1、选修 3-5 第三章 原子核 基础训练第 1 节 原子核的组成与核力1某种元素的原子核用 X 表示，下列说法正确的是( )AZA原子核的质子数为 Z，中子数为 A B原子核的质子数为 Z，中子数为 AZC原子核的质子数为 A，中子数为 Z D原子核的质子数为 AZ，中子数为 Z2关于核力的说法正确的是( )A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用 B核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在 21015 m 左右 D核力与电荷有关3下列说法正确的是( )A质子和中子的质量不等，但质量数相等B质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数
2、可以不同D中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和4完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的。(1) B He N( ) (2) Be( ) C n105 42 137 94 126 10(3) Al( ) Mg H (4) N He O( ) (5) U Th( )2713 2712 1 147 42 178 23892 23490(6) Na( ) Na H (7) Al He n( )； P Si( )2311 2411 1 2713 42 10 3015 30145已知镭的原子序数是 88，原子核质量数是 226。试问：(1)镭核中有几个
3、质子？几个中子？ (2)镭核所带的电荷量是多少？(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？(4) Ra 是镭的一种同位素，让 Ra 和 Ra 以相同的速度垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，它们2288 22688 2288运动的轨道半径之比是多少？第 2、3 节 放射性 _衰变及应用1一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是( )A总质量数保持不变 B总核子数保持不变 C总能量保持不变 D总动量改变2关于 、 三种射线，下列说法中正确的是( )A 射线是原子核自发发射出的氦核，它的穿透能力最强B 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透力C 射线一般伴随着 或 射线产生，它的穿
4、透力最强D 射线是电磁波，它的穿透力最弱3.(福建高考 )如图，放射性元素镭衰变过程中释放出 、 、 三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是_。( 填选项前的字母)A表示 射线，表示 射线 B表示 射线，表示 射线C表示 射线，表示 射线 D表示 射线，表示 射线4. Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变，变成 Pb(铅)。以下说法正确的是( )23290 20882A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 衰变和 6 次 衰变 D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变5. (江苏高考)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
5、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，22286 21884 22286则约经过_天，16 g 的 Rn 衰变后还剩 1 g。222866(新课标全国卷)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、 和 三种射线中， 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 、 和 三种射线7放射性同位素 C 被考古学家称为 “碳钟” ，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得 1960 年诺贝尔化146学奖
6、。(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成 C， C 不稳定，易发生衰变，放出射线，其146 146半衰期为 5730 年。试写出有关的核反应方程。(2)若测得一古生物遗骸中 C 的含量只有活体中的 12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？1468.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过 40 几种，而今天人工制造的同位素已达 1 000 多种，每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到广泛应用。(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是( )A放射线的贯穿作用 B放射线的电离作用 C放
7、射线的物理、化学作用 D以上三个选项都不是(2)图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度 1 mm 的铝板，在 、 三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是_射线。(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素 14C 作 _。9. 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 332 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
8、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 1 mm 铝片和 3 mm 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，结合图丙分析可知工作人员受到了_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。10放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为( )A放射性同位素不改变其化学性质 B放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多第 4 节原子核的结合能1下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是( )A核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子
9、放出的能量称为结合能B比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大2.下列说法中正确的是( )A爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B由 Emc 2 可知，能量与质量之间存在着正比关系C核反应中发现的“质量亏损 ”是消失的质量转变成为能量D因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒3中子 n、质子 p、氘核 D 的质量分别为 mn、m p、m D。现用光子能量 E 的 射线照射静止氘核使之分解，反应方程为 Dp
10、n。若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )A. (mDm pm n)c2E B. (mpm nm D)c2E12 12C. (mDm p mn)c2E D. (mpm nm D)c2E12 124关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的5. 如果要把 O 分成 8 个质子和 8 个中子，要给它多少能量？要把它分成 4 个 He，要给它多少能量？已168 42知
11、的核子平均结合能是 7.98 MeV， He 的核子平均结合能是 7.07 MeV。168O 42第 5、 6 节 核 _裂 _变 与 聚 变1关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不会减少D所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应2. 我国秦山核电站第三期工程中有两个 60 万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 U 的裂变，现有 4 种说23592法： U 原子核中有 92 个质子，有 143 个中子23592 U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，
12、反应方程式为： U n Xe Sr2 n23592 23592 10 13954 9538 10 U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度，半衰期缩短23592一个 U 裂变能放出 200 MeV 的能量，合 3.21011 J23592以上说法中正确的是( )A B C D3.关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )A镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度4. 铀核 (
13、U)裂变成钡( Ba)和氪( Kr)。已知 U、 Ba、 Kr 以及中子的质量分别是 235.043 9 23592 14156 9236 23592 14156 9236u、140.913 9 u、91.897 3 u 和 1.008 7 u。 (1)试写出铀核裂变反应方程，并计算 1 个 235U 核裂变时放出的核能；(2)我国秦山核电站的装机容量为 3.0105 kW，假如全部 235U 都能够发生这样的裂变，释放核能的 1.2%可转化为电能，试由此估算电站 1 年要消耗多少 U?235925下列说法中正确的是( )A聚变反应从外界吸收能量 B聚变反应向外界放出能量C聚变反应可以无条件地
14、进行 D聚变反应必须使核之间的距离接近 1015 m6. 以下说法正确的是( )A聚变是裂变的逆反应 B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚变必须将反应物加热至数百万摄氏度以上高温，显然是吸收能量 D裂变与聚变均可释放巨大的能量7关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量大C聚变反应中粒子的比结合能变小 D聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加8.下列说法正确的是( )A是裂变，是 衰变，是聚变 B 是聚变，是裂变，是 衰变C是 衰变，是裂变，是聚变 D 是 衰变，是聚变，是裂变9(北京
15、高考)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m 2 和 m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是( c 表示真空中的光速)( )A(m 1m 2m 3)c B(m 1m 2m 3)c C(m 1m 2m 3)c2 D( m1m 2m 3)c210我国自行设计并研制的“人造太阳”托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列，如图 361 所示。该反应所进行的聚变过程是 H H He n，反应原料氘 (21 31 42 10H)富存于海水中，而氚( H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核( Li)的人工核转变得到。21 31 63(
16、1)请把下列用中子轰击锂核( Li)产生一个氚核( H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：63 31_ n_ H。10 31(2)在(1)中，每产生 1 g 氚的同时有多少个 Li 核实现了核转变？( 阿伏加德罗常63数 NA 取 6.01023 mol1 )(3)一个氚核和一个氘核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为 5.61013 J，求该核聚变过程中的质量亏损。本章知识清单一、1.核反应常见核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型：(1)衰变： 衰变： U Th He(核内 2 H2 n He)23892 23490 42 1 10 42 衰变： Th Pa e(核内 n H
17、01 e)23490 23491 0 1 10 1 衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有 粒子或 粒子。(2)人工转变：7N He 8O H(发现质子的核反应) Be He 6C n(发现中子的核反应)14 42 17 1 94 42 12 10人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如 粒子、质子、中子等。(3)裂变：U n Ba Kr3 n23592 10 14156 9236 10裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两
18、个以上中等质量的核，并放出几个中子。(4)聚变：H H He n21 31 42 10聚变特点：反应物为 n 个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核。2核反应方程的书写(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律。(2)核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造。(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子 )的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是
19、哪种元素(或哪种粒子 )，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。3.（1）.根据质量亏损计算核能方法一：用质能方程 Emc 2 计算核能，其中 m 的单位取千克， E 的单位是焦耳。方法二：根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以 931.5 MeV，即 Em931.5 MeV。其中 m 的单位是 u，E 的单位是 MeV。（2） 根据平均结合能计算核能原子核的结合能核子的平均结合能核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收 )的核能。（3
20、） 根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题设条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核反应释放或吸收的能量。（4） 根据阿伏加德罗常数计算核能若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量，要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。4、 （1）.半衰期 T半衰期是指由大量原子组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。（2） 计算公式NN 0( )n 或 mm 0( )
21、n，其中 nt /T。(式中 N、m为衰变后剩余的原子数量和质量，N 0、m 0 为衰变12 12前原子数量和质量，n 为半衰期个数，t 是所用时间)。（3） 决定因素半衰期是指放射性元素的大量原子核半数发生衰变所需要的时间，表示大量原子核衰变的快慢程度。半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度) 或化学状态(如单质、化合物 )无关，放射性仅与原子核有关。第 3 章 原子核章末检测(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 10 小题，每小题 5 分，共 50 分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，
22、全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有选错或不答的得 0 分)1某放射性元素经过 x 次 衰变，y 次 衰变得到新核，与原来的放射性元素原子核相比较( )A质子数减少(2x y )，中子数减少(2xy) B质子数减少(2xy)，中子数减少 2yC质子数减少 2x，中子数减少 2y D质子数减少 2y，中子数减少(2 xy)2锌对人体的新陈代谢起着重要作用，在儿童生长发育时期测量体内含锌量已成为体格检查的重要内容之一。取儿童的头发约 50 mg，放在反应堆中经中子照射后，头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的锌的同位素，其反应方程式为 Zn n Zn。 Zn 衰变放射出能量为 111
23、5 eV 的 射线，通过 射线强度的测定可以计算6430 10 6530 6530出头发中锌的含量。关于以上叙述，下列说法正确的是( )A. Zn 和 Zn 有相同的核子数 B. Zn 和 Zn 有相同的质子数6430 6530 6430 6530C 射线是由锌原子的内层电子激发的 D 射线在真空中传播的速度是 3108 m/s3硼 10 俘获一个 粒子后生成氮 13 放出 x 粒子，而氮 13 是不稳定的，它放出 y 粒子而变成碳 13。那么 x和 y 粒子分别是 ( )A质子和电子 B质子和中子C中子和正电子 D中子和电子4. 关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A. U Th
24、 He 是 衰变 B. N He O H 是 衰变23892 23490 42 147 42 178 1C. H H He n 是轻核聚变 D. Se Kr2 e 是重核裂变21 31 42 10 8234 8236 0 15太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是( )A. H H He n B. 7N He 8O H31 21 42 10 14 42 17 1C. 92U n 54Xe Sr10 n235 10 135 9138 10D. 92U 90Th He238 234 426太阳内部持续不断地发生着 4 个质子( H)聚变为 1 个氦核( He
25、)的热核反应，核反应方程是1 424 H He 2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X 的质量分别为 m1、m 2、m 3，真空中的光速1 42为 c。下列说法中正确的是( )A方程中的 X 表示中子( n)10B方程中的 X 表示电子( 01 e)C这个核反应中质量亏损 m4m 1m 2D这个核反应中释放的核能 E(4 m1m 22m 3)c27如果原子 X 是原子 P 的同位素，而且它们分别发生了如下的衰变：XY Z，P Q R，则下列说法正确的是( ) AX 的质量数和 P 的相同BY 的质子数比 Q 的质子数多CX 的中子数和 P 的相同DZ 和 R 是同位素8在匀强磁场中
26、有一个原来静止的碳 14 原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，两圆的直径之比为 71，所示。则碳 14 的衰变方程为( )A. C e B B. C He Be146 01 145 146 42 104C. C e N D. C H B146 0 1 147 146 21 1259由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图 3 所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为 H。假若使一束质子
27、、反质子、 粒子和反 粒子组成的射线，通过 OO进入匀强磁场1 1B2 而形成图中的 4 条径迹，则( )A1、2 是反粒子径迹 B3、4 为反粒子径迹C2 为反 粒子径迹 D4 为反 粒子径迹10(新课标全国卷)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是( )A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D卢瑟福通过 粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成
28、的，并测出了该粒子的比荷二、填空题(本题共 3 小题，共 20 分。把答案填在题中横线上，或按题目要求作答)11(6 分) 核反应堆中的燃料是_，用石墨、重水等作为 _使裂变时产生的中子速度减小，用镉棒来_以控制核反应的_。答案：铀 235 减速剂 吸收中子 速度12(6 分)2011 年 3 月 11 日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有131I 和 137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映 131I 和 137Cs 衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母) 。 131I 和 137
29、Cs 原子核中的中子数分别是_和_。AX 1 Ba n BX 2 Xe e13756 10 13154 0 1CX 3 Ba e DX 4 Xe p13756 0 1 13154 113(8 分) 完成核反应方程： Th Pa_ ，若 Th 衰变为 Pa 的半衰期是 1.2 min，则 64 23490 23491 23490 23491g Th 经过 6 min 还有_ g 尚未衰变。23490三、简答题(本题共 3 小题，共 30 分。解答应写出必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)14(8 分)(1)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期为 100 年的
30、放射性同位素镍63( Ni)两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍 63( Ni)发生一次 衰变变成铜(Cu)，同时释放电子给铜片，把6328 6328镍 63( Ni)和铜片做电池两极。镍 63( Ni)的衰变方程为_。16 g 镍 63 经过 400 年还有_g 尚未衰6328 6328变。(2)一静止的质量为 M 的镍核 ( Ni)发生 衰变，放出一个速度为 v0，质量为 m 的 粒子和一个反冲铜核，若6328镍核发生衰变时释放的能量全部转化为 粒子和铜核的动能。求此衰变过程中的质量亏损 (亏损的质量在与粒子质量相比时可忽略不计)。15(10 分)(1)放射性物质 Po 和 Co 的核衰变
31、方程分别为： Po 21084 6027 21084PbX 1， Co Ni X2，方程中的 X1 代表的是_ ，X 2 代表的是20682 6027 6028_。(2)如图 4 所示，铅盒内装有能释放 、 和 射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场 E 或磁场 B，在图(a) 、(b) 中分别画出射线运动轨迹的示意图( 在所画轨迹上须标明是 、 和 中的哪种射线)。16(12 分) 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量 mH1.007 3 u，中子质量 mn1.008 7 u，氚核质量 m3.018 0 u(1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
