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2019-2020年高中物理 第十九章 原子核測評A 新人教版選修3-5 一、選擇題(本題共10小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個選項中,至少有一個選項正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分) 1.(xx上海單科)核反應(yīng)方程BeHeC+X中的X表示(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.質(zhì)子 B.電子 C.光子 D.中子 解析:核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為4+9-12=1,根據(jù)該反應(yīng)過程中電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)子數(shù)為4+2-6=0,所以X表示中子,D項正確。 答案:D 2.下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是(　　) A.β衰變現(xiàn)象說明:電子是原子核的組成部分 B.玻爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化 C.放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短 D.比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固 解析:原子核是由質(zhì)子和中子組成,β衰變是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變成為質(zhì)子同時生成電子,即β粒子,故A錯;半衰期由原子核本身決定,與外界環(huán)境因素?zé)o關(guān),C錯;比結(jié)合能越大表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,D錯;玻爾提出的氫原子能級不連續(xù)就是原子能量量子化,B對。 答案:B 3.表示放射性元素碘131I)β衰變的方程是(　　) ASbHe BXee Cn DTeH 解析:β衰變的實質(zhì)是放射出電子e),由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知B正確。 答案:B 4.下列說法正確的是(　　) A.相同頻率的光照射到不同的金屬上,逸出功越大,出射的光電子最大初動能越小 B.釷核Th,衰變成鏷核Pa,放出一個中子,并伴隨著放出γ光子 C.根據(jù)玻爾理論,氫原子輻射出一個光子后能量減小,核外電子運(yùn)動的加速度減小 D.比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢靠,原子核越穩(wěn)定 解析:釷核衰變的核反應(yīng)方程式為ThPae,選項B錯誤;氫原子輻射出一個光子后能量減小,核外電子軌道半徑減小,由a=,核外電子運(yùn)動的加速度增大,選項C錯誤;故只有選項A、D正確。 答案:AD 5.下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說法中,正確的是(　　) A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4 B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量 C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)比原來的原子核的質(zhì)量數(shù)多1 D.單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的 解析:原子核發(fā)生α衰變時,生成的核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯誤;生成的核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量,B錯誤;原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)與原來的原子核的質(zhì)量數(shù)相同,C錯誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān),所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確。 答案:D 6.加拿大薩德伯里中微子觀察站的研究,揭示了中微子失蹤之謎,即觀察到的中微子數(shù)目比理論值少,是因為部分中微子在運(yùn)動過程中(速度很大)轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子。對上述轉(zhuǎn)化過程有以下說法,其中正確的是(　　) A.牛頓運(yùn)動定律依然適用 B.動量守恒定律不再適用 C.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向一致,則τ子的運(yùn)動方向也可能與中微子的運(yùn)動方向一致 D.若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向相反,則τ子的運(yùn)動方向也可能與中微子的運(yùn)動方向相反 解析:牛頓運(yùn)動定律僅僅適用宏觀低速的物體,不適用微觀高速的中微子;動量守恒定律適用任何情況,若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運(yùn)動方向一致,由動量守恒定律可知τ子的運(yùn)動方向也可能與中微子的運(yùn)動方向一致;若μ子和中微子的運(yùn)動方向相反,則τ子的運(yùn)動方向一定與中微子的運(yùn)動方向相同。故C正確。 答案:C 7.U是一種放射性元素,能夠進(jìn)行一系列放射性衰變,如圖所示,可以判斷下列說法錯誤的是(　　) A.圖中a是84,b是206 B.X是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 C.Y是β衰變,放出電子,電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 D.從U衰變成Pb要經(jīng)過6次X衰變,8次Y衰變 解析:由題圖知,X是β衰變,Y是α衰變,可知B項正確,而C項錯誤;Bi進(jìn)行β衰變,可知a=84,進(jìn)行α衰變可知b=206,可見A項正確;由U衰變成Pb,經(jīng)過α衰變的次數(shù)為=8次,β衰變的次數(shù)為82-(92-82)=6次,可見D項正確。 答案:C 8.靜止在勻強(qiáng)磁場中的某放射性元素的核,放出的一個α粒子和反沖核軌道半徑之比R∶r=30∶1,如圖所示,則(　　) A.α粒子與反沖核的動量大小相等,方向相反 B.反沖核的原子序數(shù)為62 C.原來放射性元素的原子序數(shù)為62 D.反沖核與α粒子的速度之比為1∶62 解析:由動量守恒得Mv+mv=0,其中Mv為反沖核動量,mv為α粒子的動量,Q為原來放射性元素的原子核電荷數(shù),則反沖核的電荷數(shù)為Q-2,α粒子電荷數(shù)為2。反沖核的軌道半徑r=,α粒子的軌道半徑R=;綜合以上公式可得Q=62。 答案:AC 9.原來靜止的原子核X,質(zhì)量為m1,處在區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)磁場中,經(jīng)α衰變成質(zhì)量為m2的原子核Y,α粒子的質(zhì)量為m3,已測得α粒子的速率垂直于磁場B,且動能為E0。假定原子核X衰變時釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動能,則下列四個結(jié)論中,正確的是(　　) A.核Y與α粒子在磁場中運(yùn)動的周期之比為 B.核Y與α粒子在磁場中運(yùn)動的半徑之比為 C.此衰變過程中的質(zhì)量虧損為m1-m2-m3 D.此衰變過程中釋放的核能為 解析:原子核發(fā)生α衰變時核子質(zhì)量數(shù)減小4而核電荷數(shù)減小2,由題意知X核原先靜止,則衰變后α粒子和反沖核Y的動量大小相等,由R=知RY∶Rα=qα∶qY=2∶(Z-2),故B項正確;而周期之比由T=知TY∶Tα=,故A項錯誤;該過程質(zhì)量虧損Δm=m1-(m2+m3),故C項正確;由Ek=知,Y核的動能EkY=,則釋放的核能ΔE=ΔEkα+EkY=,故D項正確。 答案:BCD 10.(xx課標(biāo)全國Ⅰ)關(guān)于天然放射性,下列說法正確的是(　　) A.所有元素都可能發(fā)生衰變 B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān) C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性 D.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng) E.一個原子核在一次衰變中可同時放出α、β和γ三種射線 解析:只有放射性元素才能發(fā)生衰變,A項錯誤;半衰期由原子核的內(nèi)部自身的因素決定,與原子核所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān),B、C兩項正確;γ射線的穿透力最強(qiáng),D項正確;原子核衰變時,不能同時放出α、β射線,E項錯誤。 答案:BCD 二、填空題(本題共2小題,共16分。把答案填在題中的橫線上) 11.(8分)放射性元素Po衰變?yōu)镻b,此衰變過程的核反應(yīng)方程是　　　　　　　;用此衰變過程中發(fā)出的射線轟擊F,可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子,此核反應(yīng)過程的方程是　。 解析:根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律,可以求出新生射線為He,另一粒子為H。方程式中一定要使用箭頭,不能用等號。 答案PoPbHeHeNeH 12.(8分)碘131核不穩(wěn)定,會發(fā)生β衰變,其半衰期為8天。 經(jīng)過　　　　天有75%的碘131核發(fā)生了衰變。 解析:根據(jù)m=m0(得0.25m0=m0(,解得t=16天。 答案:16 三、解答題(本題共3小題,共44分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,有數(shù)值計算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 13.(14分)用動能為E1=0.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li,生成了兩個α粒子(已知質(zhì)子、α粒子、鋰核的質(zhì)量分別為mp=1.007 3 u,mα=4.001 5 u,mLi=7.016 0 u)。 (1)寫出該核反應(yīng)方程; (2)試計算生成的兩個α粒子的動能之和。 解析:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有 LiH→He。 (2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損 Δm=mLi+mp-2mα=7.016 0 u+1.007 3 u-24.001 5 u=0.020 3 u 由質(zhì)能方程可得核反應(yīng)釋放出的能量為 ΔE=Δmc2=0.020 3931.5 MeV≈18.9 MeV 又由能量守恒定律,得生成的兩個α粒子的動能之和為E=E1+ΔE=0.6 MeV+18.9 MeV=19.5 MeV。 答案:(1LiH→He　(2)19.5 MeV 14.(14分)海水中含有豐富的氘,完全可充當(dāng)未來的主要能源。兩個氘核的核反應(yīng)為Hen,其中氘核的質(zhì)量為2.013 u,氦核的質(zhì)量為3.015 0 u,中子的質(zhì)量為1.008 7 u。(1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)求: (1)核反應(yīng)中釋放的核能。 (2)在兩個氘核以相等的動能0.35 MeV進(jìn)行對心碰撞,并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下,求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能。 解析:(1)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=2mH-mHe-mn,由ΔE=Δmc2可知釋放的核能: ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV。 (2)把兩個氘核作為一個系統(tǒng),碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒,由于碰撞前兩氘核的動能相等,其動量等大反向,因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量為零,即mHevHe+mnvn=0;反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒,即mHemn=ΔE+ΔEkH,又因為mHe∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3,由以上各式代入已知數(shù)據(jù)得EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。 答案:(1)2.14 MeV (2)Ekn=2.13 MeV;EkHe=0.71 MeV 15.(16分)靜止在勻強(qiáng)磁場中的Li俘獲一個速度為v0=7.7104 m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)LiHe。若已知He的速度v2=2.0104 m/s,其方向跟中子反應(yīng)前的速度方向相同,則: (1)H的速度為多大? (2)求粒子H和He的軌道半徑之比; (3)當(dāng)He旋轉(zhuǎn)了3周時,粒子H旋轉(zhuǎn)了幾周? 解析:這是一個核反應(yīng)跟動量守恒及洛倫茲力相結(jié)合的問題。 (1Li核俘獲n的過程中,系統(tǒng)動量守恒mnv0=mHv1+mHev2,所以v1=,代入數(shù)據(jù)mn=1 u,mHe=4 u,mH=3 u,得v1=-1.0103 m/s,負(fù)號表示跟v0的方向相反。 (2H和He在磁場中的半徑之比為rH∶rHe=,代入數(shù)據(jù)得rH∶rHe=3∶40。 (3H和He的周期之比為TH∶THe=,代入數(shù)據(jù)得TH∶THe=3∶2,所以它們的轉(zhuǎn)動周期數(shù)之比為2∶3,當(dāng)α粒子轉(zhuǎn)動3周時,粒子H轉(zhuǎn)動2周。 答案:(1)1.0103 m/s　(2)3∶40　(3)2周