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滾動檢測(三)　核反應(yīng)與核能 (時間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共8小題，共56分) 1．物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，任何理論和學(xué)說的建立都離不開實驗，下面有關(guān)物理理論或?qū)W說關(guān)系的說法中正確的是 (　　)． A．α粒子散射實驗表明了原來具有核式結(jié)構(gòu) B．光電效應(yīng)實驗證實了光具有粒子性 C．電子的發(fā)現(xiàn)表明了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒 D．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)證實了玻爾原子理論 解析　選項A、B、C的描述是正確的、弗蘭克——赫茲實驗證實了玻爾原子理論，D錯． 答案　ABC　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．一個氡核Rn衰成釙核Po并放出一個粒子，其半衰期為3.8天.1 g氡經(jīng)過7.6天衰變掉氡的質(zhì)量，以及Rn衰變成的過程放出的粒子是 (　　)． A．0.25 g，α粒子 B．0.75 g，α粒子 C．0.25 g，β粒子 D．0.75 g，β粒子 解析　7.6天是兩個半衰期，剩下的質(zhì)量占原來的，1 g氡衰變掉的質(zhì)量為0.75 g，又由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 ，放出的粒子質(zhì)量數(shù)是4，核電荷數(shù)2，該粒子是α粒子，因而B對． 答案　B 3．一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m，鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛，已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有 (　　)． A經(jīng)過兩個半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾了 B．經(jīng)過兩個半衰期后，原來所含的鈾元素的原子核有發(fā)生了衰變 C．經(jīng)過三個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩 D．經(jīng)過一個半衰期后，該礦石的質(zhì)量剩下 解析　經(jīng)過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)該還有，經(jīng)過三個半衰期后還剩.因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變．本題選C. 答案　C 4．原子核U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薝，放射性衰變①、②和③依次為 (　　)． A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、β衰變和α衰變 C．β衰變、α衰變和β衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變 解析　U,Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變，Th,Pa，質(zhì)子數(shù)加1，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.Pa,U，質(zhì)子數(shù)加1，說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子． 答案　A 5．下列說法正確的是 (　　)． A．任何元素都具有放射性 B．同一元素，單質(zhì)具有放射性，化合物可能沒有 C．元素的放射性與溫度無關(guān) D．放射性就是該元素的化學(xué)性質(zhì) 解析　原子序數(shù)大于83的所有元素都有放射性，小于等于83的元素有的就沒有放射性，所以A錯；放射性是由原子核內(nèi)部因素決定的，與該元素的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，所以C對，B、D錯，故選C. 答案　C 6．以下說法中正確的是 (　　)． A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電 B．原子核中的質(zhì)子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等 C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 解析　原子中除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，整個原子可能呈電中性，故A錯；對于中性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B不確切；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因為絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子存在，故D正確． 答案　CD 7．美國科研人員正在研制一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳63和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片做電池兩極外接負(fù)載為負(fù)載提供電能．下面有關(guān)該電池的說法正確的是： (　　)． A．鎳63的衰變方程是Ni―→e＋Cu B．鎳63的衰變方程是Ni―→e＋Cu C．外接負(fù)載時鎳63的電勢比銅片高 D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳到銅片 解析　鎳63和銅片作為電池兩極，由于鎳63發(fā)生β衰變釋放電子給銅片，故在電池內(nèi)部電子由鎳63移到銅片，鎳63應(yīng)為電池的正極． 答案　BC 8．下列關(guān)于天然放射現(xiàn)象的說法正確的是 (　　)． A．放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期 B．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強 C．當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變 D．放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線 解析　半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間，故A錯誤；α、β、γ三種射線中，α粒子速度最小，其貫穿本領(lǐng)最小，故B錯誤；β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生了電子，故C錯誤；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，釋放能量，輻射出γ射線，故D正確． 答案　D 二、非選擇題(本題共4小題，共44分) 9．(9分)2011年3月11日，當(dāng)?shù)貢r間14時46分，大自然驟然間露出猙獰面目，一場9.0級劇烈地震襲擊了日本．地震之后則是海嘯， 3月11日，東京電力公司福島第一核電站自動停止運轉(zhuǎn)，隨著一號機組、三號機組、二號機組和四號機組的相繼爆炸和起火，“核危機”的陰云籠罩日本列島乃至整個世界如圖1-所示．放射性劑量的標(biāo)準(zhǔn)單位叫做西弗，定義是每千克人體組織吸收1焦耳能量(放射過程中釋放的能量)為1西弗.1西弗＝1 000毫西弗；1毫西弗＝1 000微西弗．雷姆(rem)是測量輻射對人體傷害的劑量的單位，1雷姆(rem)＝0.01 J/kg. 1雷姆(rem)＝________西弗＝________毫西弗＝________微西弗． 圖1 答案　10－2　10　104 10．(11分)一小瓶含有某種放射性同位素的溶液，每分鐘衰變6 000次，將它注射到某人的血液中，經(jīng)過15 h后從此人身上取出10 mL的血液，測得每分鐘有2次衰變，已知這種同位素的半衰期為5 h，試計算這個人血液的總體積為多少？ 解析　根據(jù)放射性元素的衰變規(guī)律可知，放射性元素在單位時間內(nèi)的衰變數(shù)量與放射性元素的含量成正比，設(shè)原來溶液中放射性同位素的含量為m0，經(jīng)過15 h后變?yōu)閙，則m＝m0＝. 設(shè)取出10 mL的血液中放射性同位素的質(zhì)量為m′，人體內(nèi)的血液體積為V，如果認(rèn)為含放射性的溶液在血液中是均勻分布的．則有＝，故V＝V′，又由單位時間衰變數(shù)量與放射性物質(zhì)的含量成正比． 即＝＝ 所以V＝V′＝10 mL＝3.75103 mL. 答案　3.75103 mL 11．(12分)1930年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釙放出的射線貫穿能力極強，它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，1932年，英國年輕物理學(xué)家查德威克用這種未知射線分別轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出一些氫核和氮核．若未知射線均與靜止的氫核和氮核正碰，測出被打出的氫核最大速度為vH＝3.5107 m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7106 m/s，假定正碰時無機械能損失，設(shè)未知射線中粒子質(zhì)量為m，初速為v，質(zhì)子的質(zhì)量為m′. (1)推導(dǎo)被打出的氫核和氮核的速度表達式； (2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，推算出未知射線中粒子的質(zhì)量m與質(zhì)子的質(zhì)量m′之比(已知氮核質(zhì)量為氫核質(zhì)量的14倍)． 解析　(1)碰撞滿足動量守恒和機械能守恒，與氫核碰撞時有 mv＝mv1＋mHvH，mv2＝mv＋mHv 解之得vH＝v，同理可得vN＝v. (2)由上面可得＝，代入數(shù)據(jù)得＝＝1.016 5. 答案　見解析 12．(12分)如圖2-所示，在xOy平面上，一個以原點O為中心、半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在著一勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于xOy平面向內(nèi)．在O處原來靜止著一個具有放射性的原子核N(氮)，某時刻該核發(fā)生衰變，放出一個正電子和一個反沖核．已知正電子從O點射出時沿x軸正方向，而反沖核剛好不會離開磁場區(qū)域，正電子電荷量為e.不計重力影響和粒子間的相互作用． 圖2 (1)試寫出N的衰變方程； (2)求正電子離開磁場區(qū)域時的位置． 解析　(1)N→C＋e. (2)設(shè)正電子質(zhì)量為m1，速度為v1，軌道半徑為R1，反沖核質(zhì)量為m2，速度為v2，軌道半徑為R2.如圖所示，正電子電荷量為e，反沖核電荷量q＝6e.據(jù)動量守恒定律，有m1v1＝m2v2，正電子的軌道半徑R1＝，反沖核的軌道半徑R2＝，據(jù)題意知R2＝，由以上各式得R1＝3R，設(shè)正電子離開磁場區(qū)域的位置坐標(biāo)為(x，y)，由幾何關(guān)系得x2＋y2＝R2，x2＋(3R－y)2＝(3R)2， 解得x＝R，y＝R. 答案　見解析