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四十五 原子核 (40分钟 72分)
【基础巩固练】
1.(6分)(2023·天津等级考)关于太阳上进行的核聚变,下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳核反应方程式 U n Ba Kr+ n
:215 +1 +92 31
92 0 36 0
2.(6分)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中
浓度下降的半衰期约为2 h,若病人用药后血浆中浓度的最大值为
18 mg/L,药物浓度低于3 mg/L就要补充用药。则下列用药时间间隔较为合适的是( )
A.2 h B.4 h C.6 h D.8 h
3.(6 分)(2023·重庆模拟)已知中子的质量为 1.008 6 u,质子的质量为 1.007 2 u,氘核的质量为
2.013 4 u,1 u的质量对应的核能为931.5 MeV,以下说法正确的是( )
A.一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
B.氘核的比结合能约为1.1 MeV
C.氘核的比结合能约为2.2 MeV
D.氘核的结合能约为1.1 MeV
4.(6分)(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则( )
A.Z=1,A=1 B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4
5.(6分)(2024·德州模拟)中国“华龙一号”全球首堆投入商业运行,标志着我国自主三代核电
技术跻身世界前列。“华龙一号”用到的核燃料主要是铀,铀核 U)是获得核能的主要原料
(235
92
之一,其中一种核反应方程为 U n Xe Sr+K并释放核能。以下说法正确的是 ( )
235 +1 →136 +90
92 0 54 38
A.该核反应是轻核聚变,其中K为10个中子
B.该核反应产物的结合能之和大于铀核 U)的结合能
(235
92
C.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
D.核反应时释放能量,根据E=mc2,核反应后的总质量数减少
6.(6分)(2023·浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将 Pu衰变
238
94
释放的核能一部分转换成电能 Pu的衰变方程为 Pu U He,则 ( )
。238 238 +4
94 94 2
A.衰变方程中的X等于233
B He的穿透能力比γ射线强
.4
2
C Pu比 U的比结合能小
.238 X
94 92
D.月夜的寒冷导致 Pu的半衰期变大
238
94【综合应用练】
7.(6分)(2023·重庆选择考)原子核 U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 Pb,在该过
235 207
92 82
程中,可能发生的β衰变是 ( )
A Fr Ra e
.223 +0
87 -1
B Bi Po e
.213 +0
84 -1
C Ra Ac e
.225 +0
88 -1
D Po At e
.218 +0
84 -1
8.(6分)(2023·唐山模拟)党的二十大报告中提到,我国已经进入创新型国家行列,一些关键技术
如核电技术取得重大成果。关于核能、核反应,下列说法正确的是( )
A.到目前为止,利用任何物质都能得到核能
B.到目前为止,轻核聚变是人类获得核能的主要方式
C.太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变
D.原子弹是采用人工核转变制成的核武器
9.(6分)(2023·凉山模拟)如图是原子核的比结合能曲线,下列说法正确的是( )A.从曲线上分析,两个 H核合成 He释放约6 MeV的能量
2 4
1 2
B.两个 H核结合成 He,因为质量数未变,所以不释放或吸收能量
2 4
1 2
C U裂变成 Kr和 Ba的方程为 U n Ba Kr+ n
.235 89 144 :235 +1 +89 31
92 36 56 92 0 36 0
D.从曲线上分析 U的结合能小于 Ba的结合能
,235 144
92 56
10.(6分)(2023·商洛模拟)沂水跋山遗址的发现填补了山东及中国北方地区旧石器时代考古的
空白。出土文物包括石制品、动物化石及一定数量的骨制品,在测定其年代时用碳十四断代
法,某制品初步测年数据为距今6万至10万年,已知14C的半衰期为5 730年,该制品的14C原始
质量为m 。则该制品中14C的剩余量不可能是 ( )
0
1 1
A.m ( )11 B.m ( )14
0 0
2 2
1 1
C.m ( )16 D.m ( )21
0 0
2 2
【加固训练】
(2023·唐山模拟)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遗址祭祀区最新考古发
掘成果:在7号、8号祭祀坑,又发现大量造型前所未见的精美青铜器。考古学家利用放射性元
素 C的半衰期确定了7号、8号祭祀坑的埋藏年代均为商代晚期。碳元素 C能自发地释放
14 14
6 6
β射线,衰变方程为 C N+β,其半衰期约为5 730年。则当衰变后的产物 N数量是衰变后剩
14 →14 14
6 7 7
余的 C数量的3倍时 C衰变所经历的时间为 ( )
14 ,14
6 6
A.3 100年 B.5 730年C.11 460年 D.17 190年
11.(6分) (2023·长沙模拟)地球大气层中的氧受宇宙射线轰击散裂后产生的 Be衰变时放出β
10
4
射线。若铍核 Be在垂直纸面向里的匀强磁场中做匀速圆周运动(运动轨迹未画出),到P点时
10
4
发生衰变,衰变后产生的粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,图中r=4a、下列关于 Be衰变前
10
4
在磁场中的运动轨迹描述正确的是( )
A.顺时针转动,轨道半径为10a
B.顺时针转动,轨道半径为7a
C.逆时针转动,轨道半径为11a
D.逆时针转动,轨道半径为10a
【情境创新练】
12. (6分)(多选)锝-99m(Tc-99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状
腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的
钼-99(Mo-99)衰变成锝-99m,其过程为: Mo→ Tc+X+ ( 为不带电荷且质量非常小或近乎零的反
99 99m ν ν
42 43
微中子),接着将锝-99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其
过程为 Tc Tc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述
:99m
43正确的是 ( )
A. TC和 TC两者具有相同的化学性质
99m 99
43 43
B.Mo-99衰变成Tc-99m过程中产生的X是电子
C.Tc-99m衰变半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
解析版
1.(6分)(2023·天津等级考)关于太阳上进行的核聚变,下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳核反应方程式 U n Ba Kr+ n
:215 +1 +92 31
92 0 36 0
【解析】选A。因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈,才有可能克服它们自身相互间的排
斥力,使得它们间的距离缩短,才能发生聚变,故A正确;核聚变中电荷是守恒的,故B错误;因为
太阳一直在发生核聚变,需要放出大量能量,根据质能方程可知是要消耗一定质量的,故C错误;
核聚变的方程为 H H He n,题中为核裂变方程,故D错误。
2 +3 +1
1 1 02.(6分)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中
浓度下降的半衰期约为2 h,若病人用药后血浆中浓度的最大值为
18 mg/L,药物浓度低于3 mg/L就要补充用药。则下列用药时间间隔较为合适的是( )
A.2 h B.4 h C.6 h D.8 h
【解析】选C。由题知,服用某退烧药后,药物有效成分在血浆中浓度下降的半衰期约为2 h,则
1
根据m=m ( )n,可知经过3个半衰期即n=3,血浆中的药物浓度下降至2.25 mg/L,所以该药物的
0
2
用药时间间隔为6 h,故选C。
3.(6 分)(2023·重庆模拟)已知中子的质量为 1.008 6 u,质子的质量为 1.007 2 u,氘核的质量为
2.013 4 u,1 u的质量对应的核能为931.5 MeV,以下说法正确的是( )
A.一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
B.氘核的比结合能约为1.1 MeV
C.氘核的比结合能约为2.2 MeV
D.氘核的结合能约为1.1 MeV
【解析】选 B。一个质子与一个中子结合为氘核的反应过程中,反应前后的质量差为
Δm=m +m -m =0.002 4 u,所以氘核的结合能为ΔE=Δm×931.5 MeV≈2.2 MeV,氘核的比结合能约
1 2 3
ΔE
为 =1.1 MeV,B正确,C、D错误;由于反应过程有质量亏损,所以该反应过程需要放出能量,
2
故A错误。4.(6分)(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中
X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则( )
A.Z=1,A=1 B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4
【解析】选D。设Y电荷数和质量数分别为m和n,根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知,
第一个核反应方程的电荷数和质量数满足 Z+7=m+8、A+14=n+17,第二个核反应方程的电荷
数和质量数满足m+3=2Z、n+7=2A,联立解得Z=2,A=4,故选D。
5.(6分)(2024·德州模拟)中国“华龙一号”全球首堆投入商业运行,标志着我国自主三代核电
技术跻身世界前列。“华龙一号”用到的核燃料主要是铀,铀核 U)是获得核能的主要原料
(235
92
之一,其中一种核反应方程为 U n Xe Sr+K并释放核能。以下说法正确的是 ( )
235 +1 →136 +90
92 0 54 38
A.该核反应是轻核聚变,其中K为10个中子
B.该核反应产物的结合能之和大于铀核 U)的结合能
(235
92
C.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
D.核反应时释放能量,根据E=mc2,核反应后的总质量数减少
【解析】选B。该核反应是重核的裂变,根据质量数守恒和电荷数守恒可知其中K为10个中
子,A错误;由于该反应为放能反应,释放核能后结合能增大,因此该核反应产物的结合能之和大于铀核的结合能,B正确;放射性物质的半衰期非常稳定,不会随着外界环境改变而改变,因此不
可以通过人工手段消除,C错误;核反应时释放能量,总质量减小,而总质量数保持不变,D错误。
6.(6分)(2023·浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将 Pu衰变
238
94
释放的核能一部分转换成电能 Pu的衰变方程为 Pu U He,则 ( )
。238 238 +4
94 94 2
A.衰变方程中的X等于233
B He的穿透能力比γ射线强
.4
2
C Pu比 U的比结合能小
.238 X
94 92
D.月夜的寒冷导致 Pu的半衰期变大
238
94
【解析】选C。由质量数守恒得:X=238-4=234,故A错误 He的穿透能力比γ射线弱,故B错
;4
2
误 Pu衰变过程释放能量,比结合能增大,即 Pu比 U的比结合能小,故C正确;半衰期的大
;238 238 X
94 94 92
小反映衰变的快慢,与所处的物理环境无关,故D错误。
【综合应用练】
7.(6分)(2023·重庆选择考)原子核 U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 Pb,在该过
235 207
92 82
程中,可能发生的β衰变是 ( )
A Fr Ra e
.223 +0
87 -1
B Bi Po e
.213 +0
84 -1
C Ra Ac e
.225 +0
88 -1D Po At e
.218 +0
84 -1
【解析】选A。原子核 U衰变成为稳定的原子核 Pb质量数减小了28,则经过了7次α衰
235 207
92 82
变,中间生成的新核的质量数可能为 231,227,223,219,215,211,则发生β衰变的原子核的质量数
为上述各数,则B、C、D都不可能,根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,选项A正确。
8.(6分)(2023·唐山模拟)党的二十大报告中提到,我国已经进入创新型国家行列,一些关键技术
如核电技术取得重大成果。关于核能、核反应,下列说法正确的是( )
A.到目前为止,利用任何物质都能得到核能
B.到目前为止,轻核聚变是人类获得核能的主要方式
C.太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变
D.原子弹是采用人工核转变制成的核武器
【解析】选C。到目前为止,一般是利用重核裂变或轻核聚变得到核能,并不是利用任何物质
都能得到核能,A错误;到目前为止,重核裂变是人类获得核能的主要方式,B错误;轻核发生聚变
之前,必须要有高温,即轻核聚变又叫作热核反应,太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变,C正
确;原子弹是采用重核裂变制成的核武器,D错误。
9.(6分)(2023·凉山模拟)如图是原子核的比结合能曲线,下列说法正确的是( )A.从曲线上分析,两个 H核合成 He释放约6 MeV的能量
2 4
1 2
B.两个 H核结合成 He,因为质量数未变,所以不释放或吸收能量
2 4
1 2
C U裂变成 Kr和 Ba的方程为 U n Ba Kr+ n
.235 89 144 :235 +1 +89 31
92 36 56 92 0 36 0
D.从曲线上分析 U的结合能小于 Ba的结合能
,235 144
92 56
【解析】选C。从曲线上分析 He核的比结合能约为7 MeV H核的比结合能约为1 MeV,则
,4 ,2
2 1
两个 H核结合成 He核时释放能量为ΔE=4×7 MeV-2×2×1 MeV=
2 4
1 2
24 MeV,A、B错误;根据核反应的质量数和电荷数守恒可知 U裂变成 Kr和 Ba的方程为
,235 89 144
92 36 56
U n Ba Kr+ n,C正确;从曲线上分析 U的比结合能小于 Ba的比结合能,但是 U
235 +1 →144 +89 31 ,235 144 235
92 0 56 36 0 92 56 92
的结合能大于 Ba的结合能,D错误。
144
56
10.(6分)(2023·商洛模拟)沂水跋山遗址的发现填补了山东及中国北方地区旧石器时代考古的
空白。出土文物包括石制品、动物化石及一定数量的骨制品,在测定其年代时用碳十四断代
法,某制品初步测年数据为距今6万至10万年,已知14C的半衰期为5 730年,该制品的14C原始
质量为m 。则该制品中14C的剩余量不可能是 ( )
01 1
A.m ( )11 B.m ( )14
0 0
2 2
1 1
C.m ( )16 D.m ( )21
0 0
2 2
【解析】选D。根据半衰期计算公式m=m (1 t,t取6万至10万年,T=5 730年,可得发生了半
0 )T
2
衰期的次数n满足,10≤n≤17,显然,该制品中14C发生半衰期的次数n不可能为21次,则该制品
1
中14C的剩余量不可能是m ( )21,故选D。
0
2
【加固训练】
(2023·唐山模拟)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遗址祭祀区最新考古发
掘成果:在7号、8号祭祀坑,又发现大量造型前所未见的精美青铜器。考古学家利用放射性元
素 C的半衰期确定了7号、8号祭祀坑的埋藏年代均为商代晚期。碳元素 C能自发地释放
14 14
6 6
β射线,衰变方程为 C N+β,其半衰期约为5 730年。则当衰变后的产物 N数量是衰变后剩
14 →14 14
6 7 7
余的 C数量的3倍时 C衰变所经历的时间为 ( )
14 ,14
6 6
A.3 100年 B.5 730年
C.11 460年 D.17 190年
1
【解析】选C。根据题意可知,当14N数量是14C数量的3倍时,14C数量占总原子核数量的 =(
7 6 6 4
1
)2,经过2个半衰期,即t=2×5 730年=11 460年,故选C。
2
11.(6分) (2023·长沙模拟)地球大气层中的氧受宇宙射线轰击散裂后产生的 Be衰变时放出β
10
4射线。若铍核 Be在垂直纸面向里的匀强磁场中做匀速圆周运动(运动轨迹未画出),到P点时
10
4
发生衰变,衰变后产生的粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,图中r=4a、下列关于 Be衰变前
10
4
在磁场中的运动轨迹描述正确的是( )
A.顺时针转动,轨道半径为10a
B.顺时针转动,轨道半径为7a
C.逆时针转动,轨道半径为11a
D.逆时针转动,轨道半径为10a
【解析】选C Be的衰变方程为 Be B+ e;第一种情况:如果轨道①为 B的运动轨迹,
。10 10 0 10
4 4 -1 5
mv p
则轨道②为 0e的运动轨迹,由带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式 R= = 可知,
-1 qB qB
p =10eBr、p =eBr,由左手定则可知 e顺时针转
B e 0
-1
动 B逆时针转动,则在衰变位置 e的动量方向和 B的动量方向相同,由动量守恒定律可知,
、10 0 10
5 -1 5
衰变前 Be的动量为p =11eBr,而r=4a,所以 Be的轨道半径为r =11a,沿逆时针方向转动。
10 Be 10 Be
4 4
第二种情况:同理,如果轨道②为 B的运动轨迹,则 Be的轨道半径为r '=7a,沿逆时针方向转
10 10 Be
5 4
动,故选C。【情境创新练】
12. (6分)(多选)锝-99m(Tc-99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状
腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的
钼-99(Mo-99)衰变成锝-99m,其过程为: Mo→ Tc+X+ ( 为不带电荷且质量非常小或近乎零的反
99 99m ν ν
42 43
微中子),接着将锝-99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其
过程为 Tc Tc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述
:99m
43
正确的是 ( )
A. TC和 TC两者具有相同的化学性质
99m 99
43 43
B.Mo-99衰变成Tc-99m过程中产生的X是电子
C.Tc-99m衰变半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
【解析】选A、B Tc和 Tc两者为同位素。因此其化学性质相同,故A正确;由衰变方程
。99m 99 99
43 43 42
Mo +X+ ,根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒,可知其衰变产物X是电子,故B
ν
正确;Tc-99m衰变半衰期越长,则其衰变产生的γ射线就越微弱,因此医学检测分析效果越不明显,故C错误;该衰变为β衰变,而β衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子,并伴随有能
量的产生,即γ射线的产生,因此γ射线为原子核内部所产生的,故D错误。
