第十七章 原子核单元评估

第十七章单元评估
(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)一、选择题1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()
A．原子的核式结构模型
B．原子核内有中子存在
C．电子是原子的组成部分
D．原子核是由质子和中子组成的
【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷与几乎的全部质量都集中在原子核里；带负电的电子在核外的空间运动．由此可知，A正确．【答案】 A
2．下列判断正确的是()
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．从卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子核的大小
C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子总能量增加
D．入射光的强度越大，发生光电效应的可能性越大
【答案】BC
3．有下列5个核反应方程：
对以上核反应分类，列成下表，则分类正确的是()
【答案】
4．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘
核的结合能．下列说法正确的是
() A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
【解析】考查结合能的概念及能量守恒定律的简单应用．只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合能时，多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确．
【答案】AD
5．质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如32He是31H的镜像核，
为6，中子数为7，质子数与中子数刚好互换，A正确；D项属于聚变反应，一定放出能量．
【答案】AD
6．如下图甲所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出图乙所示的四条径迹，则()
A．磁场的方向一定垂直于纸面向里
B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子
C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹
D．b为α粒子的径迹，c为β粒子的径迹
【解析】 衰变过程中满足动量守恒，粒子与新核的动量大小相等，方向相反，据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R ＝m v
qB
知半径与电荷量成反比，可知答案为B 、D.
【答案】 BD
7．氡是一种惰性气体，它广泛存在于人类生活和工作环境中，是一种由天然放射性元素(铀、镭)衰变形成的放射性气体，在自然界可通过岩石裂缝、土壤间隙、地下水源(包括温泉)不断向大气中转移和释放．据测定，天然气中的氡含量明显高于煤制气，所以对于使用天然气的居民来说，如果没有专用的排放废气的设备，氡对室内的污染与危害不容忽视．一静止的
核衰变为
核时，放出一个α粒子．当氡被吸入人体后，将继续发生α衰变，
放出射线形成“内放射”．根据上述材料，你认为下列说法正确的是( )
【解析】 根据核反应中质量数守恒、核电荷数守恒，知A 错误；核内质子数与中子数之差为136－86＝50，B 错误，D 正确；半衰期是对大量原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变，对少数原子核此规律不成立，C 错误．
【答案】 D
8．裂变反应是目前核能利用中常见的反应，以原子核
为燃料的反应堆中，当
俘
获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
235.043 2 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u 为单位，取1 u 的质量对应的能量为9.3×102 MeV)，此裂变反应中( )
A ．释放出的能量是30×102 MeV ，X 是中子
B ．释放出的能量是30 MeV ，X 是质子
C ．释放出的能量是1.8×102 MeV ，X 是中子
D ．释放出的能量是1.8×102 MeV ，X 是质子
【解析】 据核反应过程中质量数和电荷数守恒可判断X 是中子．
Δm ＝(235.043 2＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)u ＝0.192 6 u ，可见该反应释放能量，释放的能量
ΔE ＝0.192 6×9.3×102 MeV ＝1.8×102 MeV 【答案】 C
9．图像法解题是高中物理的重要方法之一，其中从图像中获取有用信息是解题的关键．关于下面四个图像中的信息说法正确的是( )
A ．由甲图可知，①②两个物体同时同地做加速度不同的匀加速直线运动
B ．由乙图可知，原子核A 裂变成原子核B 和
C 要放出核能，原子核
D 和
E 聚变成原子核
F 要吸收核能
C ．图丙是某单摆的共振曲线，已知重力加速度为g ＝10 m/s 2，由丙图信息可以求出单摆的摆长
D ．丁图是氡的衰变，纵坐标表示的是任意时刻氡的质量与t ＝0时质量的比值，由图像可知氡的半衰期为7.6天
【解析】 在v －t 图像中可知①②两个物体同时做加速度不同的匀加速直线运动，初速度不同，出发位置不一定相同，A 错误；乙图中，轻核D 、E 结合成质量较重的原子核F 和重核A 分裂成质量较轻的原子核B 、C 都要放出能量，B 错误；由单摆的共振曲线可知，单摆的固有频率f ＝0.3 Hz ，周期T ＝1
f ，根据T ＝2π
L
g
可以求出摆长，C 正确；根据半衰期的定义结合丁图可知氡的半衰期为3.8天，D 错误．
【答案】 C
10．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量．氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.013 6 u ，氦
3的质量为3.015 0 u ，氦核的质量为4.001 51 u ，质子质量为1.007 83 u ，中子质量为1.008 665 u,1 u 相当于931.5 MeV .则下列说法正确的是
( )
A ．氘和氦3的核聚变反应方程式：21H ＋3
2He ―→42He ＋X ，其中X 是中子
B ．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV
C ．一束太阳光相继通过两个偏振片，若以光束为轴旋转其中一个偏振片，则透射光的强度不发生变化
D ．通过对月光进行光谱分析，可知月球上存在氦3元素
【解析】 本题考查原子核及光学的相关知识．核反应方程必须遵守质量数守恒和电荷数守恒，所以A 错；释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝(2.013 6 u ＋3.015 0 u －1.007 83 u －1.008 665 u)×931.5 MeV ＝17.9 MeV ，B 对；太阳光相继通过两个偏振片，当偏振片旋转时，透过的光的能量发生变化，强度变化，C 错；月亮本身不发光，月光是反射的太阳光，所以不能对月亮进行光谱分析，D 错误．
【答案】 B 二、非选择题
11．(1)近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡．英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(Po)．Po 的半衰期为138 d ，经衰变生成稳定的铅(Pb)，那么经过276 d,100 g Po 已衰变的质量为________g.
(2)用速度为v 0、质量为m 1的42He 核轰击质量为m 2的静止的14 7N 核，发生核反应，最终
产生两种新粒子A 和B.其中A 为17 8O 核，质量为m 3，速度为v 3；B 的质量为m 4.
①计算粒子B 的速度v B .
②粒子A 的速度符合什么条件时，粒子B 的速度方向与He 核的运动方向相反． 【解析】 (1)根据半衰期的定义，经过276 d(两个半衰期),100 g Po 已衰变的质量为
1002＋50
2
＝75 g. (2)①由动量守恒定律有：m 1v 0＝m 3v 3＋m 4v B 解得：v B ＝
m 1v 0－m 3v 3
m 4
②B 的速度与He 核的速度方向相反，即：m 1v 0－m 3v 3＜0， 解得：v 3＞m 1v 0
m 3
【答案】 (1)75 (2)①m 1v 0－m 3v 3m 4 ②大于m 1v 0
m 3
12．一个静止的氡核，放出一个α粒子后衰变为钋核.假设放出的核能完全转
变为钋核与α粒子的动能．已知M 氡＝222.086 63 u 、m α＝4.003 87 u 、M 钋＝218.076 6 u,1 u 对应的能量为931.5 MeV.
(1)写出上述核反应方程．
(2)求出发生上述核反应放出的能量． (3)确定钋核与α粒子的动能．
【解析】 (1)
(2)质量亏损Δm ＝222.086 63 u －4.003 87 u －218.076 6 u ＝0.006 16 u. ΔE ＝0.006 16 u ×931.5 MeV ≈5.74 MeV ①
(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k 钋，动量分别为p α、p 钋，由能量守恒定律得： ΔE ＝E kα＋E k 钋 ② 由动量守恒定律得：0＝p α＋p 钋 ③ 又E k ＝p 2
2m ④
故E kα∶E k 钋＝218∶4 ⑤ 联立①②⑤解得E k 钋＝0.1 MeV ，E kα＝5.64 MeV .
【答案】 (1)
＋42He ＋γ
(2)5.74 MeV (3)0.1 MeV 5.64 MeV
13．钚的同位素离子239 94Pu 发生衰变后生成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E ＝0.09 MeV 的光子．从静止的钚核中放出的α粒子在垂直通过正交的匀强电场和匀强磁场时做匀速直线运动．已知匀强电场的电场强度为E 电＝2.22×104 N/C ，匀强磁场的磁感应强度为B ＝2.00×10－
4 T ．(普朗克恒量h ＝6.63×10
－34
J·s ，真空中的光速为c ＝3×108 m/s ，电
子电荷量为e ＝1.6×10
－19
C)．求：
(1)写出该核反应方程式； (2)该光子的波长；
(3)放出的α粒子的速度大小；
(4)若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比．
【解析】 (1)239 94Pu ―→235 92U ＋4
2He.
(2)由E ＝hν，λ＝c /ν得
λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×108
0.09×106×1.6×10－
19 m ＝1.38×10－11 m.
(3)由q v B ＝qE 电
得v α＝E 电
B
＝1.11×108 m/s.
(4)核反应中系统的动量守恒m αv α－m U v U ＝0
可知α粒子和铀核的动量大小相等，由E k ＝p 2
2m ，知动能大小与质量成反比，所以α粒
子和铀核的动能之比为E αE U ＝235
4
.
【答案】 (1)略 (2)1.38×10－11
m
(3)1.11×108 m/s (4)E αE u ＝235
4。