第三章 原子核單元質(zhì)量評估(三) (90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題,19單選,1012多選,每小題5分,共60分)1.用中子轟擊氧原子核的核反應方程式為OnNX。對式中X、a、b的判斷正確的是()A.X代表中子,a=17,b=1B.X代表電子,a=17,b=-1C.X代表正電子,a=17,b=1D.X代表質(zhì)子,a=17,b=1【解析】選C。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得16+1=a+0,8+0=7+b,解得a=17,b=1,X為e故正確答案為C。2.關于天然放射現(xiàn)象,下列說法中正確的是()A.衰變說明原子核里有電子B.某原子核經(jīng)過一次衰變和兩次衰變后,核內(nèi)中子數(shù)減少4C.放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將縮短D.射線的電離作用很強,可用來消除有害靜電【解析】選B。衰變是原子核里一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放出一個電子。原子核里沒有電子,A錯;經(jīng)過一次衰變和兩次衰變,電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))不變,質(zhì)量數(shù)減少4,即中子數(shù)減少4,B正確。半衰期只與原子核本身有關,與物理、化學狀態(tài)無關,C錯;粒子電離作用很強,可用來消除有害靜電,D錯。3.表示放射性元素碘131I)衰變的方程是()AISbHeBIXeeCIInDITeH【解析】選B。碘I)的原子核內(nèi)一個中子放出一個電子變成一個質(zhì)子,質(zhì)量沒有發(fā)生變化,核電荷數(shù)增加1,所以生成54號元素Xe,放出一個電子,B選項正確。4.有關核力的說法,正確的是()A.原子核中所有核子間都存在著核力B.中子不帶電,中子之間沒有相互作用力C.核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)D.核力同萬有引力沒有區(qū)別,都是物體間的作用力【解析】選C。核力具有飽和性,只有相鄰的核子間才有核力作用,A錯;核力與核子間是否帶電無關,質(zhì)子與質(zhì)子間,質(zhì)子與中子間,中子與中子間都可以有核力作用,B錯;核力是短程力,只在1.5×10-15m內(nèi)起作用,C正確;核力是強相互作用的一種表現(xiàn),D錯。5.如果某放射性元素經(jīng)過x次衰變和y次衰變,變成一種新原子核,則這個新原子核的質(zhì)子數(shù)比放射性元素原子核的質(zhì)子數(shù)減少()A.2x+yB.x+yC.x-yD.2x-y【解析】選D。每經(jīng)過一次衰變,電荷數(shù)減少2,每經(jīng)過一次衰變,電荷數(shù)增加1,故電荷數(shù)總的減少量為2x-y,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,知D項正確?！狙a償訓練】下列說法中正確的是()A.Ra衰變?yōu)镽n要經(jīng)過1次衰變和1次衰變BPa衰變?yōu)門h要經(jīng)過1次衰變和1次衰變CU衰變?yōu)镽n要經(jīng)過4次衰變和2次衰變DU衰變?yōu)镽n要經(jīng)過4次衰變和4次衰變【解析】選C。由Ra變?yōu)镽n,質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2,故發(fā)生一次衰變,A錯誤Pa變?yōu)門h,質(zhì)量數(shù)沒有變化,電荷數(shù)減少1,應放出一個正電子,B錯誤U變?yōu)镽n,質(zhì)量數(shù)減少16,發(fā)生4次衰變,4次衰變減少電荷數(shù)為8,實際減少6,故發(fā)生2次衰變,故C正確,D錯誤。6.釷核Th,具有放射性,它放出一個電子衰變成鏷核Pa),伴隨該過程放出光子,下列說法中正確的是()A.該電子就是釷原子核外的電子B.光子是衰變過程中釷核Th輻射的C.因為衰變過程中原子核的質(zhì)量數(shù)守恒,所以不會出現(xiàn)質(zhì)量虧損D.原子核的天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的【解析】選D。衰變是原子核里一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放出的,A錯;光子是在衰變過程中由于具有多余的能量而放出的,B錯;質(zhì)量數(shù)守恒與質(zhì)量守恒是兩個不同的概念,核反應中質(zhì)量有虧損,而質(zhì)量數(shù)是不變的,C錯;人類對原子核的探索,是從發(fā)現(xiàn)原子核放射性開始的,天然放射性說明原子核是可分的,D正確。7.有下列五個核反應方程:ThPaeUThHeNHeOHHHHenUnSrXe+1n對以上核反應分類如下,則分類正確的是()選項衰變裂變聚變ABCD【解析】選B。為衰變,為衰變,為人工轉(zhuǎn)變,為聚變,為裂變,綜上可知,B項正確。8.某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應方程為HCN+Q1H+NC+X+Q2,方程式中Q1、Q2表示釋放的能量,相關的原子核質(zhì)量見下表:原子核HHeHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1下列關于Q1,Q2說法正確的是()A.X是He,Q2>Q1B.X是He,Q2<Q1C.X是He,Q2>Q1D.X是He,Q2<Q1【解題指南】解答本題應注意以下兩點:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒確定新核X。(2)釋放的能量由質(zhì)量虧損決定?！窘馕觥窟xC。根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,X的質(zhì)量數(shù)為1+15-12=4,的電荷數(shù)為1+7-6=2故為He。與Q1對應的質(zhì)量虧損m1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7)u=0.002 1u;與Q2對應的質(zhì)量虧損m2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,由于m1<m2,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,Q2>Q1,故C正確。9.當兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個粒子時,放出28.30 MeV的能量,當三個粒子結(jié)合成一個碳(C)核時,放出7.26 MeV的能量,則當6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳(C)核時,釋放的能量約為()A.21.04 MeVB.35.56 MeVC.77.64 MeVD.92.16 MeV【解析】選D。6個中子和6個質(zhì)子可結(jié)合成3個粒子,放出能量3×28.30 MeV=84.90 MeV,3個粒子再結(jié)合成一個碳核,放出7.26 MeV能量,故6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時,釋放能量為84.90 MeV+7.26 MeV=92.16 MeV。10.一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核,同時輻射一個光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是()A.核反應方程是HnH+B.聚變反應中的質(zhì)量虧損為m1+m2-m3C.輻射出的光子能量為(m3-m1-m2)c2D.輻射出的光子的波長為=【解析】選B、D。核反應方程為HnH+,A錯;質(zhì)量虧損m=m1+m2-m3,B正確;輻射出的光子能量為E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C錯;由E=得=,故D正確。11.帶電粒子進入云室會使云室中的氣體分子電離,從而顯示其運動軌跡。如圖是在有勻強磁場的云室中觀察到的粒子的軌跡,a和b是軌跡上的兩點,勻強磁場B垂直紙面向里。該粒子在運動時,其質(zhì)量和電量不變,而動能逐漸減少,下列說法正確的是()A.粒子先經(jīng)過a點,再經(jīng)過b點B.粒子先經(jīng)過b點,再經(jīng)過a點C.粒子帶負電D.粒子帶正電【解析】選A、C。由r=可知,粒子的動能越小,圓周運動的半徑越小,結(jié)合粒子運動軌跡可知,粒子先經(jīng)過a點,再經(jīng)過b點,選項A正確;根據(jù)左手定則可以判斷粒子帶負電,選項C正確?！究偨Y(jié)提升】云室中帶電粒子性質(zhì)的判斷方法(1)明確云室中勻強磁場的方向情況。(2)明確粒子運動過程中的不變量和變化量分別是什么物理量。(3)根據(jù)帶電粒子在云室中的運動軌跡形狀,判斷帶電粒子運動過程中曲率半徑的變化情況。(4)根據(jù)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式r=及結(jié)合曲率半徑的變化情況,以及運動過程中的v、q、B的變化情況,判斷粒子的運動方向。(5)根據(jù)左手定則,判斷出帶電粒子的電性。12.“中國月球著陸探測器”在中國航天館揭開神秘面紗。它將帶著中國制造的月球車,在38萬千米之外的月球表面閑庭信步。月球的表面長期受到宇宙射線的照射,使得“月壤”中的He含量十分豐富,科學家認為He是發(fā)生核聚變的極好原料,將來He也許是人類重要的能源,所以探測月球意義十分重大。關于He,下列說法正確的是()AHe的原子核內(nèi)有三個中子兩個質(zhì)子BHe的原子核內(nèi)有一個中子兩個質(zhì)子CHe發(fā)生核聚變,放出能量,一定會發(fā)生質(zhì)量虧損DHe原子核內(nèi)的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起【解析】選B、CHe是氦元素的一種同位素,質(zhì)量數(shù)是3,電荷數(shù)是2,原子核內(nèi)有兩個質(zhì)子一個中子,所以A錯誤,B正確;發(fā)生核聚變放出能量就會有質(zhì)量虧損,C正確;原子核內(nèi)的核子是靠核力緊密結(jié)合在一起的,而不是靠萬有引力緊密結(jié)合在一起的,D錯誤。二、計算題(本大題共4小題,共40分,要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)13.(8分)放射性元素C射線被考古學家稱為“碳鐘”,可用它來測定古生物的年代,此項研究獲得1960年諾貝爾化學獎。(1C不穩(wěn)定,易發(fā)生衰變,放出射線,其半衰期為5730年。試寫出有關的衰變方程。(2)若測得一古生物遺骸中C的含量只有活體中的12.5%,則此遺骸的年代距今約有多少年?【解析】(1)衰變方程為CNe(3分)(2)活體中C含量不變,生物死亡后C開始衰變,設活體中C的含量為m0,遺骸中為m,則由半衰期的定義得m=m0(3分)即0.125=(解得=3所以t=3=17 190年(2分)答案:(1CNe(2)17 190年14.(8分)在勻強磁場中有一個靜止放置的放射性元素的原子核,當它放出一個粒子后,它們的速度方向都與磁場方向垂直。若測得粒子和反沖核的軌道半徑之比為441,如圖所示。則反沖核的電荷數(shù)是多少?【解析】放射性元素的原子核放出粒子的過程中動量守恒,由于初始動量為零,所以末態(tài)動量也為零,即粒子和反沖核的動量大小相等、方向相反,即p1=p2=p(2分)qvB=,R=,所以粒子的半徑:R1=(2分)設反沖核的電荷量為Q,則反沖核的半徑:R2=(2分)所以=,Q=88e。(2分)即反沖核的電荷數(shù)是88。答案:8815.(12分)一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個粒子(原子質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.028 7 u)。(已知:原子質(zhì)量單位1 u=1.67×10-27kg,1 u相當于931 MeV)(1)寫出核衰變反應方程。(2)算出該核衰變反應中釋放出的核能。(3)假設反應中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和粒子的動能,則釷核獲得的動能有多大?【解析】(1UThHe(2分)(2)質(zhì)量虧損m=0.005 9 u(2分)E=mc2=0.005 9×931 MeV=5.49 MeV(2分)(3)系統(tǒng)動量守恒,釷核和粒子的動量大小相等,即pTh+(-p)=0pTh=p(2分)EkTh=Ek=(2分)EkTh+Ek=E(1分)所以釷核獲得的動能EkTh=×E=×E=0.09 MeV(1分)答案:(1UThHe(2)5.49 MeV(3)0.09 MeV16.(12分)如圖所示,有界的勻強磁場磁感應強度為B=0.05 T,磁場方向垂直于紙面向里,MN是磁場的左邊界。在磁場A處放一個放射源,內(nèi)裝Ra,放出某種射線后衰變成Rn。(1)寫出上述衰變方程。(2)若A處距磁場邊界MN的距離OA=1.0m時,放在MN左側(cè)邊緣的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子,此時接收器距過OA的直線1.0m。求一個靜止Ra核衰變過程中釋放的核能有多少?(取1u=1.6×10-27kg,e=1.6×10-19C,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)【解析】(1)Ra比Rn電荷數(shù)多2個,質(zhì)量數(shù)多4個,則該衰變?yōu)樗プ?方程為RaRnHe(3分)(2)衰變過程中釋放的粒子在磁場中做勻速圓周運動,半徑R=1.0m,由2evB=得粒子的速度v=(2分)衰變過程中系統(tǒng)動量守恒，RnHe質(zhì)量分別為222 u、4u,則222u×v=4u×v(2分)得Rn的速度v=v(2分)釋放的核能E=×222u×v2+×4u×v2=(2分)代入數(shù)據(jù)解得E=2.04×10-14J(1分)答案:(1)RaRnHe(2)2.04×10-14J6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375