高中物理 第19章 原子核章末分層突破 新人教選修3-5

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第19章原子核 (時(shí)間：50分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題包括8小題，每小題6分，共48分．在每小題給出的5個(gè)選項(xiàng)中有3項(xiàng)符合題目要求，選對(duì)1個(gè)得2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得6分．每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) 1．在人類認(rèn)識(shí)原子與原子核結(jié)構(gòu)的過程中，符合物理學(xué)史的是(　　) A．查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了盧瑟福關(guān)于中子的猜想是正確的 B．湯姆孫首先提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 C．居里夫人首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象 D．盧瑟福通過原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 E．貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象 【答案】　ADE 2．典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時(shí)放出x個(gè)中子：U＋n→Ba＋Kr＋xn，鈾235質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，鋇144質(zhì)量為m3，氪89的質(zhì)量為m4，下列說法正確的是(　　) A．該核反應(yīng)類型屬于人工轉(zhuǎn)變 B．該反應(yīng)放出能量(m1－2m2－m3－m4)c2 C．x的值是3 D．該核反應(yīng)比聚變反應(yīng)對(duì)環(huán)境的污染少 E．該核反應(yīng)屬于核裂變，比聚變反應(yīng)對(duì)環(huán)境的污染重 【解析】　該核反應(yīng)是核裂變，不是人工轉(zhuǎn)變，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程U＋n→Ba＋Kr＋xn中根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，該反應(yīng)放出能量為：ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B、C正確；該核反應(yīng)生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯(cuò)誤，E正確． 【答案】　BCE 3．關(guān)于近代物理，下列說法正確的是(　　) A．α射線是高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核 B．核聚變反應(yīng)方程H＋H→He＋n中，n表示質(zhì)子 C．從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率成正比 D．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征 E．愛因斯坦給出了物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，E＝mc2 【解析】　α射線是氦原子核，A對(duì)；n表示中子，B錯(cuò)；據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能隨照射光的頻率的增大而增大，并不成正比，C錯(cuò)；玻爾的量子觀念能解釋氫原子光譜，D對(duì)，是愛因斯坦給出了E＝mc2. 【答案】　ADE 4．(2016全國丙卷)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*.下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為p＋Al→Si* B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒 C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 E．硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致 【解析】　核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為p＋Al→Si*，說法A正確．核反應(yīng)過程中遵從動(dòng)量守恒和能量守恒，說法B正確，說法C錯(cuò)誤．核反應(yīng)中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，說法D錯(cuò)誤．根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，說法E正確． 【答案】　ABE 5．放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Tl，X和T1最后都變成Pb，衰變路徑如圖1所示．則(　　) 圖1 A．a(chǎn)＝84 B．b＝206 C.Bi→X是β衰變，Bi→Tl是α衰變 D.Bi→X是α衰變，Bi→Tl是β衰變 E.Tl經(jīng)過一次α衰變變成Pb 【解析】　由Bi→X，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時(shí)知a＝84.由Bi→Tl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時(shí)知b＝206，由Tl→Pb發(fā)生了一次β衰變． 【答案】　ABC 6．下列說法中正確的是(　　) A．α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了原子核還可以再分 B．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu) C．分別用X射線和紫光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)，則用X射線照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較大 D．基態(tài)氫原子吸收一個(gè)光子躍遷到激發(fā)態(tài)后，可能發(fā)射多種頻率的光子 E．要使輕核聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15 m以內(nèi) 【解析】　α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象證明了原子核還可以再分，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤；X射線的頻率高于紫光的頻率，用X射線照射金屬時(shí)獲得光電子的最大初動(dòng)能會(huì)更大，選項(xiàng)C正確；基態(tài)氫原子吸收一個(gè)光子發(fā)生躍遷，當(dāng)躍遷到較高的能級(jí)時(shí)(n≥3)，就可能發(fā)射多種頻率的光子，選項(xiàng)D正確．要使輕核發(fā)生聚變必須使它們的距離達(dá)到10－15以內(nèi)，核力才能起作用．E正確 【答案】　CDE 7．“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個(gè)核外電子核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶樱雍怂プ兂梢粋€(gè)新核，并且放出一個(gè)中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電)．若一個(gè)靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動(dòng)量可不計(jì))，則 (　　) A．生成的新核與衰變前的原子核質(zhì)量數(shù)相同 B．生成新核的核電荷數(shù)增加 C．生成的新核與衰變前的原子核互為同位素 D．生成的新核與中微子的動(dòng)量大小相等 E．在發(fā)生“軌道電子俘獲”的過程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒 【解析】　質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)相同，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，A正確；新核質(zhì)子數(shù)減少，故核電荷數(shù)減少，B錯(cuò)誤；新核與原核質(zhì)子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，C錯(cuò)誤；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)初動(dòng)量為零，所以生成的新核與中微子的動(dòng)量大小相等，方向相反，D、E正確． 【答案】　ADE 8．太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看做是4個(gè)氫核(H)結(jié)合成1個(gè)氦核(He)．下表中列出了部分粒子的質(zhì)量(1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)，以下說法中正確的是 (　　) 粒子名稱 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n 質(zhì)量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7 A.核反應(yīng)方程式為4H→He＋2e B．核反應(yīng)方程式為4H→He＋2e C．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.026 6 u D．4個(gè)氫核聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8 MeV E．四個(gè)氫核聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8 J 【解析】　根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒關(guān)系可判斷A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)能方程可知C、D正確，E錯(cuò)誤． 【答案】　ACD 二、非選擇題(本題共5小題，共52分) 9．(4分)由圖2所示可得出結(jié)論質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和________氘核的質(zhì)量，氘核分解為質(zhì)子和電子時(shí)要________能量． 圖2 【解析】　由圖可以看出，氘核分解為質(zhì)子和中子的過程中是吸收能量的，因此兩個(gè)核子質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量． 【答案】　大于　吸收 10．(8分)(2016全國甲卷)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是______．(填正確答案標(biāo)號(hào)) A. C→N＋e B.P→S＋e C. U→Th＋He D. N＋He→O＋H E. U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 【解析】　α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項(xiàng)E是常見的一種裂變；聚變是兩個(gè)較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項(xiàng)F是典型的核聚變過程． 【答案】　C　AB　E　F 11．(10分)1926年美國波士頓的內(nèi)科醫(yī)生盧姆加特等首次應(yīng)用放射性氡研究人體動(dòng)、靜脈血管床之間的循環(huán)時(shí)間，被譽(yù)為“臨床核醫(yī)學(xué)之父”．氡的放射性同位素有27種，其中最常用的是Rn.Rn經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變后變成穩(wěn)定的Pb. (1)求m、n的值； (2)一個(gè)靜止的氡核(Rn)放出一個(gè)α粒子后變成釙核(Po)．已知釙核的速度v＝1106 m/s，求α粒子的速率. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390061】 【解析】　(1)4m＝222－206，m＝4 86＝82＋2m－n，n＝4 (2)由動(dòng)量守恒定律得mαvα－mPov＝0 解得vα＝5.45107 m/s 【答案】　(1)4　4　(2)5.45107 m/s 12．(14分)為測(cè)定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8107次，這種同位素的半衰期為2天，10天以后從水庫取出1 m3的水，并測(cè)得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390062】 【解析】　由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比出發(fā)，運(yùn)用半衰期知識(shí)可求出存水量． 設(shè)放射性同位素原有質(zhì)量為m0,10天后其剩余質(zhì)量為m，水庫存水量為Q,10天后每立方米水中放射性元素的存量為，由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比＝，即＝，由半衰期公式得：m＝m0 由以上兩式聯(lián)立代入數(shù)據(jù)得 ＝＝5 解得水庫的存水量為Q＝2.5105 m3. 【答案】　2.5105 m3 13．(16分)H的質(zhì)量是3.016 050 u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u，中子的質(zhì)量是1.008 665 u．則： (1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是吸收還是放出能量？該能量為多少？ (2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？ (3)如果這些能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390063】 【解析】　(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程式是H＋2n―→H，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為mp＋2mn＝1.007 277 u＋21.008 665 u＝3.024 607 u 反應(yīng)后新核的質(zhì)量為mH＝3.016 050 u 質(zhì)量虧損為 Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u ＝0.008 557 u 因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)為放出能量的反應(yīng)． 釋放的核能為ΔE＝Δm931.5 MeV＝0.008 557931.5 MeV＝7.97 MeV. (2)氚核的結(jié)合能即為ΔE＝7.97 MeV 它的比結(jié)合能為＝2.66 MeV. (3)放出光子的頻率為 ν＝＝ Hz＝1.921021 Hz. 【答案】　(1)釋放核能　7.97 MeV (2)7.97 MeV　2.66 MeV (3)1.921021 Hz