周周练10 第五章原子核 综合测试 物理人教版选择性必修第三册

2025-2026学年高二物理（选择性必修3）周周练 第一章 周练10 原子核 综合测试 （时间:75分钟 分数：100分） 一、选择题(本题共12小题，共48分。其中1～9题为单选题，每小题4分；10--12题为多选题， 每小题4分，漏选得2分，错选得0分) 1．C 2．C 3．C 4．C 5．C 6．B 7．C 8．B 9．A 10．AB 11．BCD 12．AC 二、填空题（本题4小题，共16分） 13．（4分） 衰变 核裂变 人工核转变 核聚变 【详解】[1]原子核衰变释放一个粒子，形成新核，属于衰变。 [2]原子核经中子撞击后形成两个中等质量的核，属于核裂变。 [3]和结合成新的原子核，属于人工核转变。 [4]氘核和氚核结合成，属于核聚变。 14．（4分）（1）混凝土 （2）D （3） 15．（4分） （1） A （1分） （2） 8.2×10-14（1分） （3）系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律（2分） 16．（4分）u d 三、解答题（本题3小题，共36分） 17．（12分） (1)，； (2)； (3)见解析 【详解】(1)核反应方程满足质量数守恒和质子数守恒，则 解得， (2)根据质能方程可知 (3)异同点如下表格 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的轴235在天然铀中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富。1L水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油释放的能量相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 18．（12分） (1)28650年 (2) (3) (4) 【详解】（1）根据题意得 解得 （2）根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为 （3）根据动量守恒定律 根据牛顿第二定律得 解得 β粒子与氮核做圆周运动的半径之比 （4）动能 动量 解得 所以 解得 衰变过程中的质量亏损为 解得 19．（12分） (1) (2) (3) 【详解】（1）设该元素的半衰期为，将 代入公式 解得 由数学关系得 所以 （2）初始原子核数个个 经过两次衰变后，剩余原子核数个个 衰变总原子核数个 从第一激发态跃迁至基态的原子核数个个 则概率 （3）由分析得为核半径，为核半径，为粒子半径 由 得 则有 即 化简得 又 由动量守恒定律得 所以 所以 又 所以， 所以 又 所以‍ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年高二物理（选择性必修3）周周练 第一章 周练10 原子核 综合测试 （时间:75分钟 分数：100分） 一、选择题(本题共12小题，共48分。其中1～9题为单选题，每小题4分；10--12题为多选题， 每小题4分，漏选得2分，错选得0分) 1．如图，一个原子核X经过一系列α衰变、β衰变后，生成稳定的原子核Y，质量数与中子数的关系如图所示，下列说法正确的是（　　） A．X的比结合能比Y大 B．X、Y的质子数之比为9:8 C．X变成Y经历了8次α衰变，6次β衰变 D．发生β衰变时，放出的β粒子来自原子核外 【答案】C 【详解】A．衰变是释放能量的反应，反应后产物比反应前稳定，元素越稳定，比结合能越大，则X的比结合能小于Y，故A错误； B．由图像可得原子核X的质子数为 原子核Y的质子数为 则X、Y的质子数之比为46:41，故B错误； C．根据衰变前后质量数守恒、电荷数守恒，则有X变成Y的衰变方程为 故X变成Y经历了8次α衰变，6次β衰变，故C正确； D．β衰变中产生的β粒子即电子，是由原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子放出的，故D错误。 故选C。 2．如图，将1mol半衰期为的放射性元素的原子核放入开有小孔的铅制容器中，并在空间施加垂直纸面向里的匀强磁场，发现射线分成三束。已知X原子核衰变后成为Y原子核，则下列说法正确的是（　　） A．射线①可以穿透几毫米厚的铝板 B．射线②的电离作用比射线③的电离作用强 C．原子核的比结合能小于原子核的比结合能 D．经过一段时间后，原子核衰变了 【答案】C 【详解】AB．根据射线在磁场中的偏转情况可知，射线①带正电为射线，射线②不带电为射线，射线③带负电为射线，射线不可以穿透几毫米厚的铝板，射线的电离作用比射线的电离作用强，故AB错误； C．在原子核衰变中，反应物的比结合能小于生成物的比结合能，所以原子核的比结合能小于原子核的比结合能，故C正确； D．根据半衰期的定义，经过一段时间后，原子核剩余未发生衰变，故D错误。 故选C。 3．原子核的比结合能如图所示。下列说法正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核比核核子数多，比结合能大 C．核比核结合能大，比结合能小 D．两个核结合成核，需要吸收能量 【答案】C 【详解】A．由图像可知，质量数居中时，比结合能越大，原子核越稳定，但是核比结合能显然小于核，所以核更稳定，故A错误。 B．核比核更靠近中等核，所以核比结合能大，故B错误。 C．核比核更靠近中等核，所以核比结合能小，但是核核子更多，结合能大，故C正确。 D．两个核结合成核有质量损失，释放能量，故D错误。 故选C。 4．科学家利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程为。已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中平均每个核子释放的核能为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】聚变时有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，聚变时释放的能量 总共有5个核子参与反应，则平均每个核子释放的核能为 故选C。 5．下列说法正确的是（　　） A．查德威克发现中子的核反应是： 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∆t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 【详解】A．查德威克发现中子的核反应是 选项A错误； B．金属探测仪利用的是电磁感应，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，选项B错误； C．C剩余为两个半衰期，距今约11460年，选项C正确； D．，当∆t非常小时，可以表示物体在t时刻的瞬时速度应用了极限思想，选项D错误。 故选C。 6．钍具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤，同时伴随有射线产生，其方程为→+X，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是（　　） A．钍234发生的是衰变 B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C．射线的本质就是高速中子流 D．1g钍经过96天后还剩0.125g 【答案】B 【详解】A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为-1，质量数为0，则X为电子，此反应为衰变，选项A错误； B．该衰变为衰变，电子是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的，选项B正确； C．射线的本质就是光子流，选项C错误； D．根据知还剩钍的质量 选项D错误。 故选B。 7．质子放疗是目前治疗肿瘤的最先进手段之一，特征是当质子射线达到一定深度时才释放出最大能量（布拉格峰），只要将射线的最大能量调整到癌肿病灶上就可以集中照射病灶处而不会过多的损伤正常细胞。下列核反应方程中X粒子为质子的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为 可知X粒子为中子，故A错误； B．根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为 可知X粒子为，故B错误； C．根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为 可知X粒子为质子，故C正确； D．根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为 可知X粒子为电子，故D错误。 故选C。 8．秦山核电站是我国第一座核电站，其三期工程采用重水反应堆技术，利用中子与静止氘核的多次碰撞，使中子减速．已知中子某次碰撞前的动能为E，碰撞可视为弹性正碰．经过该次碰撞后，中子损失的动能为（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设中子的质量为m，氘核的质量为2m，弹性正碰的过程满足动量守恒和能量守恒． 由以上两式解得： 由已知可得： 中子损失的动能： 故选项B正确，ACD选项错误． 9．日本政府向海洋排放福岛第一核电站的核污染水，此举引起国际社会的强烈质疑和反对。核污染水中含有多种放射性物质，其中放射性氚（）的半衰期约为12年，其衰变反应为，下列说法正确的是（　　） A．氚（）转变为氦核（）的衰变是衰变 B．100个氚核（）经过12年后一定还剩50个 C．此衰变的实质是外层电子电离 D．氚核（）比氦核（）更稳定 【答案】A 【详解】A．衰变反应中，氚核衰变为氦核，原子序数增加1，质量数不变，符合β衰变的特征（即中子转变为质子，放出电子和反中微子，X为电子），故A正确； B．半衰期是统计规律，适用于大量原子核，对100个氚核，12年后衰变的原子核数目不确定，可能多于或少于50个，因此不能说“一定”还剩50个，故B错误； C．此衰变是原子核内部的β衰变（中子转变为质子和电子），并非外层电子电离，故C错误； D．衰变时放出核能，产生的新核更稳定，所以更稳定，故D错误。 故选A。 10．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是（　　） A．处于能级的氢原子吸收的能量只要大于等于就能发生 B．根据、、射线的特点射线1是射线射线，2是射线，射线3是射线 C．天然放射性元素的半衰期与原子核内部的结构以及其化学状态都有关 D．重核的裂变反应方程可以有 【答案】AB 【详解】A.处于n=3能级的氢原子吸收的能量大于等于1.5eV的能量就能发生电离，故A正确. B.三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故B正确. C.半衰期与其化学性质与化学状态无关，将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期会不变，故C错误. D.重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程有：，故D错误. 11．用中子（）轰击铀核（）产生裂变反应，会产生钡核（）和氪（）并释放中子（），当达到某些条件时可发生链式反应，—个铀核（）裂变时，释放的能量约为200MeV（1eV= l.6×10-19J）。以下说法正确的是（　　） A．的裂变方程为 B．的裂变方程为 C．发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．—个裂变时，质量亏损约为 【答案】BCD 【详解】A．的裂变需要用中子轰击，所以方程为 A错误，B正确； C．发生链式反应需要铀块达到临界体积，C正确； D．—个裂变时，质量亏损约为 D正确。 故选BCD。 12．将放射性同位素氟18（）注入人体参与人体的代谢过程，如图所示，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像。设正、负电子的质量均为，光速为，普朗克常数为。下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．光子是原子核外电子跃迁时产生的 C．上述正负电子湮灭产生的光子波长为 D．的核子平均质量比新核的核子平均质量小 【答案】AC 【详解】A．根据电荷数与质量数守恒可知，衰变的方程为，故A正确； B．光子是衰变后处于高能级的新原子核放出的，故B错误； C．根据 解得 故C正确； D．发生衰变后，质量有亏损，所以的核子平均质量比新核的核子平均质量大，故D错误； 故选AC。 二、填空题（本题4小题，共16分） 13．（4分）目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工核转变。请在下列方程后的括号内填写正确的类型。                 ( )     ( )             ( )                 ( ) 【答案】 衰变 核裂变 人工核转变 核聚变 【详解】[1]原子核衰变释放一个粒子，形成新核，属于衰变。 [2]原子核经中子撞击后形成两个中等质量的核，属于核裂变。 [3]和结合成新的原子核，属于人工核转变。 [4]氘核和氚核结合成，属于核聚变。 14．（4分）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（如图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是_______（选填“铝”“铅”或“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( ) A．沉入海底    B．放至沙漠    C．运至月球    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1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而5 mm铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了________（选填“”“”或“”）射线的辐射；当所有照相底片都被感光时，工作人员受到了_______（选填“”“”或“”）射线的辐射。 【答案】 混凝土 D 【详解】（1）[1]由题图乙可知，燃料包壳为铝，压力壳为铅，而安全壳为混凝土。 （2）[2]目前对核废料最常用的处理方法是深埋地下，并远离水源。 故选D。 （3）[3][4]三种射线中射线能穿过的铝片，而射线能穿过的铅片。 15．（4分）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→n＋e，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）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即e＋e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为___________ J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是___________。 【答案】 （1）A （1分） （2）8.2×10-14 （1分） 系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律（2分） 【详解】（1）[1]发生核反应时，质量数和电荷数均守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0。 故选A。 （2）[2]产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则 E=Δmc2 故一个光子的能量为，代入数据得 [3]正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律。 16．（4分）已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷. 粒子 π＋ π－ u d 带电荷量 +e -e 由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成． 【答案】 u d 【详解】因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带和反夸克 带，合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克 组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克组成． 三、解答题（本题3小题，共36分） 17．（12分）有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为，此反应中释放的核能为，已知光速为c。 (1)请确定聚变方程中Z、M的数值； (2)求上述聚变反应中的质量亏损； (3)轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，请你结合实际，说明它们的异同点。 【答案】(1)，；(2)；(3)见解析 【详解】(1)核反应方程满足质量数守恒和质子数守恒，则 解得， (2)根据质能方程可知 (3)异同点如下表格 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的轴235在天然铀中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富。1L水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油释放的能量相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 18．（12分）活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。某建筑工地上发现地下有一棵死去的古树，测出该古树碳14的含量是现代植物的。如图所示，在范围足够大的垂直纸面向里的匀强磁场中，静止在S点的碳14核发生一次β衰变，产生的β粒子速度方向与磁场方向垂直，β粒子与氮核恰好在纸面内做匀速圆周运动，轨迹如图1、2所示。已知碳14的半衰期为5730年，衰变后β粒子的动能为Ek1，β粒子与氮核质量之比为k，真空中光速为c。不计重力，假设该衰变过程释放的核能都转化为β粒子和氮核的动能。 (1)求这棵古树距今多少年？ (2)写出碳14核的衰变方程； (3)求β粒子与氮核做圆周运动的半径之比； (4)求衰变过程中的质量亏损。 【答案】(1)28650年 (2) (3) (4) 【详解】（1）根据题意得 解得 （2）根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为 （3）根据动量守恒定律 根据牛顿第二定律得 解得 β粒子与氮核做圆周运动的半径之比 （4）动能 动量 解得 所以 解得 衰变过程中的质量亏损为 解得 19．（12分）(1)放射性元素在α衰变过程中，该元素原子核数量随时间变化的规律为，其中为0时刻该元素的原子核个数，为已知常量，求该元素的半衰期。 (2)α衰变通常伴随有γ衰变。核发生α衰变有多种可能的过程，每种过程有不同的发生概率，其中两种过程是：（i）核衰变到核的第一激发态，核从第一激发态向基态跃迁的过程放出光子；（ii）核直接衰变到核的基态，此过程无光子放出。这两种衰变过程可用题图1表示，核基态和第一激发态的能量值已在图中标出。的核经过两个半衰期，实验测得放出的光子的总能量为，计算已发生衰变的核衰变到核第一激发态的概率。（核在激发态停留的时间远小于核的半衰期，阿伏伽德罗常数） (3)如题图2所示，真空中存在垂直纸面向里的匀强磁场（图中未画出），一个运动的核放出α粒子，衰变为核，此过程无光子放出。衰变前后核、α粒子和核的轨迹相切于P点，且核衰变时，粒子射出的速度与核衰变前瞬间的速度方向相反。实验测得图2中，α粒子动能约为6MeV，原子质量单位1u相当于931MeV，则此衰变过程的质量亏损约为多少u？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）设该元素的半衰期为，将 代入公式 解得 由数学关系得 所以 （2）初始原子核数个个 经过两次衰变后，剩余原子核数个个 衰变总原子核数个 从第一激发态跃迁至基态的原子核数个个 则概率 （3）由分析得为核半径，为核半径，为粒子半径 由 得 则有 即 化简得 又 由动量守恒定律得 所以 所以 又 所以， 所以 又 所以‍ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年高二物理（选择性必修3）周周练 第一章 周练10 原子核 综合测试 （时间:75分钟 分数：100分） 一、选择题(本题共12小题，共48分。其中1～9题为单选题，每小题4分；10--12题为多选题， 每小题4分，漏选得2分，错选得0分) 1．如图，一个原子核X经过一系列α衰变、β衰变后，生成稳定的原子核Y，质量数与中子数的关系如图所示，下列说法正确的是（　　） A．X的比结合能比Y大 B．X、Y的质子数之比为9:8 C．X变成Y经历了8次α衰变，6次β衰变 D．发生β衰变时，放出的β粒子来自原子核外 2．如图，将1mol半衰期为的放射性元素的原子核放入开有小孔的铅制容器中，并在空间施加垂直纸面向里的匀强磁场，发现射线分成三束。已知X原子核衰变后成为Y原子核，则下列说法正确的是（　　） A．射线①可以穿透几毫米厚的铝板 B．射线②的电离作用比射线③的电离作用强 C．原子核的比结合能小于原子核的比结合能 D．经过一段时间后，原子核衰变了 3．原子核的比结合能如图所示。下列说法正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核比核核子数多，比结合能大 C．核比核结合能大，比结合能小 D．两个核结合成核，需要吸收能量 4．科学家利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程为。已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中平均每个核子释放的核能为（　　） A． B． C． D． 5．下列说法正确的是（　　） A．查德威克发现中子的核反应是： 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∆t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 6．钍具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤，同时伴随有射线产生，其方程为→+X，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是（　　） A．钍234发生的是衰变 B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C．射线的本质就是高速中子流 D．1g钍经过96天后还剩0.125g 7．质子放疗是目前治疗肿瘤的最先进手段之一，特征是当质子射线达到一定深度时才释放出最大能量（布拉格峰），只要将射线的最大能量调整到癌肿病灶上就可以集中照射病灶处而不会过多的损伤正常细胞。下列核反应方程中X粒子为质子的是（    ） A． B． C． D． 8．秦山核电站是我国第一座核电站，其三期工程采用重水反应堆技术，利用中子与静止氘核的多次碰撞，使中子减速．已知中子某次碰撞前的动能为E，碰撞可视为弹性正碰．经过该次碰撞后，中子损失的动能为（    ） A． B． C． D． 9．日本政府向海洋排放福岛第一核电站的核污染水，此举引起国际社会的强烈质疑和反对。核污染水中含有多种放射性物质，其中放射性氚（）的半衰期约为12年，其衰变反应为，下列说法正确的是（　　） A．氚（）转变为氦核（）的衰变是衰变 B．100个氚核（）经过12年后一定还剩50个 C．此衰变的实质是外层电子电离 D．氚核（）比氦核（）更稳定 10．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是（　　） A．处于能级的氢原子吸收的能量只要大于等于就能发生 B．根据、、射线的特点射线1是射线射线，2是射线，射线3是射线 C．天然放射性元素的半衰期与原子核内部的结构以及其化学状态都有关 D．重核的裂变反应方程可以有 11．用中子（）轰击铀核（）产生裂变反应，会产生钡核（）和氪（）并释放中子（），当达到某些条件时可发生链式反应，—个铀核（）裂变时，释放的能量约为200MeV（1eV= l.6×10-19J）。以下说法正确的是（　　） A．的裂变方程为 B．的裂变方程为 C．发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．—个裂变时，质量亏损约为 12．将放射性同位素氟18（）注入人体参与人体的代谢过程，如图所示，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像。设正、负电子的质量均为，光速为，普朗克常数为。下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．光子是原子核外电子跃迁时产生的 C．上述正负电子湮灭产生的光子波长为 D．的核子平均质量比新核的核子平均质量小 二、填空题（本题4小题，共16分） 13．（4分）目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工核转变。请在下列方程后的括号内填写正确的类型。                 ( )     ( )             ( )                 ( ) 14．（4分）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（如图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是_______（选填“铝”“铅”或“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( ) A．沉入海底    B．放至沙漠    C．运至月球    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1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而5 mm铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了________（选填“”“”或“”）射线的辐射；当所有照相底片都被感光时，工作人员受到了_______（选填“”“”或“”）射线的辐射。 15．（4分）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→n＋e，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）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即e＋e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为___________ J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是___________。 16．（4分）已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷. 粒子 π＋ π－ u d 带电荷量 +e -e 由此可知π＋由________和________组成，π－由________和________组成． 三、解答题（本题3小题，共36分） 17．（12分）有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为，此反应中释放的核能为，已知光速为c。 (1)请确定聚变方程中Z、M的数值； (2)求上述聚变反应中的质量亏损； (3)轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，请你结合实际，说明它们的异同点。 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍 核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的轴235在天然铀中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富。1L水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油释放的能量相当 可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 18．（12分）活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。某建筑工地上发现地下有一棵死去的古树，测出该古树碳14的含量是现代植物的。如图所示，在范围足够大的垂直纸面向里的匀强磁场中，静止在S点的碳14核发生一次β衰变，产生的β粒子速度方向与磁场方向垂直，β粒子与氮核恰好在纸面内做匀速圆周运动，轨迹如图1、2所示。已知碳14的半衰期为5730年，衰变后β粒子的动能为Ek1，β粒子与氮核质量之比为k，真空中光速为c。不计重力，假设该衰变过程释放的核能都转化为β粒子和氮核的动能。 (1)求这棵古树距今多少年？ (2)写出碳14核的衰变方程； (3)求β粒子与氮核做圆周运动的半径之比； (4)求衰变过程中的质量亏损。 19．（12分）(1)放射性元素在α衰变过程中，该元素原子核数量随时间变化的规律为，其中为0时刻该元素的原子核个数，为已知常量，求该元素的半衰期。 (2)α衰变通常伴随有γ衰变。核发生α衰变有多种可能的过程，每种过程有不同的发生概率，其中两种过程是：（i）核衰变到核的第一激发态，核从第一激发态向基态跃迁的过程放出光子；（ii）核直接衰变到核的基态，此过程无光子放出。这两种衰变过程可用题图1表示，核基态和第一激发态的能量值已在图中标出。的核经过两个半衰期，实验测得放出的光子的总能量为，计算已发生衰变的核衰变到核第一激发态的概率。（核在激发态停留的时间远小于核的半衰期，阿伏伽德罗常数） (3)如题图2所示，真空中存在垂直纸面向里的匀强磁场（图中未画出），一个运动的核放出α粒子，衰变为核，此过程无光子放出。衰变前后核、α粒子和核的轨迹相切于P点，且核衰变时，粒子射出的速度与核衰变前瞬间的速度方向相反。实验测得图2中，α粒子动能约为6MeV，原子质量单位1u相当于931MeV，则此衰变过程的质量亏损约为多少u？ / 学科网（北京）股份有限公司 $