2023届高考物理一轮练习-近代物理原子核衰变（含答案）

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1、近代物理原子核衰变一、单选题1. 家庭装修中不合格的瓷砖、洁具会释放出氡86222Rn，氡86222Rn具有放射性，是白血病的重要诱因之一。氡86222Rn衰变为钋84218Po，半衰期为3.8天，则A. 在高温天气里，氡86222Rn的半衰期会缩短B. 氡86222Rn衰变放出的射线有很强的穿透能力C. 氡86222Rn发生一次衰变会减少4个中子D. 在密闭空间中，大量的氡86222Rn经过15.2天会减少15/162. 下列说法正确的是A. 在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应B. 铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化C. 比结合能越小

2、，原子核结合得越牢固，原子核越稳定D. 轻核聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量3. 在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是( )A. 发生衰变后产生的粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙B. 新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY=2Z-2RC. 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I=Bq22mD. 若衰变过程中释放的核能都转化为粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为4. 铀铅测年法是放射测年法中最早使用，

3、并且准确度很高的一种测年方式。它依赖两个独立的衰变链，即半衰期44.7亿年的92238U至82206Pb的衰变和半衰期7.04亿年的92235U至82207Pb的衰变。下列说法正确的是A. 92235U衰变成82207Pb，需要经历7次衰变和6次衰变B. 92238U衰变成82206Pb的过程中，只会放射出射线和射线C. 82207Pb和92235U相比较，92235U的比结合能更大D. 一块含铀的矿石，其中92235U的质量为m，经过14.08亿年，这块矿石中92235U的质量为0.25m5. 某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q，其方程为：，并假设释放的能量全部转化为新核Y和Z的动能，测

4、得其中Z的速度为v，以下结论正确的是A. Y原子核的速度大小为ECvB. Y原子核的动能是Z原子核的动能的DF倍C. Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大Qc12(c1为光速)D. Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能6. 铀92238U衰变成86222Rn，氡核86222Rn不稳定，会进一步衰变成84218Po，其半衰期为3.8天，下列说法正确的是()A. 铀92238U衰变成86222Rn要经历4次衰变和3次衰变B. 4个氡核86222Rn经过3.8天后还剩下2个C. 84218Po的比结合能大于92238U的比结合能D. 通过升高温度，可以缩短氡核的半衰期7. 以下说法正确的是

5、()A. 放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，但与外部条件有关B. 某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变C. 根据波尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能最较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小D. 用一光电管进行光电效应实验时，当用某一频率的光入射，有光电流产生，若保持入射光的总能量不变而不断减小入射光的频率，则始终有光电流产生8. 目前我国月球探测任务实现了“五战五捷”，已完成探月工程“绕、落、回”三步走战略中的前两步。预计2020年年底之前发射“嫦娥

6、五号”，实现月球区域软着陆及采样返回。玉兔号月球车是采用核能来提供能量的，它的核能电池系统主要包括两个组成部分：一个装填钚94238Pu二氧化物的热源和一组固体热电偶，使钚238产生的热能转化为电能，这一系统设计使用寿命为14年。钚238的半衰期为88年，原来静止的一个钚238衰变时放出粒子和光子，生成原子核X。已知钚238、粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是()A. X的中子数为234B. 钚238放在高压容器内，其半衰期可能变为90年C. 该核反应中的质量亏损为m2+m3-m1D. 光子的波长大于hm1-m2-m3c二、多选题9. 下列

7、说法正确的是()A. 氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能B. 氪90(3690Kr)经过一系列衰变成为稳定的锆90(4090Zr)要经过1次衰变和4次衰变C. 射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后形成的电子流D. 放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间10. 下列说法中正确的是()A. 卢瑟福通过对天然放射现象的研究，提出原子的核式结构学说B. 氡222的衰变方程是，已知其半衰期约为3.8天，则约经过15.2天，16克氡222衰变后还剩1克氡C. 已知中子、质子和氘核的质量分别为和，则氘核的比结合能为表示真空中的光速)D. 对于某种金属

8、，超过其极限频率的入射光强度越弱，所逸出的光电子的最大初动能越小11. 放射性元素氡(86222Rn)的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核(84218Po)，设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1，m2，m3下列说法正确的是( )A. 该过程的核反应方程是86222Rn84218Po+24HeB. 发生一次核反应释放的核能为(m2+m3-m1)c2C. 1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.5gD. 钋核的比结合能比氡核的比结合能大12. 关于原子结构和核反应的说法中正确的是()A. 卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B. 发现中子的核反应方程是49Be+24He61

9、2C+01nC. 200万个92238U的原子核经过两个半衰期后剩下50万个92238UD. 据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量13. 能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有：A. 是核聚变反应B. 13H+12H24He+01n是衰变C. 92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n是核裂变反应D. 92235U+01n54140Xe+3894Sr+201n是衰变14. 在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变，放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示

10、粒子的质量和电荷量，M表示新核的质量，放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核Y的动能，则()A. 新核Y和粒子的半径之比RRY=Z-22B. 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小qB2mC. 新核的运动周期T=2M(Z-q)BD. 衰变过程的质量亏损为m=(M+m)(qRB)22mMc2答案和解析1.【答案】D【解析】【试题解析】【分析】根据衰变过程的质量数变化和质子数变化判断衰变过程释放的粒子，根据半衰期公式判断衰变所需的时间；本题考查了半衰期的定义以及有关半衰期运算，理解其含义，同时理解有关半衰期公式中各个物理量的含义。【解答】氡8

11、6222Rn衰变为钋84218Po的衰变方程为86222Rn84218Po+24He，释放出来的粒子是粒子，粒子电离能力较强，穿透能力较弱，氡86222Rn发生一次衰变会减少2个中子，放射性元素的半衰期与原子核所处的物理环境和化学状态无关，由原子核内部因素决定，半衰期为3.8天，经过15.2天经过了4个半衰期，减少的氡86222Rn为1-124=1516，故D正确，ABC错误。2.【答案】A【解析】解：A、在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应，故A正确；B、半衰期的大小与温度无关，由原子核内部因素决定，故B错误；C、比结合能大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定

12、，故C错误；D、轻核聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量，故D错误；故选：A。当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应；铀元素的半衰期不随温度的变化而变化；比结合能越大的原子核，原子核越稳定；轻核聚变后，比结合能增加，反应中释放能量；本题考查了铀核衰变和裂变以及原子核的结合能，理解比结合能越大的原子核越稳定。3.【答案】A【解析】【试题解析】【分析】核反应过程质量数与核电荷数守恒，反应后核子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，应用牛顿第二定律求出粒子轨道半径，应用爱因斯坦质能方程分析答题。本题是原子核内容与磁场的综合，首先是衰变问题，质量数与电荷数守恒；再就是衰变前后动量守

13、恒，衰变后做匀速圆周运动，由牛顿第二定律就能求出半径之比。【解答】解：A、由动量守恒可知衰变后产生的粒子与新核Y运动方向相反，所以在磁场中运动的轨迹圆外切，根据qvB=mv2R可得：R=mvqB，可知粒子半径大，由左手可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，故A错误，符合题意；B、由R=mvqB可知RYR=2Z-2，新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY=2Z-2R，故B正确，不符合题意；C、圆周运动的周期为T=2mqB，环形电流为I=qT=Bq22m，故C正确，不符合题意；D、对粒子由洛伦磁力提供向心力qvB=mv2R可得：v=qBRm，由质量关系可知衰变后新核Y质量为M=A-44m，由衰变过程中

14、动量守恒可得Mv-mv=0可知v=mvM，系统增加的能量为E=12Mv2+12mv2，由质能方程可得E=mc2，联立解得衰变过程中的质量亏损为m=(BqR)22m(A-4)c2，故D正确，不符合题意。故选A。4.【答案】D【解析】【分析】AB、根据核反应过程质量数、电荷数守恒和衰变和衰变的特点分析发生衰变的次数；C、比结合能越大原子核越稳定；D、根据半衰期公式m剩=(12)tTm求解质量；【解答】A、根据质量数和电荷数守恒可知，92235U衰变成82207Pb，衰变一次质量数减少4个，衰变次数n=235-2074=7衰变的次数为n=72+82-92=4，因此要经过7次衰变和4次衰变，故A错误；

15、B、92238U衰变成82206Pb的过程中，除了会放射出射线和射线之外，还会伴有射线放出，故B项错误；C、82207Pb和92235U，相比较，82207Pb更稳定，所以82207Pb的比结合能更大，故C项错误；D、根据半衰期公式m剩=(12)tTm可知，经过时间14.08亿年，这块矿石中还有92235U的质量为0.25m，故D项正确。故选D。5.【答案】D【解析】【分析】在衰变过程中，遵守动量守恒，根据动量守恒定律和动量与动能的关系，列式求解Y的动量、速度和动能。衰变过程类比于爆炸，满足动量守恒和能量守恒，同时注意动量与动能的关系式Ek=p22m。【解答】A.静止的原子核发生衰变的过程中动

16、量守恒，设Y的速度为v，以Y的方向为正方向，则：Fv-Dv=0所以：v=-FvD，即大小为FvD，负号表示方向与Z的方向相反。故A错误；B.动能：Ek=12mv2所以Y原子核的动能是Z原子核的动能关系：EYEZ=Dv2FV2=FDD2v2F2V2=FD，故B错误；C.由于该反应的过程中释放能量，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小。故C错误；D.由于该反应的过程中释放能量，所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能。故D正确。故选D。6.【答案】C【解析】【分析】粒子发生一次衰变质量数减4，电荷数减少2，发生一次衰变，质量数不变，电荷数增加1，据此计算；衰变是发生在原子核内部的，与

17、外界因素无关，衰变过后，原子核更稳定，比结合能也越大【解答】A、铀92238U衰变成86222Rn要经历4次衰变和2次衰变，A错误；B、半衰期是大量原子的统计规律，4个氡核的衰变情况存在偶然性，B错误；C、该衰变过程是自发进行的，原子核变得更加稳定，比结合能增大，C正确；D、半衰期与温度无关，D错误。故选C。7.【答案】B【解析】【分析】根据光电效应发生条件，可知，光电子的最大初动能与入射频率有关，与入射的强度无关；氢原子从高能级到低能级辐射光子，放出能量，能量不连续，轨道也不连续，由较高能级跃迁到较低能级时，电子的动能增大，电势能减小；外界环境的变化不会影响半衰期，从而即可求解。光电效应中最

18、大初动能与入射频率有关，掌握氢原子跃迁能量是不连续的，轨道是不连续的，辐射光子后，动能增大，电势能减小，相反吸收光子后，动能减小，电势能增加，知道半衰期由原子核自身性质决定。【解答】A.放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，而与外部条件也无关，故A错误；B.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，故B正确；C.能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C错误；D.如果入射光的频率小于极限频率将不会发生

19、光电效应，不会有光电流产生，故D错误；故选B。8.【答案】D【解析】【分析】本题主要考查衰变，半衰期，解决本题的关键在于衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒，元素的半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处化学状态和外部条件无关；衰变过程中会发生质量亏损。【解答】A.由质量数守恒和电荷数守恒知X的质子数为92，质量数为234，则中子数为234-92=142，选项A错误;B.元素的半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处化学状态和外部条件无关，选项 B错误;C.核反应中的质量亏损为m1-m2-m3，选项C错误；D.钚238衰变时动量守恒和能量守恒，总动量为零，衰变后射线动能不为零，因此释放的核能只有一

20、部分以光子的形式辐射出去，hh(m1-m2-m3)c，选项D正确。故选D。9.【答案】AD【解析】【分析】结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量。分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能。根据电荷数守恒可得核反应的对错；衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放一个电子，半衰期由原子核本身决定知道衰变的实质和半衰期的特点，注意衰变和衰变的区别【解答】A.氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能，故A正确。B.氪903690Kr经过一系列衰变成为稳定的锆90(4090Zr)要经过4次衰变，故B错误；C、衰变中产生的射线实际上是原子核内的

21、中子转化为质子同时释放一个电子，故C错误；D、半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间，故D正确；故选AD。10.【答案】BC【解析】【分析】根据爱因斯坦光电效应方程可知发生光电效应时所逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关；已知半衰期，由m剩=m原12tT即可求解剩余的质量；核反应的过程中释放的能量：E=mc2，然后由比结合能的含义即可求解。【解答】A.卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出原子的核式结构学说，故A错误；B.氡222的衰变方程86222Rn84218Po+24He，已知半衰期为T=3.8天，经过15.2天，16克氡衰变后还剩m=m12tT

22、=161215.23.8=1g，故B正确；C.已知中子、质子和氘核的质量分别为mn、mp、mD,则氘核的结合能为E=mn+mp-mDc2，核子数是2，则氘核的比结合能为E2=mn+mp-mDc22，故C正确；D.对于某种金属，超过其极限频率的入射光能产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知所逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D错误。故选BC。11.【答案】AD【解析】【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出反应方程式；由质量的变化，通过质能方程分析释放的能量；结合能量的变化分析比结合能的大小；核反应遵守的基本规律有动量守恒和能量守恒，正确理解半衰期的意义，熟练应

23、用爱因斯坦的质能方程即可正确解题。【解答】A.根据质量数守恒可知，X的质量数是222-218=4，电荷数是：86-84=2，所以该过程的核反应放出是86222Rn84218Po+24He，故A正确；B.该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以发生一次核反应释放的核能为E=m1-m2-m3c2，故B错误；C.1g氡经2T时间，发生了两次衰变，剩余氡原子的质量为：m=m0(12)2=14m0=0.25g，故C错误；D.该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D正确；故选AD。12.【答案】AB【解析】【分析】本题考查半衰期，核反应方程，原子的核式结构模型，基

24、础题。在核反应过程中，若有质量亏损，将放出能量，由题图中核子的平均质量可知，原子核D和E聚变成原子核F过程中，有质量亏损，要放出能量。【解答】A.卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，选项A正确；B.发现中子的核反应方程为49Be+24He612C+01n，选项B正确；C.半衰期为统计规律，适用于大量的原子核发生衰变，选项C错误；D.在核反应过程中，若有质量亏损，将放出能量，由题图中核子的平均质量可知，原子核D和E聚变成原子核F过程中，有质量亏损，要放出能量，选项D错误故选AB13.【答案】AC【解析】解：AB、核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，氢原

25、子核聚变为氦原子核，故A正确，B错误；C、核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故C正确；D、衰变放出的是氦原子核，这是裂变反应，故D错误；故选：AC。核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，只有一些质量非常大的原子核才能发生核裂变；核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，只有较轻的原子核才能发生核聚变；不稳定核自发地放出射线而转变为另一种原子核的现象，称为衰变本题考查了重核裂变、轻核聚变和不稳定核的自发衰变14.【答案】AD【解析】【分析】原子核衰变过程中满足动量守恒，衰变后的新核在磁场中做匀速圆周运动，结合洛伦兹力及牛顿第二定律即可得到半径之比及运动周期；由I=qt可求得等效成的环形电流大小，由质能方程可得质量亏损，试题难度一般。【解答】A.衰变过程中满足动量守恒，即p=mv=Mv又由于粒子在磁场中的轨道半径r=mvqB而粒子带两个单位正电荷，因此新核Y和粒子的半径之比RRY=qyq=Z-22A正确；B.粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小I=q2mqB=q2B2mB错误；C.新核的运动周期T=2MqyB=2M(Ze-q)BC错误D.由于R=pqB根据质能方程p22M+p22m=mc2整理得D正确。故选AD。