高中物理 第三章 原子核單元質(zhì)量評估 教科版選修35

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1、 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,1～9單選,10～12多選,每小題5分,共60分) 1.用中子轟擊氧原子核的核反應(yīng)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=1 B.X代表電子,a=17,b=-1 C.X代表正電子,a=17,b=1 D.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(guān)于天然放射現(xiàn)象,下列說法中正確的是　(　　) A.β衰變說明原子核里有電子

2、 B.某原子核經(jīng)過一次α衰變和兩次β衰變后,核內(nèi)中子數(shù)減少4 C.放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將縮短 D.γ射線的電離作用很強,可用來消除有害靜電 【解析】選B。β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α衰變和兩次β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(guān),與物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),C錯;α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)β衰變的方程是　(　　) AISbHe　　　　 BIXee CIIn DITeH 【解析】選B。碘I)的原子核

3、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(guān)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(guān),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

4、的一種表現(xiàn),D錯。 5.如果某放射性元素經(jīng)過x次α衰變和y次β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+y　　 B.x+y　　 C.x-y　　 D.2x-y 【解析】選D。每經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)減少2,每經(jīng)過一次β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。 【補償訓(xùn)練】 下列說法中正確的是　(　　) A.Ra衰變?yōu)镽n要經(jīng)過1次α衰變和1次β衰變 BPa衰變?yōu)門h要經(jīng)過1次α衰變和1次β衰變 CU衰變?yōu)镽n要經(jīng)過4次α衰變和2次β衰變 DU衰變?yōu)镽n要經(jīng)過4次α衰變和4

5、次β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α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(yīng)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α衰變,4次α衰變減少電荷數(shù)為8,實際減少6,故發(fā)生2次β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γ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.γ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。β衰變是

6、原子核里一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子時放出的,A錯;γ光子是在β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(yīng)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(yīng)方程: ThPae　UThHe NHeOH　HHHen UnSrXe+1n 對以上核反應(yīng)分類如下,則分類正確的是　(　　) 選項 衰變 裂變 聚變 A ② ①⑤ ③ B ①② ⑤ ④ C ① ②⑤ ③④ D ⑤ ①② ④ 【解析】選B。①為β衰變,②為α衰

7、變,③為人工轉(zhuǎn)變,④為聚變,⑤為裂變,綜上可知,B項正確。 8.某科學(xué)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(yīng)方程為HCN+Q1H+NC+X+Q2,方程式中Q1、Q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表: 原子核 H He He C N N 質(zhì)量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 下列關(guān)于Q1,Q2說法正確的是　(　　) A.X是He,Q2>Q1　　　　　 B.X是He,Q2<Q1 C.X是He,Q2>Q1 D.X是He,Q2<Q1

8、【解題指南】解答本題應(yīng)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。 【解析】選C。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,Χ的電荷數(shù)為1+7-6=2 故Χ為He。 與Q1對應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7)u=0.002 1u;與Q2對應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,由于Δm1<Δm2,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,Q2>Q1,故C正確。 9.當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時,放出28.30

9、 MeV的能量,當(dāng)三個α粒子結(jié)合成一個碳(C)核時,放出7.26 MeV的能量,則當(dāng)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 MeV　　　　　　 B.35.56 MeV C.77.64 MeV D.92.16 MeV 【解析】選D。6個中子和6個質(zhì)子可結(jié)合成3個α粒子,放出能量3× 28.30 MeV=84.90 MeV,3個α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

10、成一個氘核,同時輻射一個γ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(yīng)方程是HnH+γ B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m1+m2-m3 C.輻射出的γ光子能量為(m3-m1-m2)c2 D.輻射出的γ光子的波長為λ= 【解析】選B、D。核反應(yīng)方程為HnH+γ,A錯;質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,B正確;輻射出的γ光子能量為E=Δmc2=(m1+m2-m3)c2,C錯;由E=得λ== ,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

11、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(fù)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(fù)電,選項C正確。 【總結(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

12、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(xué)家認(rèn)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(guān)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)

13、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(xué)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(xué)獎。

14、 (1C不穩(wěn)定,易發(fā)生衰變,放出β射線,其半衰期為5730年。試寫出有關(guān)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(shè)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=3τ=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(dāng)它放出一個α粒子后,它們的速度方向都與磁場方向垂直。若測得α粒子和反沖

15、核的軌道半徑之比為44∶1,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α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α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α粒子的半徑:R1=(2分) 設(shè)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:88 15.(12分)一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個α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)。(

16、已知:原子質(zhì)量單位1 u=1.67×10-27kg,1 u相當(dāng)于931 MeV) (1)寫出核衰變反應(yīng)方程。 (2)算出該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能。 (3)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α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　Δm=0.005 9 u　(2分) ΔE=Δmc2=0.005 9×931 MeV=5.49 MeV　(2分) (3)系統(tǒng)動量守恒,釷核和α粒子的動量大小相等,即 pTh+(-pα)=0 pTh=pα　(2分) EkTh= Ekα=　(2分) EkTh+Ekα=ΔE(1分

17、) 所以釷核獲得的動能 EkTh=×ΔE=×ΔE=0.09 MeV　(1分) 答案:(1UThHe (2)5.49 MeV　(3)0.09 MeV 16.(12分)如圖所示,有界的勻強磁場磁感應(yīng)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=

18、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)棣了プ?方程為Ra→RnHe(3分) (2)衰變過程中釋放的α粒子在磁場中做勻速圓周運動,半徑R=1.0m,由2evB=得 α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×v′2+×4u×v2=　(2分) 代入數(shù)據(jù)解得E=2.04×10-14J(1分) 答案:(1)Ra→RnHe　(2)2.04×10-14J 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375