【优化设计】2015-2016学年高中物理 第十九章 原子核测评A 新人教版选修3-5
(基础过关卷)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.(2014·上海单科)核反应方程BeHeC+X中的X表示( )
A.质子 B.电子 C.光子 D.中子
解析:核反应过程中质量数守恒可知,X的质量数为4+9-12=1,根据该反应过程中电荷数守恒可知,X的质子数为4+2-6=0,所以X表示中子,D项正确。
答案:D
2.下列关于原子和原子核的说法正确的是( )
A.β衰变现象说明:电子是原子核的组成部分
B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化
C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
解析:原子核是由质子和中子组成,β衰变是核内中子转变成为质子同时生成电子,即β粒子,故A错;半衰期由原子核本身决定,与外界环境因素无关,C错;比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢固,D错;玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量量子化,B对。
答案:B
3.表示放射性元素碘131I)β衰变的方程是( )
ASbHe BXee
Cn DTeH
解析:β衰变的实质是放射出电子e),由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知B正确。
答案:B
4.下列说法正确的是( )
A.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小
B.钍核Th,衰变成镤核Pa,放出一个中子,并伴随着放出γ光子
C.根据玻尔理论,氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子运动的加速度减小
D.比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠,原子核越稳定
解析:钍核衰变的核反应方程式为ThPae,选项B错误;氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子轨道半径减小,由a=,核外电子运动的加速度增大,选项C错误;故只有选项A、D正确。
答案:AD
5.下列关于放射性现象的说法中,正确的是( )
A.原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4
B.原子核发生α衰变时,生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
C.原子核发生β衰变时,生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1
D.单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的
解析:原子核发生α衰变时,生成的核与原来的原子核相比,中子数减少了2,A错误;生成的核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量,B错误;原子核发生β衰变时,生成核的质量数与原来的原子核的质量数相同,C错误;放射性元素的半衰期由原子核的内部因素决定,跟元素的化学状态无关,所以单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的,D正确。
答案:D
4
6.加拿大萨德伯里中微子观察站的研究,揭示了中微子失踪之谜,即观察到的中微子数目比理论值少,是因为部分中微子在运动过程中(速度很大)转化为一个μ子和一个τ子。对上述转化过程有以下说法,其中正确的是( )
A.牛顿运动定律依然适用
B.动量守恒定律不再适用
C.若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致
D.若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向相反
解析:牛顿运动定律仅仅适用宏观低速的物体,不适用微观高速的中微子;动量守恒定律适用任何情况,若发现μ子和中微子的运动方向一致,由动量守恒定律可知τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致;若μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向一定与中微子的运动方向相同。故C正确。
答案:C
7.U是一种放射性元素,能够进行一系列放射性衰变,如图所示,可以判断下列说法错误的是( )
A.图中a是84,b是206
B.X是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
C.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
D.从U衰变成Pb要经过6次X衰变,8次Y衰变
解析:由题图知,X是β衰变,Y是α衰变,可知B项正确,而C项错误;Bi进行β衰变,可知a=84,进行α衰变可知b=206,可见A项正确;由U衰变成Pb,经过α衰变的次数为=8次,β衰变的次数为8×2-(92-82)=6次,可见D项正确。
答案:C
8.静止在匀强磁场中的某放射性元素的核,放出的一个α粒子和反冲核轨道半径之比R∶r=30∶1,如图所示,则( )
A.α粒子与反冲核的动量大小相等,方向相反
B.反冲核的原子序数为62
C.原来放射性元素的原子序数为62
D.反冲核与α粒子的速度之比为1∶62
解析:由动量守恒得Mv'+mv=0,其中Mv'为反冲核动量,mv为α粒子的动量,Q为原来放射性元素的原子核电荷数,则反冲核的电荷数为Q-2,α粒子电荷数为2。反冲核的轨道半径r=,α粒子的轨道半径R=;综合以上公式可得Q=62。
答案:AC
9.原来静止的原子核X,质量为m1,处在区域足够大的匀强磁场中,经α衰变成质量为m2的原子核Y,α粒子的质量为m3,已测得α粒子的速率垂直于磁场B,且动能为E0。假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能,则下列四个结论中,正确的是( )
A.核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为
B.核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为
C.此衰变过程中的质量亏损为m1-m2-m3
D.此衰变过程中释放的核能为
4
解析:原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2,由题意知X核原先静止,则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等,由R=知RY∶Rα=qα∶qY=2∶(Z-2),故B项正确;而周期之比由T=知TY∶Tα=,故A项错误;该过程质量亏损Δm=m1-(m2+m3),故C项正确;由Ek=知,Y核的动能EkY=,则释放的核能ΔE=ΔEkα+EkY=,故D项正确。
答案:BCD
10.(2014·课标全国Ⅰ)关于天然放射性,下列说法正确的是( )
A.所有元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强
E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
解析:只有放射性元素才能发生衰变,A项错误;半衰期由原子核的内部自身的因素决定,与原子核所处的化学状态和外部条件无关,B、C两项正确;γ射线的穿透力最强,D项正确;原子核衰变时,不能同时放出α、β射线,E项错误。
答案:BCD
二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)
11.(8分)放射性元素Po衰变为Pb,此衰变过程的核反应方程是 ;用此衰变过程中发出的射线轰击F,可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子,此核反应过程的方程是 。
解析:根据核反应中的质量数、电荷数守恒规律,可以求出新生射线为He,另一粒子为H。方程式中一定要使用箭头,不能用等号。
答案PoPbHeHeNeH
12.(8分)碘131核不稳定,会发生β衰变,其半衰期为8天。
经过 天有75%的碘131核发生了衰变。
解析:根据m=m0(得0.25m0=m0(,解得t=16天。
答案:16
三、解答题(本题共3小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(14分)用动能为E1=0.6 MeV的质子轰击静止的锂核Li,生成了两个α粒子(已知质子、α粒子、锂核的质量分别为mp=1.007 3 u,mα=4.001 5 u,mLi=7.016 0 u)。
(1)写出该核反应方程;
(2)试计算生成的两个α粒子的动能之和。
解析:(1)根据质量数和电荷数守恒有
LiH→He。
(2)核反应的质量亏损
Δm=mLi+mp-2mα=7.016 0 u+1.007 3 u-2×4.001 5 u=0.020 3 u
由质能方程可得核反应释放出的能量为
ΔE=Δmc2=0.020 3×931.5 MeV≈18.9 MeV
又由能量守恒定律,得生成的两个α粒子的动能之和为E=E1+ΔE=0.6 MeV+18.9 MeV=19.5 MeV。
答案:(1LiH→He (2)19.5 MeV
14.(14分)海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为Hen,其中氘核的质量为2.013 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)求:
(1)核反应中释放的核能。
4
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。
解析:(1)核反应中的质量亏损为Δm=2mH-mHe-mn,由ΔE=Δmc2可知释放的核能:
ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量为零,即mHevHe+mnvn=0;反应前后系统的总能量守恒,即mHemn=ΔE+ΔEkH,又因为mHe∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3,由以上各式代入已知数据得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)静止在匀强磁场中的Li俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应LiHe。若已知He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向跟中子反应前的速度方向相同,则:
(1)H的速度为多大?
(2)求粒子H和He的轨道半径之比;
(3)当He旋转了3周时,粒子H旋转了几周?
解析:这是一个核反应跟动量守恒及洛伦兹力相结合的问题。
(1Li核俘获n的过程中,系统动量守恒mnv0=mHv1+mHev2,所以v1=,代入数据mn=1 u,mHe=4 u,mH=3 u,得v1=-1.0×103 m/s,负号表示跟v0的方向相反。
(2H和He在磁场中的半径之比为rH∶rHe=,代入数据得rH∶rHe=3∶40。
(3H和He的周期之比为TH∶THe=,代入数据得TH∶THe=3∶2,所以它们的转动周期数之比为2∶3,当α粒子转动3周时,粒子H转动2周。
答案:(1)1.0×103 m/s (2)3∶40 (3)2周
4
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