2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核章末质量评估 新人教版选修3-5

第十九章 原子核章末质量评估(四) (时间：90分钟 满分：100分)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1.下列关于放射线的说法中不正确的是（ ） A.放射线可以用来进行工业探伤 B.放射线可以使细胞发生变异 C.放射同位素可以用来做示踪原子 D.放射线对人体无害解析：γ 射线具有比较强的穿透性，可以用来进行工业探伤.所以A 选项是正确的；射线具有比较高的能量，可以使细胞发生变异，对人体有害，所以B 选项是正确的，D 错误；放射性同位素可以利用它的放射性的特点，用来做示踪原子.所以C 选项是正确的，本题选择不正确的，所以本题答案是D.答案：D2.下列所述不正确的是（ ） A.强子是参与强相互作用的粒子 B.轻子是不参与强相互作用的粒子 C.目前发现的轻子只有8种D.夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的＋23或－13解析：根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类.强子就是所有参与强力作用的粒子的总称.轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称.目前发现的轻子只有6种，分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子，C 是错误的.因选不正确的，故选C.答案：C3.原子核23490Th 表示（ ） A.核外有90个电子 B.核内有234个质子 C.核内有144个中子D.核内有90个核子解析：原子核23490Th 其中234是质量数，90是电荷数，所以Th 内有90个质子，中子数234－90＝144个，质子和中子统称为核子，所以核内有234个核子，故C 正确；A 、B 、D 错误.答案：C4．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为：32He＋32He→211H＋42He.关于32He聚变下列表述正确的是( )A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚应反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：由于核聚变过程中存在质量亏损，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可以判断核聚变会释放能量，故A错误；由于该核反应的生成物有42He和11H，故该反应产生了新的原子核，故B正确；目前的核电站都采用了U235的核裂变，而核聚变仍处于实验阶段，故D错误．故选B.答案：B5．下列说法中正确的是( )A．核反应堆是人工控制链式反应的装置B.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋d10n，式中d＝3C．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的D．4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变解析：核电站的核心是核反应堆，核反应堆中核的链式反应可以在人工控制下进行，A 项正确；根据核反应前后电荷数守恒规律，B选项中的d＝2，B项不正确；β衰变是原子核内释放出电子的核反应，不是核外电子的逃逸，C项不正确；4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后，衰变的结果有多种情况，半衰期是对大量原子核的行为的统计预测，对几个核的衰变无法预测，D项不正确．答案：A6.某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知（1 u＝931 Mev），21H的质量为2.0136 u，31H的质量为3.018 0 u，42H的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u，则下列说法中正确的是（）A.X是中子，该反应释放能量，放出18.27×1016J能量B.X是中子，该反应释放能量，放出18.90 MeV能量C.X是质子，该反应吸收能量，吸收18.90 MeV能量D.X是中子，该反应吸收能量，吸收18.27×1016J能量解析：某核反应方程为21H＋31H→32He＋X.根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0.所以X是中子.反应前质量为2.013 6 u＋3.018 u＝5.031 6 u.反应后质量为4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.0113 u.所以该反应释放能量，放出的能量为E＝Δmc 2＝（5.031 6－5.011 3）×931 MeV ≈18.90 MeV ，B 正确.答案：B7．下面列出的是一些核反应方程：3015P →3014Si ＋X ，94Be ＋21H →105B ＋Y ，42He ＋42He →73Li ＋Z ，其中( )A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子解析：根据质量数和电荷数守恒，可知X 为正电子，Y 为中子，Z 为质子，故D 正确． 答案：D8．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H ―→k 42He ＋d 11H ＋210n ＋43.15 MeV 由平衡条件可知( ) A ．k ＝1，d ＝4 B ．k ＝2，d ＝2 C ．k ＝1，d ＝6D ．k ＝2，d ＝3解析：根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得 12＝4k ＋d ＋2，① 6＝2k ＋d .②解①②得k ＝2，d ＝2. 答案：B9．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，普朗克常量为h ，真空中的光速为c .下列说法正确的是( )A ．核反应方程是11H ＋10n →31H ＋γB ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3C ．辐射中的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)cD ．γ光子的波长λ＝h（m 1＋m 2－m 3）c2解析：根据核反应过程中的质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：11H ＋10n →21H ＋γ，故选项A 错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，故选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故选项C 错误；由E ＝hcλ知，γ光子的波长λ＝hm 1＋m 2－m 3c ，故选项D 错误．答案：B10．一个原来静止的238U核发生α衰变，它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动，它们的轨迹和运动方向(图中用箭头表示)可能是下列图中的(图中半径大小没有按比例画)( )解析：由于发生的是α衰变，产物是两个带正电的粒子，根据动量守恒定律Mv1＋mvα＝0，可得这两个新核的运动方向相反，受到的洛伦兹力方向相反，即轨迹应该是外切圆，再利用左手定则判断洛伦兹力的方向，故D项正确．答案：D二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中有多个选项正确，全部选对得4分，漏选得2分，错选或不选得0分)11．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1)235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋k10n(2)21H＋31H→42He＋d10n关于这两个方程的下列说法，正确的是( )A．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1B．方程(2)是氢弹涉及的核反应方程C．方程(1)属于轻核聚变D．方程(2)属于α衰变解析：由电荷数和质量数守恒，可知(1)中235＋1＝90＋136＋k，得k＝10；(2)中2＋3＝4＋d，得d＝1，故A正确；(1)属于重核裂变，是原子弹的一个反应方程式，(2)属于轻核聚变，是氢弹涉及的核反应方程．故B正确．答案：AB12.某实验室工作人员，用初速度为v0＝0.09c（c为真空中的光速）的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核2311Na，产生了质子.若某次碰撞可看做对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动.通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m.则（）A.该核反应方程是42He＋2311Na→2612Mg＋11HB.该核反应方程是42He＋2311Na→2612Mg＋10nC.质子的速度约为0.225cD.质子的速度为0.09c解析：根据质量数和电荷数守恒可知，新原子核的质量数：m＝23＋4－1＝26，核电荷数：z＝11＋2－1＝12，核反应方程为42He＋2311Na→2612Mg＋11H，A正确B错误；质子质量为m，则α粒子、新核的质量分别为4 m、26 m，设质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得4mν0＝26m·v10－mv，解得v＝0.225c，C正确D错误.答案：AC13. 月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的32He含量十分丰富．科学家认为，32He是发生核聚变的极好原料，将来32He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于32He，下列说法正确的是( )A.32He的原子核内有三个中子两个质子B.32He的原子核内有一个中子两个质子C.32He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.32He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起解析：32He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误、B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．答案：BC14．据媒体报道，叛逃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(210 84Po)．若该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为210 84Pu→X＋42He＋γ，则下列说法中正确的是( ) A．X原子核含有124个中子B．X原子核含有206个核子C．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的D．100 g的210 84Po经276天，已衰变的质量为75 g解析：X原子核中的核子数为210－4＝206(个)，B项正确．中子数为206－(84－2)＝124(个)，A项正确．γ射线是由于核反应前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出，C项错．经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D项正确．答案：ABD三、非选择题(本题共4小题，共54分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15.（12分）用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核（73Li ），发生核反应后生成氚核和α粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m ，质子的质量可近似看成m ，光速为c .（1）写出核反应方程；（2）求氚核和α粒子的速度大小；（3）若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损. 解析：（1）根据质量数守恒与电荷数守恒，则有核反应方程为： 10n ＋63Li →31H ＋42He. （2）由动量守恒定律得m n v ＝－m H v 1＋m He v 2. 由题意得v 1∶v 2＝7∶8，解得v 1＝711v ，v 2＝811v .（3）氚核和α粒子的动能之和为E k ＝12·3mv 21＋12·4mv 22＝403242mv 2，释放的核能为ΔE ＝E k －E k n ＝403242mv 2－12mv 2＝141121mv 2， 由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为Δm ＝ΔE c 2＝141mv2121c 2.答案：（1） 1n ＋63Li →31H ＋42He （2） 7v 11，8v 11 （3） 141mv2121c216．(14分)钚的放射性同位素239 94Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *和α粒子，而铀核激发态235 92U *立即衰变为铀核23592U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：23994Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u ，1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量．(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能． 解析：(1)衰变方程为：239 94Pu →235 92U *＋42He ，① 235 92U *→23592U ＋γ.②合起来有23994Pu →23592U ＋42He ＋γ.③(2)上述衰变过程的质量亏损Δm ＝m Pu －m U －m α，④ 放出的能量ΔE ＝Δmc 2，⑤此能量是铀核23592U 的动能E kU 、α粒子的动能E k α和γ光子的能量E γ之和，即ΔE ＝E kU ＋E k α＋E γ，⑥由④⑤⑥式，得E kU ＋E k α＝(m Pu －m U －m α)c 2－E γ，⑦设衰变后的铀核和α粒子的速率分别为v U 和v α，由动量守恒，有m U v U ＝m αv α，⑧又由动能的定义知E kU ＝12m U v 2U ，E k α＝12m αv 2α.⑨由⑧⑨式得E kU E k α＝m αm U.⑩ 由⑦⑩式得E k α＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ]．代入题给数据得E k α≈5.034 MeV. 答案：(1)23994Pu →235 92U *＋42He235 92U *→23592U ＋γ(或23994Pu →23592U ＋42He ＋γ) (2)5.034 MeV17．(14分)(2014·海南卷)一静止原子核发生α衰变，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B 的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R 的圆．已知α粒子的质量为m ，电荷量为q ，新核的质量为M ，光在真空中的速度大小为c .求衰变前原子核的质量．解析：设衰变产生的α粒子的速度大小为v ，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得：qvB ＝m v 2R.①设衰变后新核的速度大小为v 1，衰变前后动量守恒，有：0＝Mv 1－mv .② 设衰变前原子核质量为M 0，衰变前后能量守恒，有：M 0c 2＝Mc 2＋12Mv 21＋mc 2＋12mv 2.③联立以上三式解得：M 0＝(M ＋m )⎣⎢⎡⎦⎥⎤1＋（qBR ）22Mmc 2.答案：(M ＋m )⎣⎢⎡⎦⎥⎤1＋（qBR ）22Mmc 218．(14分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应，即63Li ＋10n →31H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1)31H 的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转3周时，粒子31H 旋转几周？图甲 图乙解析：(1)反应前后动量守恒：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氢核质量)代入数值可解得：v 1＝－1.0×103m/s ，方向与v 0相反． (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40.(3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2，所以它们的旋转周数之比n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3，即42He 旋转三周，31H 旋转2周．答案：(1)大小为1.0×103m/s ，方向与v 0相反 (2)3∶40 (3)2周百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。