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阶段测试7 原子核(一)
一、选择题(此题共6小题，每题7分，共42分．在每题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～6题有多项符合题目要求，全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分．)
1．如下图，x为未知的放射源，L为薄铝片，计数器对α粒子、β粒子、γ光子均能计数．假设在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，那么x可能是( )
A．α、β和γ的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的放射源
D．纯γ放射源
【答案】C
【解析】在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的放射源．
2．(2022年武汉模拟)核反响方程N＋H→C＋X＋ΔE中，N的质量为m1，H的质量为m2，C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c，那么以下判断正确的选项是( )
A．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
D．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
【答案】B
【解析】根据核反响方程中质量数和电荷数守恒，有X的质量数m＝15＋1－12＝4，核电荷数z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核He，该反响过程中质量亏损为Δm＝(m1＋m2－m3－m4)，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2.故A、C、D错误，B正确．
3．(2022年池州期末)有关核反响方程，以下说法正确的选项是( )
A．U→Th＋He属于α衰变
B．N＋He→O＋H是β衰变
C．核反响方程Po→X＋He中的y＝206，X的中子个数为128
D．铀核裂变的核反响为U→Ba＋Kr＋5n
【答案】A
【解析】A反响方程放出的是α粒子，这是α衰变；B是人工核反响方程，不是β衰变；C中根据质量数守恒与电荷数守恒可知y＝210－4＝206，故X的中子个数为206－82＝124；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核的过程，所以裂变方程中裂变的核反响可能为U＋n→Ba＋Kr＋6n，故D错误．
4．氢有三种同位素，分别是氕H，氘H，氚H，那么( )
A．它们的质子数相等
B．它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的中子数相等
【答案】AB
【解析】氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数不相同，所以此题A、B选项正确．
5．原子核A发生α衰变后变为原子核X，原子核B发生β衰变后变为原子核Y，原子核A和原子核B的中子数相同，那么两个生成核X和Y的中子数以及a、b、c、d的关系可能是( )
A．X的中子数比Y少1
B．X的中子数比Y少3
C．如果a－d＝2，那么b－c＝3
D．如果a－d＝2，那么b－c＝1
【答案】AC
【解析】原子核发生一次α衰变后，质子数和中子数均减小2，所以原子核A的中子数为(a－b＋2)；原子核发生一次β衰变后，质子数增加1而中子数减小1，质量数不变，所以原子核B的中子数为(d－c＋1)，根据题意有a－b＋2＝d－c＋1，整理得a－d＋1＝b－c，如果a－d＝2，那么b－c＝3，选项C正确．X的中子数(a－b)比Y的中子数(d－c)少1，选项A也正确．
6．当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )
A．含有的质子数较裂变前重核的质子数减少
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
【答案】BD
【解析】由于在裂变反响中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故A错、B对．反响前后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子的能量，在裂变反响中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故C错、D对．
二、非选择题(此题共6小题，共58分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
7．(5分)地震和海啸引发核电站放射性物质泄漏，其中放射性物质碘131的衰变方程为53I―→54Xe＋Y.根据有关放射性知识，以下说法错误的选项是________．
A．Y粒子为β粒子
B．假设53I的半衰期大约是8天，假设取4个碘原子核，经16天就可能剩下1个碘原子核了
C．生成的54Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D．53I中有53个质子和131个中子
E.53I的质量与54Xe和Y粒子的质量之和不相等
【答案】BCD
【解析】53I→54Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故A正确．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的，故B错误．生成的54Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故C错误.53I中有53个质子，131表示质量数，所以有78个中子，故D错误．根据质量亏损及质能方程，即可知：53I的质量与54Xe和Y粒子的质量之和不相等，故E正确．
8．(5分)关于天然放射性，以下说法正确的选项是________．
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．α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强
E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
【答案】BCD
【解析】有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确；一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β和γ三种射线，故E错误．
9．(5分)以下关于核反响及衰变的表述正确的有________．
A．H＋H―→He＋n是轻核聚变
B．X＋N―→O＋H中，X表示He
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D．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
E．衰变成 要经过6次α衰变和4次β衰变
【答案】ACE
【解析】轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反响称聚变反响，故A正确；根据质量数和电荷数守恒得X＋7N→8O＋H中，X表示He，故B错误；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，故C正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D错误；Th衰变成82Pb时，质量数减小24，而质子数减小8，对于β衰变质量数不变，质子数在增加1，因此经过＝6次α衰变，而α衰变质量数减小4，质子数减小2，所以要经过4次β衰变．故E正确．
10．(14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的核反响，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的H发生核反响，产生中子(n)和正电子( 0＋1e)，即：中微子＋H→n＋ 0＋1e.
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)上述核反响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1e＋1e→2γ.
正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反响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 (2)8.2×10－14 遵循动量守恒
【解析】(1)根据核反响过程质量数和电荷数守恒可得
中微子的质量数为(1＋0)－1＝0，
电荷数为(0＋1)－1＝0，应选A．
(2)质量亏损Δm＝2me＝2×9.1×10－31 kg，
该反响产生的能量ΔE＝Δmc2＝2×9.1×10－31×(3×108)2 J＝1.64×10－13 J，
每个光子的能量E＝ΔE＝8.2×10－14 J.
由于正电子与电子相遇形成几乎静止的整体，转变成两个光子的过程满足动量守恒，所以不可能只转变为一个光子．
11．(14分)一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次．将它注射到一个病人的血液中，经过15 h，从病人身上取出10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次．这种同位素的半衰期是5 h．试根据上述数据，计算人体血液的总体积．
【答案】3 750 cm3
【解析】根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数
N0＝6 000×60×5×2＝3 600 000，
15 h以后，剩余的原子核数为
N1＝N0＝3 600 000×＝450 000.
刚抽出血样时10 cm3血液中原子核的总数为
n＝2×60×5×2＝1 200.
人体内所有血液的总体积为
V＝×10 cm3＝×10 cm3＝3 750 cm3.
12．(15分)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究说明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反响生成的．
(1)把氢核聚变简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子( 0＋1e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反响的方程，并计算一次反响释放的能量．
(2)研究说明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(P＝1×1037 J/s)，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反响，试估算银河系中氦的含量．(最后结果保存一位有效数字)
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断．
(可能用到的数据：银河系的质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子νe质量为零)
【解析】(1)4H→He＋2 0＋1e＋2νe，
Δm＝4mp－mα－2me，
ΔE＝Δmc2＝4.12×10－12 J.
(2)m＝＝6.1×1039 kg，
氦的含量k＝×100%＝×100%≈2%.
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．
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