，故D错误； 故选：B。 30．下列说法正确的是（　　） A．质量数越小的原子核，比结合能越大 B．铀核（）衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的比结合能一定大于铀核的比结合能 C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子的核式结构模型 D．氡的半衰期为3.8天，若取40个氡原子核，则经过7.6天剩下10个氡原子核 【答案】B 【解答】解：A、中等大小的核，比结合能较大，核子结合越牢固，故A错误。 B、铀核（）衰变成α粒子和另一原子核的过程中释放能量，则结合能增大，同时核子数不变，所以衰变产物的比结合能一定大于铀核的比结合能，故B正确。 C、卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故C错误。 D、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故D错误。 故选：B。 31．（多选）关于原子和原子核，下列说法正确的是（　　） A．汤姆生瑟发现了电子，表明原子具有核式结构 B．按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，核外电子的动能增加 C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，其核反应方程式是NHe→OH D．I的半衰期是8天，8克I经过16天后还剩4克未衰变 【答案】BC 【解答】解：A、汤姆生发现了电子，表明原子还是可以再分的，故A错误； B、按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，从较高能级跃迁到较低的能级，电子的轨道半径减小，动能变大，电势能减小，总能量减小，故B正确； C、卢瑟福用α粒子轰击氮原子核而发现了质子，其核反应方程式是NHe→OH，故C正确； D、I的半衰期是8天，8克I经过8天后有一半发生衰变，还剩4克未衰变，故D错误； 故选：BC。 32．氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是Rn→Po+　He　 。已知Rn的半衰期约为3.8天，则约经过15.2天，16g的Rn衰变后还剩　1　 g。 【答案】解：根据电荷数守恒、质量数守恒知，未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为α粒子（He）。 根据m＝m0（）n得：（） 解得m＝1g， 故答案为：He，1。 33．已知Th（钍核）的半衰期是24天，α衰变后生成新原子核Ra（镭）。完成以下两个问题： （1）写出钍核的衰变方程； （2）2g钍经过96天后还剩多少？ 【答案】（1）钍核的衰变方程为Th→RaHe； （2）2g钍经过96天后还剩0.125g。 【解答】解：（1）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒得钍核的衰变方程为：Th→RaHe （2）已知钍234的半衰期是24天，经过96天后，发生4个半衰期，所以2g钍经过4个半衰期后还剩质量为：m＝（）4m0g＝0.125g 答：（1）钍核的衰变方程为Th→RaHe； （2）2g钍经过96天后还剩0.125g。 七．核反应（或粒子束）与磁场（共3小题） 34．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是（　　） A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是U→THHe，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117：2 D．若衰变方程是→THHe，则r1：r2＝1：45 【答案】D 【解答】解：A、原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，但不是β衰变，故A错误； B、核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量P大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m，解得：r，由于P、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为粒子的运动轨迹，故B错误； C、根据动量守恒定律知，新核TH和α粒子的动量大小相等，则动能EK，所以动能之比等于质量之反比，为2：117，故C错误； D、由B选项的分析知：r1：r2＝2：90＝1：，故D正确； 故选：D。 35．如图所示，在xOy平面上，一个以原点O为圆心，半径为4R的圆形磁场区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标（﹣2R，0）的A处静止着一个具有放射性的原子核氮N．某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A处射出时速度方向垂直于x轴，且后来通过了y轴，而反冲核刚好不离开磁场区域。不计重力影响和离子间的相互作用。 （1）写出衰变方程。 （2）求正电子做圆周运动的半径。 （3）求正电子最后过y轴时的坐标。 【答案】解：（1）由质量守恒及电荷守恒可知衰变方程为N→Ce； （2）设反冲核和正电子在磁场中回旋半径分别为r1、r2，由于反冲核与正电子都带正电荷，在磁场中的轨迹关系应是外切圆，因正电子通过y轴，反冲核速度方向向上，正电子速度方向向下。 故反冲核的半径r1＝R 衰变过程中遵循动量守恒 P反＝Pe 又由于 可得 可得正电子做圆周运动的半径 r1＝6R （3）由图可知正电子应在通过y轴前飞出圆形磁场区域，设出射点为P， 其轨迹圆心在磁场边界与x轴的交点O′处，过P点做出出射速度的反向延长线可交于磁场边界D点，且D点在x轴上 根据几何知识可得∠DO’P＝∠OQD＝α 在直角三角形DO’P中，，所以 故正电子最后通过y轴的坐标为（0，）。 36．如图所示，某一足够大的真空中，虚线PH右侧是磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，左侧是一场强为E、方向水平向左的匀强电场．静止于虚线PH上的一点O处的镭核（Ra）放出一个α粒子而衰变成氡核（Rn），已知α粒子是如图所示的方向进入磁场，θ＝30°．设α粒子与氡核分离后它们之间的作用可忽略不计，涉及动量问题时亏损的质量不计，重力不计． （1）写出镭核衰变的核反应方程 （2）若经过一段时间，α粒子刚好到达虚线PH上的A点，求此时氡核沿场强方向的速率．（设α粒子的比荷为K，OA＝L） 【答案】解：（1）核反应方程为：a→ne （2）设衰变后，氡核的速度为 v0，α粒子速度为 vα，由动量守恒定律得：（M一mα）v0＝mαVα…① α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，圆心在AO的中垂线和初速度的垂线的交点上，如图所示： 结合几何关系，轨道半径为： rL…② 根据牛第二定律，有： ③ 解得：vαkBL…④ 代入①式得到：v0kBL α转过的圆心角为300°，故时间为： t 氡核做类似平抛运动，沿着电场线方向做匀加速直线运动，故t时刻氡核沿场强方向的速率： v＝v0sin30°+at 答：（1）核衰变的核反应方程为：a→ne； （2）经过一段时间，α粒子刚好到达虚线PH上的A点，此时氡核沿场强方向的速率为． 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共3小题） 37．根据碳14（C）的衰变程度来计算样品大概年代的测量方法称为碳14测年法。碳14是中子撞击大气中的氮（N）发生核反应产生的，其反应方程为Nn→C+X，碳14具有放射性，其半衰期为5730年。则下列说法正确的是（　　） A．式中的X指的是电子 B．4个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩2个 C．测得某样品中碳14含量是当前大气中含量的，则该样品距今约为17000年 D．将碳14原子放在密闭的高温高压容器内，其半衰期将变短 【答案】C 【解答】解：A、根据核反应方程电荷数守恒和质量数守恒，可知，X应该为质子，故A错误； B、放射性元素的半衰期是统计规律，对少量原子核不适用，故B错误； C、若测得某样品中碳14含量是当前大气中含量的八分之一，说明该样品经过了三个半衰期，故其距今为5730年×3＝17190年，故C正确； D、放射性元素衰变的快慢由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误； 故选：C。 38．下列说法正确的是（　　） A．U→Th+x，其中x为中子，核反应类型为衰变 B．HH→He+y，其中y为中子，核反应类型为人工核转变 C．NHe→O+Z，其中z为氢核，核反应类型为轻核聚变 D．Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变 【答案】D 【解答】解：A、核反应方程U→Th He，x是α粒子，这是α衰变，故A错误； B、HH→He+Y中Y为中子，核反应类型为轻核聚变，故B错误； C、核反应方程：NHe→O+Z是人工核反应方程，不是轻核聚变，故C错误； D、裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子和的过程， 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变的核反应可能为 Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变，故D正确； 故选：D。 39．静止的氮核N被速度是v0的中子n击中生成甲、乙两核．已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1：1，动能之比为1：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1：6．问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该反应方程． 【答案】解：设甲质量为m1速度v1，乙质量为m2速度v2，甲乙电量为q1和q2 因为m1v1＝m2v2； 所以v1：v2＝1：4　则m1：m2＝4：1 则m14＝12u，m21＝3u 由qvB 得：1：6 所以：q1：q2＝6：1而q1+q2＝7e 得q1＝6e，q2＝e 由动量守恒　mnv0＝m1v1+m2v2 所以：v1，v2v0 核反应方程为：． 答：甲、乙分别是C，H．甲乙的速度分别为，v0，核反应方程． 九．人工核反应（共4小题） 40．下列说法正确的是（　　） A．查德威克发现中子的核反应是：AlHe→Pn B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人随身携带的金属物品，是利用静电感应的工作原理工作的 C．考古专家发现某一骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，已知C的半衰期为5 730年，则确定该生物死亡时距今约11460年 D．根据v，当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，这应用了类比法 【答案】C 【解答】解：A、查德威克发现中子的核反应方程：BeHe→Cn符合质量数守恒和电荷数守恒，也符合物理学史内容，故A错误； B、安检门利用涡流探测人随身携带的金属物品，即是利用电磁感应的原理来工作的，变化的磁场使金属内产生交流电，产生的磁场反过来影响仪器内的电磁线圈，类似互感，故B错误； C、考古专家发现某一骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，可知经过了2个半衰期，则距今11460年，故C正确； D、根据v，当Δt非常小时， 就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，这应用了极限思维法，故D错误。 故选：C。 41．1920年，卢瑟福在一次著名演讲中预言了中子的存在。卢瑟福的学生查德威克从1921年开始关于中子的实验探索，历经12年，终于在1932年发现了中子。查德威克发现中子的核反应方程式为：αBe→X+n，则X的原子序数Z和质量数M分别为（　　） A．5 10 B．5 12 C．6 11 D．6 12 【答案】D 【解答】已知在核反应方程中，反应物与生成物质量数与质子数守恒，而α粒子为He，质量数为4，质子数为2；n为中子，质量数为1，质子数为零，从而建立质量数的关系式为：4+9＝M+1，质子数的关系式为：2+4＝Z+0， 从而解得：M＝12，Z＝6，故ABC错误，D正确； 故选：D。 42．用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的基本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为X+x→Y+y，其中X是靶核的符号，x为入射粒子的符号，Y是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。1919年卢瑟福首先做了用α粒子轰击氮核的实验，反应方程式为：NHe→O+　H　 。1930年查德威克发现中子，核反应方程为：BeHe→　c　 n．至此，人们确认了原子核是由 　质子　 和 　中子　 组成的，并将这两种粒子统称为 　核子　 。 【答案】解：核反应方程应该遵循质量数守恒和电荷数守恒，1919年卢瑟福首先做了用α粒子轰击氮核的实验，反应方程式为： NHe→OH 1930年查德威克发现中子，核反应方程为： BeHe→Cn 人们确认了原子核是由质子和中子组成的，并将这两种粒子统称为核子； 故答案为：H，C，质子，中子，核子。 43．1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子。设氢核的质量为mH，氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为vH，氮核的速度为vN，假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核。 （1）试写出α粒子轰击的核反应方程； （2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量。 【答案】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得： （2）查德威克认为氢核、氮核与中性粒子之间的碰撞是弹性正碰；设中性粒子质量为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止的，那么根据动量守恒和能量守恒可知： mv0＝mv+mHvH…① ② 其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得： vH③ 同理，mv0＝mv+mNvN mv02mv2mNvN2 可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 vN④ 因为mN＝14mH，由方程③④可得⑤ 将速度的最大值代入方程⑤，解得：m＝1.05mH…⑥ 答：（1）； （2）中性粒子（中子）的质量m与氢核的质量mH 的关系是m＝1.05mH。 十．放射性同位素及其应用（共3小题） 44．（多选）下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是（　　） A．根据波尔氢原子理论，电子绕核运动过程中会辐射电磁波 B．比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小 C．裂变反应式92235U+01n→56144Ba+3689Kr+xmnY中x＝3，Y是中子 D．人工放射性同位素的半衰期与天然放射性物质相比短得多，废料容易处理 【答案】BCD 【解答】解：A、根据玻尔理论，电子在轨道上运动时，是稳定的，不向外辐射电磁波，故A错误； B、根据核子平均质量曲线与比结合能曲线可知比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小，故B正确； C、根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可知，方程中的Y是中子，故C正确； D、人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短得多，在生活中有着广泛应用，故D正确。 故选：BCD。 45．核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5000年．燃料中钚（Pu）是一种人造同位素，可通过下列反应合成： ①用氘核（D）轰击铀（U）生成镎（NP238）和两个相同的粒子X，核反应方程是UD→Np+2X； ②镎（NP238）放出一个粒子Y后转变成钚（Pu），核反应方程是Np→Pu+Y．则X粒子的符号为 　　 ；Y粒子的符号为 　　 ． 【答案】解：根据电荷数守恒、质量数守恒知x的电荷数为0，质量数为1，则x为中子，y的电荷数为﹣1．质量数为0，则y为电子． 故答案为：；． 46．1934年，约里奥﹣居里夫妇用α粒子轰击铝箔，获得了中子和，放射性同位素又衰变产生和正电子。磷30是首个通过人工方法获得的放射性同位素。 （1）同位素具有相同的 　C　 ； A.核子数 B.中子数 C.质子数 （2）磷30具有放射性，其衰变方程为 　　 。的半衰期是2.5min，经过10min后还剩 　0.25　 g。 （3）如图所示，将α粒子、中子、正电子，以及离子P3﹣和Si4+等五种粒子一起注入到加速电场的中心P（忽略各粒子的初速度），部分粒子经电场加速从加速电场负极板上的小孔N射出；然后沿以O1为圆心、R为半径的圆弧通过静电分析器，再经速度选择器筛选后，某种粒子进入磁分析器中，在磁场中偏转后被磁场边界处的探测板收集。设原子核中每个核子的质量均为m0，已知元电荷为e（整个系统处于真空中，不计粒子重力和粒子间的相互作用力）。 ①经电场加速从加速电场负极板上的小孔N射出的粒子有 　α粒子、正电子、离子Si4+　 。 ②若加速电场两极板间的电压大小为U，两极板间距为L；静电分析器中与圆心O1等距离的各点场强大小相等，方向指向圆心。则Si4+在加速电场中所受电场力大小为 　　 。 静电分析器中，与圆心O1距离为R处的电场强度的大小为 　　 。 ③（论证）在②的条件下，若粒子进入速度选择器后，它们的运动轨迹如图中虚线①、②、③所示，分析说明到达探测板的粒子是Si4+。 ④（计算）在②③的条件下，若磁分析器中以O2为圆心的足够大半圆形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，求Si4+在磁分析器中运动的时间和位移大小。 【答案】（1）C；（2）；0.25g；（3）①α粒子、正电子，离子Si4+；②；；③论证见解析；④Si4+在磁分析器中运动的时间为，位移大小为。 【解答】解：（1）同位素具有相同的质子数，不同的中子数，故核子数不同，故C正确，AB错误。 故选：C。 （2）根据电荷数和质量数守恒可知其衰变方程为：。 的半衰期为T＝2.5min，经过t＝10min＝4T，还剩于质量为m＝4×（）4g＝0.25g。 （3）①因粒子初速度为零，故带正电的粒子才能从加速电场的负极板上的小孔N射出，则α粒子、正电子，离子Si4+能从小孔N射出。 ②加速电场的电场强度大小为：E1，离子Si4+带电量为4e，则其在加速电场中所受电场力大小为：F＝4eE。 设带电量为+q，质量为m的离子从小孔N射出的速度为v，圆心O1距离为R处的电场强度的大小为E。 对离子在加速电场被加速的过程，根据动能定理得： ，解得： 离子在静电分析器中做匀速圆周运动，由电场力提供向心力，则有： ，解得：E ③由②的结论可知，α粒子（带电量为2e，质量为4m0）、正电子（带电量为e，质量可不计），离子Si4+（带电量为4e，质量为30m0）均能进入速度选择器。 由，可得三种粒子的速度大小分别为：vα、ve→∞、vSi 可得：ve＞vα＞vSi 进入速度选择器时它们所受洛伦兹力（qvB）向下，电场力（qE）向上，可知速度较大的粒子会向下偏转，根据图中虚线①、②、③得运动轨迹可知沿直线运动一定是速度最小的，可知沿直线通过速度选择器后到达探测板的粒子是速度最小的Si4+。 ④Si4+在磁分析器中做匀速圆周运动，轨迹为半个圆周，设其运动半径为r，由洛伦兹力提供向心力得： 解得： Si4+在磁分析器中运动的时间为t Si4+在磁分析器中运动的位移大小为x＝2r 故答案为：（1）C；（2）；0.25g；（3）①α粒子、正电子，离子Si4+；②；；③论证见解析；④Si4+在磁分析器中运动的时间为，位移大小为。 十一．辐射与安全（共4小题） 47．关于放射性现象，下列说法正确的是（　　） A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电 B．戴口罩可以防止碘131的辐射 C．铯137进行β衰变时，往往同时释放出γ射线，γ射线具有很强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板 D．铯137进入人体后主要损害人的造血系统和神经系统，如果将铯137的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度 【答案】C 【解答】解：A、现在的核电站利用重核裂变发电，A错误； B、戴口罩不可以防止碘131的辐射，B错误； C、γ射线具有很强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板，C正确； D、衰变速度由原子核本身决定，与外界因素无关，D错误； 故选：C。 48．（多选）关于放射性，下列说法正确的有（　　） A．放射性同位素可作为示踪原子用于疾病的诊断 B．P是人造的放射性同位素，所以运用物理方法可改变它的半衰期 C．贫铀炸弹的残留物有放射性，对环境有长期的危害主要是因为铀的半衰期短 D．用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 【答案】AD 【解答】解：A、用放射性同位素可作为示踪原子，故A正确； B、放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故B错误。 C、贫铀炸弹的残留物有放射性，对环境有长期的危害主要是因为铀的半衰期长；故C错误； D、用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期；故D正确； 故选：AD。 49．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。 （1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳（见图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是 　混凝土　 。 （2）核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后 　D　 A．沉入海底 B．放至沙漠 C．运到月球 D．深埋地下 （3）图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了 　β　 射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了 　γ（或β和γ）　 射线的辐射。 【答案】解：（1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是混凝土。 （2）核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，深埋地下，故ABC错误，D正确； 故选：D。 （3）从图乙可知，α射线的穿透能力最弱，γ射线的穿透能力最强，当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，可知工作人员受到了β射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了γ射线的辐射。 故答案为：（1）混凝土；（2）D；（3）β，γ（或β和γ）。 50．（1）2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使老旧的福岛第一核电站的一号、二号、三号、四号反应堆发生爆炸，致使放射性物质外泄进入大气。碘131就是其中之一，它可以富集到人类的甲状腺中长期积累会引发甲状腺癌变诱发肿瘤。碘131是人工放射性核素（核裂变产物），是β衰变核素，发射β和γ射线，I131半减期为8天左右。下列说法正确的是　B　 A．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流 B．由于碘131半衰期比较短，并会很快衰变为没有放射性的氙同位素氙131，所以我国境内检测的极微量核素碘131，不足以威胁人体健康。 C．碘131的半衰期为8天，若有四个碘原子核，经过4天就只剩下2个 D．压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响 （2）如图所示，有一光滑铜球质量为m，被一U形框扣在里面，框的质量为M，它们搁置于光滑水平面上，现让小球以速度v0向右去第一次撞击静止的框，设碰撞无机械能损失，经多次相互撞击，下面结论正确的是 A、二者最终将以相同的速度向右运动 B、只有M﹣2m时，在它们发生偶数次碰撞后，小球的速度才会再次等于v0，框也重现静止状态 C、当M﹣3m时，在它们发生第三次碰撞后，小球的速度将会再次等于v0，框也再次重现静止状态 D、在它们发生偶数次碰撞后，小球的速度将会再次等于v0，框也重现静止状态，与M、m数值大小关系无关。 【答案】解：（1）A、β射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的。故A错误。 B、由于碘131半衰期比较短，并会很快衰变为没有放射性的氙同位素氙131，所以我国境内检测的极微量核素碘131，不足以威胁人体健康。故B正确。 C、半衰期是大量原子核衰变的统计规律，统计少量个数原子核是没有意义的，故选项C错误； D、压力、温度对放射性元素衰变的快慢没有影响。故D错误。 故选B。 （2）小球以速度v0向右去第一次撞击静止的框，系统动量守恒，能量守恒。 由于M＞m，小球碰后速度向左，框的速度向右， 再过一段时间，小球与框的左侧发生碰撞，系统动量守恒，能量守恒。 小球的速度才会再次等于v0，框也重现静止状态。后面发生的情况就会重复开始得状态。 所以它们发生偶数次碰撞后，小球的速度将会再次等于v0，框也重现静止状态，与M、m数值大小关系无关， 它们发生奇数次碰撞后，小球的速度向左，框的速度向右， 故选D。 故答案为：（1）B （2）D 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题11 原子核的组成、放射性元素的衰变【十一大题型】 一．天然放射现象的发现及意义（共5小题） 二．α、β、γ射线的本质及特点（共6小题） 三．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 四．β衰变的特点、本质及方程（共6小题） 五．计算α和β衰变的次数（共6小题） 六．半衰期的相关计算（共5小题） 七．核反应（或粒子束）与磁场（共3小题） 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共3小题） 九．人工核反应（共4小题） 十．放射性同位素及其应用（共3小题） 十一．辐射与安全（共4小题） 一．天然放射现象的发现及意义（共5小题） 1．19世纪末至20世纪初是近代物理学发展的黄金时代。杰出物理学家们的研究成果直接推动了“近代物理学”的建立和发展。以下关于物理知识的描述哪一个是正确的（　　） A．贝克勒尔发现了天然放射现象，图1为产生的三种射线在电场中偏转情况，其中③线代表的射线穿透能力最强 B．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种不同频率的光子 C．图3为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短 D．图4展示了α粒子散射实验的现象，据此现象，卢瑟福发现了质子和中子 2．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 D．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 3．（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列实验事实支持相应观点的是（　　） A．电子的发现，说明原子是可以再分的 B．康普顿散射现象及规律，说明原子具有核式结构 C．玻尔依据氢原子光谱的实验规律，将量子观念引入原子领域 D．天然放射现象，说明原子核内部是有结构的 4．（多选）天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（ ） A．②来自于原子核外的电子 B．①的电离作用最强，是一种电磁波 C．③照射食品可以杀死腐败的细菌 D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子 5．在下列选项中选择适当的内容填在横线中（只填字母代号） （1）　 　 首先揭示了原子核具有复杂的结构． A．电子的发现 B．质子的发现 C．中子的发现 D．天然放射现象的发现 （2）如图所示，在水平光滑直寻轨上，静止着三个质量均为m﹣1妇的相同小球A、B、C现让A球以v0＝2m/s的速度向B球运动，A、B两球碰撞后粘合在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，碰后C球的速度vc＝1m/s．求： ①A、B两球与C球碰撞后瞬间的共同速度 ②两次碰撞过程中损失的总动能． 二．α、β、γ射线的本质及特点（共6小题） 6．2024年9月，苏州大学研究团队发明了一种锕系微型核电池。该电池主要利用镅Am发生α衰变释放的核能转化为电能，其核反应方程为Am→XHe，下列说法正确的是（　　） A．X原子核的核电荷数为93 B．X原子核的质量数为241 C．α射线穿透能力比γ射线强 D．α射线电离能力比γ射线弱 7．有关量子理论及相关现象，下列说法中正确的是（　　） A．能量量子化的观点是爱因斯坦首先提出的 B．在光电效应现象中，遏止电压与入射光的频率成正比 C．一个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出3种频率的光子 D．α射线、β射线、γ射线都是波长极短的电磁波 8．（多选）氢原子能级图如图所示，氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，已知可见光光子能量 范围为1.62eV～3.11eV，则（　　） A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线 C．在水中传播时，a光比b光的速度小 D．氢原子在n＝2能级时可吸收能量不小于3.4eV的光子而发生电离 9．（多选）下列关于光的说法中正确的是（　　） A．光的偏振现象说明光是横波 B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的 C．γ射线有较强的穿透本领，在机场等地用其探测箱内物品进行安全检查 D．在光的双缝干涉实验中，仅减小入射光的波长，干涉条纹间距变小 10．（多选）2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏9.0级大地震并引发海啸．而在地震和海啸中受损的福岛第一核电站3号反应堆发生爆炸所引发的核泄漏事故，让全世界都陷入了恐慌．下面有关核辐射的相关知识，说法正确的是（　　） A．核泄漏中放射性物质释放的γ射线穿透本领最强 B．向反应堆注入冷却剂的作用是减小核反应速度 C．可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性衰变的快慢 D．核反应中释放的α、β、γ三种射线中只有γ射线是不带电的 11．[物理﹣选修3﹣5]（本题共有两个小题，每小题只有一个选项符合题意．） （1）有以下说法，其中正确的是　 　 A．当氢原子从n＝4的状态跃迁到n＝2的状态时，发射出光子 B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 C．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性 D．物质波是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动 （2）如图所示，光滑水平面上有一辆质量为2m的小车，车上左右两端分别站着甲、乙两人，他们的质量都是m，开始两个人和车一起以速度v0向右匀速运动．某一时刻，站在车右端的乙先以相对于地面向右的速度u跳离小车，然后站在车左端的甲以相对于地面向左的速度u跳离小车．两人都离开小车后，小车的速度将是　 　 A．v0 B.2v0C．大于v0小于2v0 D．大于2v0． 三．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 12．如图所示，静止的氡原子核（Rn）在垂直于纸面的匀强磁场中，由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核，新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85：1。则（　　） A．该核反应方程是Rn→Fre B．该核反应方程是Rn→Ate C．该核反应方程是Rn→PoHe D．大圆轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 13．医学影像诊断设备PET/CT是诊断COVID﹣19的一种有效手段，其原理是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。示踪剂常利用同位素C作示踪原子标记，其半衰期仅有20min。C由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得，则下列说法正确的是（　　） A．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出中子 B．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出α粒子 C．1g的C经40min后，剩余C的质量为0.2g D．将C置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化 14．（多选）下列说法中正确的是（　　） 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1个氡原子核了 B．核反应Un→BaKr+mX 是若干核裂变反应中的一种，x是中子，m＝3 C．光是一种概率波 D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性 E．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量减小 15．1992年1月初，美国前总统布什应邀访日，在欢迎宴上，突然发病昏厥，美国政府将他急送回国，医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因，这是利用123I所放出的　 　 （填“α”、“β”或“γ”）射线，这种碘123I的特性是半衰期　 　 （填“长”或“短”）． 16．镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发地放出α粒子而变成新核Rn，已知的质量为M1＝3.7533×10﹣25kg，新核Rn的质量为M2＝3.6867×10﹣25kg，α粒子的质量为m＝6.6466×10﹣27kg，现有一个静止的核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s．则：（计算结果保留两位有效数字） ①写出该核反应的方程式． ②此反应过程中放出的能量是多少？ ③反应后新核Rn的速度是多大？ 四．β衰变的特点、本质及方程（共6小题） 17．下列核反应方程中，属于β衰变的是（　　） A．Th→Pae B．HH→Hen C．U→ThHe D．NHe→OH 18．下列关于衰变与核反应的说法正确的是（　　） A．Th衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变 B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C．核聚变反应方程HH→He+X中，X表示质子 D．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为HeN→On 19．2019年9月10日，我国国产首批医用钴﹣60原料组件从秦山核电站启运，这标志着我国伽马刀设备“中国芯”供应问题得到解决，核电站是利用中子照射钴﹣59制备钴﹣60，伽马刀是利用钴﹣60发生β衰变释放的γ射线工作的，已知钴﹣60的半衰期约为5.3年，下列说法正确的是（　　） A．秦山核电站制备钴﹣60的反应是重核衰变 B．钴﹣60发生衰变后生产的新核比钴﹣60少一个电子 C．钴﹣60发生衰变后生产的新核比钴﹣60多一个中子 D．钴﹣60制成后，经过5.3年剩下的钴﹣60的约有一半 20．（多选）下列关于原子和原子核的说法正确的是（　　） A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B．某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，则该元素的半衰期为3.8天 C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D．平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 E．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 21．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。 （1）中微子与水中的H发生核反应，产生中子（n）和正电子（e），即中微子H﹣→ne 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是（填写选项前的字母）　 　 A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1 （2）近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡。英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药﹣﹣放射性元素钋（Po）。Po的半衰期为138d，经衰变生成稳定的铅（Pb），那么经过276d，100gPo已衰变的质量为　 　 g。 （3）一个氘核（H）和一个氚核（H）结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1mol氘和1mol氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为（填写选项前的字母）　 　 。 A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2C.NAΔmc2 D．5NAΔmc2。 22．[物理﹣﹣选修3﹣5] （1）下列说法正确的是 A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构 B．核反应方程U→ThHe属于裂变 C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 D．中子与质子结合成氘核的过程中能释放能量 E．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期 （2）如图所示，质量为M＝2kg的足够长的小平板车静止在光滑水平面上，车的一端静止着质量为MA＝2kg的物体A（可视为质点）。一个质量为m＝20g的子弹以500m/s的水平速度迅即射穿A后，速度变为100m/s，最后物体A静止在车上。若物体A与小车间的动摩擦因数μ＝0.5．（g取10m/s2） ①平板车最后的速度是多大？ ②A相对于平板车滑行的距离为多少？ 五．计算α和β衰变的次数（共6小题） 23．关于近代物理内容的叙述正确的是（　　） A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领比γ射线强 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量 C．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少6个 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核 24．下列关于放射现象的说法正确的是（　　） A．放射现象说明原子具有核式结构 B．U衰变成Pb要6次β衰变和8次α衰变 C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核 25．（多选）自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示（N表示中子数，Z表示质子数），则下列说法正确的是（　　） A．由到的衰变是β衰变 B．已知的半衰期是T，则8个原子核经过2T时间后还剩2个 C．从到共发生5次α衰变和2次β衰变 D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线 26．（多选）一静止的原子核U发生一次α衰变后变为原子核Th，同时放出光子。已知U的质量为m1，Th核的质量为m2，α粒子的质量为m3，下列说法正确的是（　　） A．该衰变方程为U→ThHe B．放出的光子能量为（m1﹣m2﹣m3）c2 C．Th核和α粒子的速率之比为m3：m2 D．将含有U的原料深埋地下，可以减缓其衰变的速度 27．在U变为Pb的过程中，经过　 　 次α衰变238U发生衰变时，变成了206Pb，一个半衰期之后，矿石中的U和Pb的比为K1；再经过一个半衰期，测得矿石中的U和Pb的比为K2，则K1：K2＝　 。 28．（物理﹣选修3﹣5） （1）关于天然放射现象，以下叙述正确的是 　 　 。 A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C．在α．β．γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D．铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变 （2）如图所示，甲、乙两光滑圆轨道放置在同一竖直平面内，甲轨道半径是R且为乙轨道半径的2倍，两轨道之间由一光滑水平轨道CD相连，在水平轨道CD上有一轻弹簧被a、b两个小球夹住，但不拴接。如果a、b两球质量均为m，同时释放两小球，要求a、b都能通过各自的最高点，则弹簧在释放前至少具有多大的弹性势能？ 六．半衰期的相关计算（共5小题） 29．有关近代物理的叙述，下列说法中正确的是（　　） A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B．查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子 C．α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的 D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核经过7.6天后只剩下一个氡原子核了 30．下列说法正确的是（　　） A．质量数越小的原子核，比结合能越大 B．铀核（）衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的比结合能一定大于铀核的比结合能 C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子的核式结构模型 D．氡的半衰期为3.8天，若取40个氡原子核，则经过7.6天剩下10个氡原子核 31．（多选）关于原子和原子核，下列说法正确的是（　　） A．汤姆生瑟发现了电子，表明原子具有核式结构 B．按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，核外电子的动能增加 C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，其核反应方程式是NHe→OH D．I的半衰期是8天，8克I经过16天后还剩4克未衰变 32．氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是Rn→Po+　 　 。已知Rn的半衰期约为3.8天，则约经过15.2天，16g的Rn衰变后还剩　 　 g。 33．已知Th（钍核）的半衰期是24天，α衰变后生成新原子核Ra（镭）。完成以下两个问题： （1）写出钍核的衰变方程； （2）2g钍经过96天后还剩多少？ 七．核反应（或粒子束）与磁场（共3小题） 34．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是（　　） A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是U→THHe，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117：2 D．若衰变方程是→THHe，则r1：r2＝1：45 35．如图所示，在xOy平面上，一个以原点O为圆心，半径为4R的圆形磁场区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标（﹣2R，0）的A处静止着一个具有放射性的原子核氮N．某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A处射出时速度方向垂直于x轴，且后来通过了y轴，而反冲核刚好不离开磁场区域。不计重力影响和离子间的相互作用。 （1）写出衰变方程。 （2）求正电子做圆周运动的半径。 （3）求正电子最后过y轴时的坐标。 36．如图所示，某一足够大的真空中，虚线PH右侧是磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，左侧是一场强为E、方向水平向左的匀强电场．静止于虚线PH上的一点O处的镭核（Ra）放出一个α粒子而衰变成氡核（Rn），已知α粒子是如图所示的方向进入磁场，θ＝30°．设α粒子与氡核分离后它们之间的作用可忽略不计，涉及动量问题时亏损的质量不计，重力不计． （1）写出镭核衰变的核反应方程 （2）若经过一段时间，α粒子刚好到达虚线PH上的A点，求此时氡核沿场强方向的速率．（设α粒子的比荷为K，OA＝L） 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共3小题） 37．根据碳14（C）的衰变程度来计算样品大概年代的测量方法称为碳14测年法。碳14是中子撞击大气中的氮（N）发生核反应产生的，其反应方程为Nn→C+X，碳14具有放射性，其半衰期为5730年。则下列说法正确的是（　　） A．式中的X指的是电子 B．4个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩2个 C．测得某样品中碳14含量是当前大气中含量的，则该样品距今约为17000年 D．将碳14原子放在密闭的高温高压容器内，其半衰期将变短 38．下列说法正确的是（　　） A．U→Th+x，其中x为中子，核反应类型为衰变 B．HH→He+y，其中y为中子，核反应类型为人工核转变 C．NHe→O+Z，其中z为氢核，核反应类型为轻核聚变 D．Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变 39．静止的氮核N被速度是v0的中子n击中生成甲、乙两核．已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1：1，动能之比为1：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1：6．问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该反应方程． 九．人工核反应（共4小题） 40．下列说法正确的是（　　） A．查德威克发现中子的核反应是：AlHe→Pn B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人随身携带的金属物品，是利用静电感应的工作原理工作的 C．考古专家发现某一骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，已知C的半衰期为5 730年，则确定该生物死亡时距今约11460年 D．根据v，当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，这应用了类比法 41．1920年，卢瑟福在一次著名演讲中预言了中子的存在。卢瑟福的学生查德威克从1921年开始关于中子的实验探索，历经12年，终于在1932年发现了中子。查德威克发现中子的核反应方程式为：αBe→X+n，则X的原子序数Z和质量数M分别为（　　） A．5 10 B．5 12 C．6 11 D．6 12 42．用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的基本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为X+x→Y+y，其中X是靶核的符号，x为入射粒子的符号，Y是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。1919年卢瑟福首先做了用α粒子轰击氮核的实验，反应方程式为：NHe→O+　 　 。1930年查德威克发现中子，核反应方程为：BeHe→　 　 n．至此，人们确认了原子核是由 　 　 和 　 　 组成的，并将这两种粒子统称为 　 　 。 43．1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子。设氢核的质量为mH，氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为vH，氮核的速度为vN，假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核。 （1）试写出α粒子轰击的核反应方程； （2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量。 十．放射性同位素及其应用（共3小题） 44．（多选）下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是（　　） A．根据波尔氢原子理论，电子绕核运动过程中会辐射电磁波 B．比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小 C．裂变反应式92235U+01n→56144Ba+3689Kr+xmnY中x＝3，Y是中子 D．人工放射性同位素的半衰期与天然放射性物质相比短得多，废料容易处理 45．核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5000年．燃料中钚（Pu）是一种人造同位素，可通过下列反应合成： ①用氘核（D）轰击铀（U）生成镎（NP238）和两个相同的粒子X，核反应方程是UD→Np+2X； ②镎（NP238）放出一个粒子Y后转变成钚（Pu），核反应方程是Np→Pu+Y．则X粒子的符号为 　 　 ；Y粒子的符号为 　 　 ． 46．1934年，约里奥﹣居里夫妇用α粒子轰击铝箔，获得了中子和，放射性同位素又衰变产生和正电子。磷30是首个通过人工方法获得的放射性同位素。 （1）同位素具有相同的 　 ； A.核子数 B.中子数 C.质子数 （2）磷30具有放射性，其衰变方程为 　 　 。的半衰期是2.5min，经过10min后还剩 　 　 g。 （3）如图所示，将α粒子、中子、正电子，以及离子P3﹣和Si4+等五种粒子一起注入到加速电场的中心P（忽略各粒子的初速度），部分粒子经电场加速从加速电场负极板上的小孔N射出；然后沿以O1为圆心、R为半径的圆弧通过静电分析器，再经速度选择器筛选后，某种粒子进入磁分析器中，在磁场中偏转后被磁场边界处的探测板收集。设原子核中每个核子的质量均为m0，已知元电荷为e（整个系统处于真空中，不计粒子重力和粒子间的相互作用力）。 ①经电场加速从加速电场负极板上的小孔N射出的粒子有 　 　 。 ②若加速电场两极板间的电压大小为U，两极板间距为L；静电分析器中与圆心O1等距离的各点场强大小相等，方向指向圆心。则Si4+在加速电场中所受电场力大小为 　 　 。 静电分析器中，与圆心O1距离为R处的电场强度的大小为 　 　 。 ③（论证）在②的条件下，若粒子进入速度选择器后，它们的运动轨迹如图中虚线①、②、③所示，分析说明到达探测板的粒子是Si4+。 ④（计算）在②③的条件下，若磁分析器中以O2为圆心的足够大半圆形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，求Si4+在磁分析器中运动的时间和位移大小。 十一．辐射与安全（共4小题） 47．关于放射性现象，下列说法正确的是（　　） A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电 B．戴口罩可以防止碘131的辐射 C．铯137进行β衰变时，往往同时释放出γ射线，γ射线具有很强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板 D．铯137进入人体后主要损害人的造血系统和神经系统，如果将铯137的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度 48．（多选）关于放射性，下列说法正确的有（　　） A．放射性同位素可作为示踪原子用于疾病的诊断 B．P是人造的放射性同位素，所以运用物理方法可改变它的半衰期 C．贫铀炸弹的残留物有放射性，对环境有长期的危害主要是因为铀的半衰期短 D．用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 49．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。 （1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳（见图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是 　 　 。 （2）核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后 　 　 A．沉入海底 B．放至沙漠 C．运到月球 D．深埋地下 （3）图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了 　 　 射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了 　 射线的辐射。 50．（1）2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使老旧的福岛第一核电站的一号、二号、三号、四号反应堆发生爆炸，致使放射性物质外泄进入大气。碘131就是其中之一，它可以富集到人类的甲状腺中长期积累会引发甲状腺癌变诱发肿瘤。碘131是人工放射性核素（核裂变产物），是β衰变核素，发射β和γ射线，I131半减期为8天左右。下列说法正确的是　 　 A．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流 B．由于碘131半衰期比较短，并会很快衰变为没有放射性的氙同位素氙131，所以我国境内检测的极微量核素碘131，不足以威胁人体健康。 C．碘131的半衰期为8天，若有四个碘原子核，经过4天就只剩下2个 D．压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响 （2）如图所示，有一光滑铜球质量为m，被一U形框扣在里面，框的质量为M，它们搁置于光滑水平面上，现让小球以速度v0向右去第一次撞击静止的框，设碰撞无机械能损失，经多次相互撞击，下面结论正确的是 A、二者最终将以相同的速度向右运动 B、只有M﹣2m时，在它们发生偶数次碰撞后，小球的速度才会再次等于v0，框也重现静止状态 C、当M﹣3m时，在它们发生第三次碰撞后，小球的速度将会再次等于v0，框也再次重现静止状态 D、在它们发生偶数次碰撞后，小球的速度将会再次等于v0，框也重现静止状态，与M、m数值大小关系无关。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$