1、高中物理 -放射性元素的衰變、核能測試題一、選擇題（每小題 5 分，共 30 分）1關于天然放射現象，下列說法正確的是（）A射線是由氦原子核衰變產生B 射線是由原子核外電子電離產生C射線是由原子核外的內層電子躍遷產生D通過化學反應不能改變物質的放射性 2目前，在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有 放射性元素，比如， 有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性情性氣體氡， 而氡及其 衰變產物會放射出 、射線， 這些射線會導致細胞發生癌變及呼吸道等方面的疾病， 根 據有關放射性知識可知，下列說法正確的是（ ）A氡的半衰期為 3.8 天，若取 4個氡原子核，經 7.

2、6 天后就一定剩下一個原子核了 B衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的C 射線一般伴隨著 或 射線產生，在這三種射線中， 射線的穿透能力最強，電離能 力最弱D發生 衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數減少了 4 TOC o 1-5 h z 3一核反應方程：H+ H He+x ，用 c 表示光速，則（）A X 是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘c2B X 是中子，核反應放出的能量等于中子質量乘c2C X 是質子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和，再乘 2cD X 是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子的質量和，再乘4表

3、示放射性元素碘1314表示放射性元素碘131（I）衰變的方程是（ISb+HeIXe+ABInI+CDITe+ H5浙江秦山核電站第 3 期工程兩個60 CDITe+ H5浙江秦山核電站第 3 期工程兩個60 萬千瓦發電機組已并網發電發電站的核能來源于U 的裂變，下面說法正確的是（A U 裂變時釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，所以核子數要減小BU 的一種可能的裂變是變成兩個中等質量的原子核，反應方程式為： U+nBa+Kr +2 nCU 是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45 億年，升高溫度半衰期縮短11D一個U 裂變能放出約 200 MeV 的能量，相當于 3.21011 J6關于放射

4、性元素，下列說法正確的是（）A利用放射性同位素可作為示蹤原子B利用放射性同位素放出的 射線可以進行金屬探傷C放射性元素發生一次 衰變，質子數減少 1D放射性元素的半衰期隨環境溫度的升高而縮短 二、非選擇題（共 70 分） TOC o 1-5 h z 72011年 3月11日， riben發生九級大地震，造成福島核電站的核泄漏事故在泄漏的污 染物中含有 131I 和 137Cs兩種放射性核素， 它們通過一系列衰變產生對人體有危害的輻射在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I 和 137Cs 衰變過程，它們分別是和 （填入正確選項前的字母） 131I 和 137Cs 原子核中的中子數分別是和 A

5、X1Ba+nBX2Xe+eCX3Ba+eDX4 Xe+p TOC o 1-5 h z 8用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現天然放射性同位素只不過40多種，而目前人工制造的同位素已達1 000 多種，每種元素都有放射性同位素放射性同位素在農業、醫療衛生、科研等許多方面得到廣泛應用（1）帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，其原因是A 射線的貫穿作用B射線的電離作用C射線的物理、化學作用D以上 3 個選項都不是（2）如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，若工廠生產的是厚度 1mm 的鋁板，在 、 、 3 種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是射線（3）在我國首

6、先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛 胰島結晶是同一物質為此，曾采用放射性同位素14C 作為9核能具有能量密度大，地區適應性強的優勢在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化1）核反應方程式1）核反應方程式U+nBa+ Kr+aX 是反應堆中發生的許多核反應中的一種，n 為中子， X 為待求粒子， a 為 X 的個數，則 X 為，a=以 mU、mBa、 mKr 分別表 中傳播的速度，則在上述核反應過程中放出的核能 E= 示U 、示U 、Ba、 Kr 核的質量，mn、mp 分別表示中子、質子的質量，c 為光在真空（2）有一座發電能力為 P=1.00106 kW 的核電站，

7、核能轉化為電能的效率=40%假定反應堆中發生的裂變反應全是本題（1）中的核反應，已知每次核反應過程放出的核能E=2.781011 J，U 核的質量 mU=3901027 kg求每年（ 1年=3.15107 s）消耗的U 的質量10用速度為 v0、質量為 m1 的 He 核轟擊質量為 m2 的靜止的N 核，發生核反應，最終產生兩種粒子 A 和 B其中 A 為 O 核，質量為 m3，速度為 v3； B 的質量為 m4（1）寫出核反應方程式；（2）計算粒子 B 的速度 vB；（3）粒子 A 的速度符合什么條件時，粒子 B 的速度方向與 He 核的運動方向相反？ 11太陽內部的核聚變可以釋放出大量的能

8、量，這些能量以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達 P0=3.8 1026 W（1）估算一下太陽每秒鐘損失的質量（2）設太陽上的核反應都是 4 H He+2e+2+28MeV 這種形式的反應（ 是中微子， 其質量遠小于電子質量， 是穿透能力極強的中性粒子） ，地日距離 L=1.5 1011 m，試估算每 秒鐘太陽垂直照射在地球表面上每平方米有多少中微子到達12已知氘核質量為 2.013 6u，中子質量為 1.008 7u，He 的質量為 3.015 0u （1）寫出兩個氘核聚變成He 的核反應方程；（2）計算上述核反應中釋放的核能；（3）若兩氘核以相等的動能 0.35MeV 做對心碰撞

9、即可發生上述核反應， 且釋放的核能全部 轉化為機械能，則反應中生成的 He 和中子的動能各是多少？參考答案與試題解析一、選擇題（每小題 5 分，共 30 分）1關于天然放射現象，下列說法正確的是（）A射線是由氦原子核衰變產生B 射線是由原子核外電子電離產生C射線是由原子核外的內層電子躍遷產生D通過化學反應不能改變物質的放射性【考點】 天然放射現象【分析】 本題考查三種射線的來源： 射線是具有放射性的元素的原子核在發生衰變時兩個 中子和兩個質子結合在一起而從原子核中釋放出來 射線是具有放射性的元素的原子核中 的一個中子轉化成一個質子同時釋放出一個高速電子即 粒子 射線是原子核在發生 衰 變和 衰

10、變時產生的能量以 光子的形式釋放放射性元素的放射性是原子核自身決定的【解答】 解： A 、射線是具有放射性的元素的原子核在發生衰變時兩個中子和兩個質子結 合在一起而從原子核中釋放出來故 A 錯誤B、射線是具有放射性的元素的原子核中的一個中子轉化成一個質子同時釋放出一個高速 電子即 粒子故 B 錯誤C、射線是原子核在發生 衰變和 衰變時產生的能量以 光子的形式釋放故 C 錯誤D、放射性元素的放射性是原子核自身決定的，而化學反應不能改變原子的原子核，故化學 反應并不能改變物質的放射性故 D 正確故選 D 2目前，在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有 放射性元素，比

11、如， 有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性情性氣體氡， 而氡及其 衰變產物會放射出 、射線， 這些射線會導致細胞發生癌變及呼吸道等方面的疾病， 根 據有關放射性知識可知，下列說法正確的是（ ）A氡的半衰期為 3.8 天，若取 4個氡原子核，經 7.6 天后就一定剩下一個原子核了 B衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的C 射線一般伴隨著 或 射線產生，在這三種射線中， 射線的穿透能力最強，電離能 力最弱D發生 衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數減少了4【考點】 原子核衰變及半衰期、衰變速度【分析】 半衰期具有統計意義， 對大量的原子核適用衰變時釋放的電子來自原子核

12、 根據 電荷數守恒、質量數守恒，判斷電荷數、質量數的變化，從而得出中子數的變化【解答】 解： A 、半衰期具有統計意義，對大量的原子核適用故A 錯誤B、衰變所釋放的電子來自原子核，是原子核中的一個中子轉變為一個電子和一個質子， 電子釋放出來故 B 正確C、射線一般伴隨著 或 射線產生，在這三種射線中， 射線的穿透能力最強，電離能 力最弱故 C 正確D、發生 衰變時，電荷數少 2，質量數少 4，則中子數少 2故 D 錯誤故選： BC3一核反應方程：3一核反應方程：H+ H He+x ，用 c 表示光速，則（A X 是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘c2B X 是中子，核反應放出的能量等于中子

13、質量乘c2CX 是質子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和，再乘D X 是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子的質量和，再乘c2【考點】 愛因斯坦質能方程【分析】 根據電荷數守恒、 質量數守恒確定未知粒子為何種粒子， 根據愛因斯坦質能方程求 出釋放的能量【解答】 解：根據電荷數守恒、質量數守恒，知 X 的電荷數為 0，質量數為 1，為中子根 據 E= mc2 知，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子的質量和，再乘 c2故 D 正確， A、B、C 錯誤故選 D 4表示放射性元素碘ISb+HeIXe+131AB4表示放射性元素碘ISb

14、+HeIXe+131ABInI+CDITe+ HI）衰變的方程是（【考點】 原子核衰變及半衰期、衰變速度【分析】本題很簡單， 要知道 衰變是原子核內的中子轉化為質子， 并產生一個電子的過程， 即發生 衰變時衰變前后質量數不變，電荷數增加【解答】 解： 衰變是原子核內的中子轉化為質子同時放出電子個過程A 、該衰變是 衰變，故 A 錯誤；B 、該衰變放出的是 粒子，屬于 衰變，故 B 正確；C、產生是中子，故 C 錯誤；D、產生的是質子，故 D 錯誤故選： B5浙江秦山核電站第 3 期工程兩個 60 萬千瓦發電機組已并網發電發電站的核能來源于U 的裂變，下面說法正確的是（ ）AU 裂變時釋放出大量

15、能量，產生明顯的質量虧損，所以核子數要減小BU 的一種可能的裂變是變成兩個中等質量的原子核，反應方程式為：U+nBa+ Kr +2nCU 是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為 45 億年，升高溫度半衰期縮短11D一個U 裂變能放出約 200 MeV 的能量，相當于 3.21011 J【考點】 原子核衰變及半衰期、衰變速度；愛因斯坦質能方程【分析】 根據愛因斯坦質能方程，發生核反應過程中發生質量虧損，放出大量的能量， 但核 反應方程還是會滿足質量數和電荷數守恒； 半衰期與環境溫度無關； 建造核電站時需要特別 注意防止放射線和放射性物質的泄漏， 以避免射線對人體的傷害和放射性物質對環境造成放 射

16、性污染【解答】 解：A、U 裂變時，核子數、質子數守恒，只是重核的核子平均質量大于中等質量的核子平均質量，產生質量虧損，但核子的數目不變，故 A 錯誤B、可能的反應方程式應為U+ nBa+ Kr+3 n故 B 錯誤；C、U 的半衰期不會隨環境溫度的變化而改變，它是由核內部自身的因素決定的，故 C錯誤；61913 1311D、1 MeV=11061.610 19 J=1.6 10 13 J，200 MeV=200 1.610 13 J=3.2 10 11 J故 D 正確 故選： D6關于放射性元素，下列說法正確的是（）A利用放射性同位素可作為示蹤原子B利用放射性同位素放出的 射線可以進行金屬探傷

17、C放射性元素發生一次 衰變，質子數減少 1D放射性元素的半衰期隨環境溫度的升高而縮短【考點】 原子核衰變及半衰期、衰變速度；天然放射現象【分析】 放射性同位素可作為示蹤原子， 射線的貫穿本領較小，不可以進行金屬探傷，發 生一次 衰變，質子數增加 1，放射性元素的半衰期由原子核本身決定【解答】 解：A 放射性同位素可作為示蹤原子， A 正確；B、 射線貫穿本領弱，不能用于金屬探傷，B 錯誤；C、放射性元素發生一次 衰變，由衰變規律知質子數增加1，C 錯誤；D 、元素的半衰期只由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態或化學狀態無關，D 錯誤， 故選： A 二、非選擇題（共 70 分）72011年

18、 3月11日， riben 發生九級大地震，造成福島核電站的核泄漏事故在泄漏的污 染物中含有 131I 和 137Cs兩種放射性核素， 它們通過一系列衰變產生對人體有危害的輻射 下列四個式子中， 有兩個能分別反映 131I 和 137Cs 衰變過程， 它們分別是 B 和 C 入正確選項前的字母） 131I 和 137Cs 原子核中的中子數分別是78 和 82 AX1Ba+nBX2Xe+CX3Ba+eDX4 Xe+【考點】 裂變反應和聚變反應【分析】 衰變過程是原子核自發的， 滿足質量數與質子數守恒， 而原子核由中子與質子組成 【解答】 解： I 是 53 號元素， 核電荷數是 53， Cs 是

19、 55 號元素， 核電荷數是 55，比較四式 中，只有 B 選項與 C 選項中分別有 53131I 和 55137Cs 兩種放射元素，然而泄漏的污染物在衰 變中有 53131I和 55137Cs兩種放射性元素而 A、 D選項中沒有 53131I和 55137Cs 而中子數等于質量數減去質子數即分別為13153=78 、137 55=82故答案為： B、C； 78、828用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現天然放射性同位素只不過40多種，而目前人工制造的同位素已達1 000 多種，每種元素都有放射性同位素放射性同位素在農業、醫療衛生、科研等許多方面得到廣泛應用（1）帶電的驗電器在放射

20、線照射下電荷會很快消失，其原因是BA 射線的貫穿作用B射線的電離作用C射線的物理、化學作用D以上 3 個選項都不是（2）如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，若工廠生產的是厚度 1mm 的鋁板，在 、 、 3 種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是 射線（3）在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛 胰島結晶是同一物質為此，曾采用放射性同位素14C 作為 示蹤原子 【考點】 原子核衰變及半衰期、衰變速度 【分析】（1）電子吸收光子得到能量克服核的束縛，發生了電離；（2） 射線的穿透本領很小，穿不透鋁板，而射線穿透本領又太強，在厚度變化在毫米

21、級是幾乎不受影響（3）在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛 胰島結晶是同一物質為此，曾采用放射性同位素14C 作為示蹤原子【解答】 解：（ 1）帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，是因為電子吸收光子得到 能量，可以克服核的束縛，發生了電離，即射線的電離作用，故選：B（2） 射線起主要作用因為 射線的穿透本領很小，一張薄紙就能把它擋住； 射線的 穿透本領非常強，能穿透幾厘米的鋁板， 1mm 左右的鋁板厚度發生變化時，透過鋁板的射 線強度變化不大； 射線的穿透本領較強，能穿透幾毫米的鋁板，當鋁板的厚度發生變化 時，透過鋁板的射線強度變化較大， 探測器可明

22、顯地反應出這種變化， 使自動化系統做出相 應的反應（3）在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛 胰島結晶是同一物質為此，曾采用放射性同位素14C 作為示蹤原子故答案為：（ 1） B ；（ 2） ；（ 3）示蹤原子9核能具有能量密度大，地區適應性強的優勢在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化 為電能核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發生裂變反應，釋放出大量核能（1）核反應方程式U+nBa+ Kr+aX 是反應堆中發生的許多核反應中的一種，n 為中子， X 為待求粒子， a 為 X 的個數，則 X 為 n ， a= 3 以 mU、 mBa、 mKr 第7頁（共

23、10頁）分別表示U核的質量， m分別表示U核的質量， mn、mp分別表示中子、質子的質量， c 為光E= (E= (mU mBamKr2mn)c2（2）有一座發電能力為 P=1.00106 kW 的核電站，核能轉化為電能的效率=40%假定反應堆中發生的裂變反應全是本題（ 1）中的核反應，已知每次核反應過程放出的核能 11277E=2.781011 J，U 核的質量 mU=3901027 kg求每年( 1年=3.15107 s)消耗的U 的質量【考點】 愛因斯坦質能方程；裂變反應和聚變反應a 的數值根【分析】（1a 的數值根2）根據能量守恒定律求解每年消耗的2）根據能量守恒定律求解每年消耗的U

24、的質量【解答】 解：（ 1）根據電荷數守恒和質量數守恒可判斷，X 為中子（n），且 a=3，根據愛因斯坦質能方程 E= mc2，有 E=（mUmBamKr2mn） c2 （2）反應堆每年提供的核能 E= （其中 T 表示一年的時間） ，以M 以M 表示每年消耗的n 的質量，則 M：mU=E： E解得 M=代入數據得 M=1.10 代入數據得 M=1.10 103kg故答案為：（ 1） n，3，（mUmBamKr2mn）c2，（2）1.10103 kg10用速度為 v0、質量為 m1 的 He 核轟擊質量為 m2 的靜止的N 核，發生核反應，最終產生兩種粒子 A 和 B其中 A 為 O 核，質量

25、為 m3，速度為 v3； B 的質量為 m41）寫出核反應方程式；2）計算粒子 B 的速度 vB；3）粒子 A 的速度符合什么條件時，粒子 B 的速度方向與 He 核的運動方向相反？ 考點】 動量守恒定律；裂變反應和聚變反應分析】（1）根據質量數與核電荷數守恒寫出核反應方程式 2）核反應過程系統動量守恒，應用動量守恒定律可以求出粒子的速度3）根據動量守恒定律與題意分析粒子A 的初速度需要滿足的條件解答】 解：（ 1）根據質量數與核電荷數守恒可知，核反應方程式為：He+NHe+N2）核反應過程系統動量守恒，以2）核反應過程系統動量守恒，以He 核的初速度方向為正方向，由動量守恒定律定律得： m1

26、v0=m3v3+m4vB ， 解得： vB= （3） B 的速度與 He 核的速度方向相反，即： m1v0m3v3答：（2）O+ H 3）粒子 答：（2）O+ H 3）粒子 A 的速度符合條件為 v3時，粒子 B 的速度方向與 He 核的運動方向相反11太陽內部的核聚變可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達 P0=3.8 1026 W（1）估算一下太陽每秒鐘損失的質量（2）設太陽上的核反應都是 4 H He+2e+2+28MeV 這種形式的反應（ 是中微子， 其質量遠小于電子質量， 是穿透能力極強的中性粒子） ，地日距離 L=1.5 1011 m，試估算每 秒鐘太陽垂直照射在地球表面上每平方米有多少中微子到達【考點】 愛因斯坦質能方程 【分析】（1）根據質能方程求出釋放能量損失的質量，即可求解； （2）根據釋放的能量，即可計算出核反應的次數，然后結合地球軌道所在處的球面積，即 可求解【解答】 解：（1）太陽每秒鐘放出的能量： E=Pt=3.8 1026 J，由質能方程 E= mc2可得： m=96 kg=4.2 109 kg=4.2 106 t（2）每秒鐘聚變