高中物理人教版5第十九章原子核 公開課

章末綜合測評(四)(時間：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4個選項中，第1～5題只有一個選項符合要求，第6～8題有多個選項符合要求．全選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分．)1．在人類認識原子與原子核結構的過程中，符合物理學史的是()A．查德威克通過實驗證實了盧瑟福關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構學說C．居里夫人首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象D．玻爾通過原子核的人工轉變發(fā)現(xiàn)了質子【答案】A2．典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時放出x個中子：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，鈾235質量為m1，中子質量為m2，鋇144質量為m3，氪89的質量為m4，下列說法正確的是()A．該核反應類型屬于人工轉變B．該反應放出能量(m1－2m2－m3－m4)c2C．x的值是2D．該核反應比聚變反應對環(huán)境的污染少【解析】該核反應是核裂變，不是人工轉變，故A錯誤；核反應方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n中根據(jù)質量數(shù)守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根據(jù)愛因斯坦質能方程，該反應放出能量為：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B正確，C錯誤；該核反應生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯誤．【答案】B3．硼10俘獲1個α粒子，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不穩(wěn)定的，它放出y粒子變成碳13，那么，x粒子和y粒子分別為()【導學號：54472098】A．中子和正電子 B．中子和電子C．質子和正電子 D．質子和中子【解析】由核反應方程eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(0,1)e，所以A選項正確．【答案】A4．太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子．若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向()【導學號：54472099】A．一定與μ子同方向B．一定與μ子反方向C．一定與μ子在同一直線上D．不一定與μ子在同一直線上【解析】中微子衰變成μ子和τ子，滿足動量守恒，μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，τ子必定也在這條直線上．【答案】C5．一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核的反應方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，此反應過程產生的質量虧損為Δm.已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c.若1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應生成氦，則在這個核反應中釋放的能量為()【導學號：54472100】\f(1,2)NAΔmc2 B．NAΔmc2C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2【解析】一個氘核和一個氚核結合成一個氦核時，釋放出的能量為Δmc2,1mol的氘核和1mol的氚核結合成1mol的氦核釋放能量為NAΔmc2.【答案】B6．放射性元素eq\o\al(238,92)U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以經一次衰變變成eq\o\al(210,a)X(X代表某種元素)，也可以經一次衰變變成eq\o\al(b,81)Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)T1最后都變成eq\o\al(206,82)Pb，衰變路徑如圖1所示．則()圖1A．a＝84B．b＝206\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是β衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是α衰變\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是α衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是β衰變【解析】由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X，質量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時知a＝84.由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時知b＝206.【答案】ABC7．“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個核外電子，核內一個質子變?yōu)橹凶?，原子核衰變成一個新核，并且放出一個中微子(其質量小于電子質量且不帶電)．若一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計)，則 ()A．生成的新核與衰變前的原子核質量數(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量大小相等【解析】質子與中子的質量數(shù)相同，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質量數(shù)相同，A正確；新核質子數(shù)減少，故核電荷數(shù)減少，B錯誤；新核與原核質子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，C錯誤；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)初動量為零，所以生成的新核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確．【答案】AD8．太陽內部發(fā)生的核反應主要是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應可以看做是4個氫核(eq\o\al(1,1)H)結合成1個氦核(eq\o\al(4,2)He)．下表中列出了部分粒子的質量(1u相當于MeV的能量)，以下說法中正確的是 ()粒子名稱質子pα粒子電子e中子n質量/u35557A.核反應方程式為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)eB．核反應方程式為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,－1)eC．4個氫核結合成1個氦核時的質量虧損約為6uD．4個氫核聚變反應過程中釋放的能量約為MeV【解析】根據(jù)核反應過程中質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒關系可判斷A正確，B錯誤；根據(jù)質能方程可知C、D正確．【答案】ACD二、非選擇題(本題共5小題，共52分．按題目要求作答．)9．(4分)由圖2所示可得出結論：質子和中子的質量之和________氘核的質量，氘核分解為質子和中子時要________能量．圖2【解析】由圖可以看出，氘核分解為質子和中子的過程中是吸收能量的，因此兩個核子質量之和大于氘核的質量．【答案】大于吸收10．(8分)我國自行設計并研制的“人造太陽”——托卡馬克實驗裝置運行，獲得重大進展，這標志著我國已經邁入可控熱核反應領域先進國家行列．該反應所進行的聚變過程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，反應原料氘(eq\o\al(2,1)H)富存于海水中，而氚(eq\o\al(3,1)H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)的人工核轉變得到．(1)請把下列用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)產生一個氚核(eq\o\al(3,1)H)和一個新核的人工核轉變方程填寫完整：________＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(3,1)H.(2)在(1)中，每產生1g氚的同時有多少個eq\o\al(6,3)Li核實現(xiàn)了核轉變？(阿伏伽德羅常數(shù)NA取×1023mol－1)(3)一個氘核和一個氚核發(fā)生核聚變時，平均每個核子釋放的能量為×10－13J，求該核聚變過程中的質量虧損.【導學號：54472101】【解析】(1)核反應方程為eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H.(2)因為1g氚為eq\f(1,3)mol，根據(jù)核反應方程，實現(xiàn)核轉變的eq\o\al(6,3)Li也為eq\f(1,3)mol，所以有×1023個eq\o\al(6,3)Li實現(xiàn)了核轉變．(3)根據(jù)愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，核聚變反應中有5個核子參加了反應，5個核子釋放總能量ΔE＝5××10－13J＝×10－12J，所以質量虧損為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f×10－12,3×1082)kg＝×10－29kg.【答案】(1)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(4,2)He(2)×1023個(3)×10－29kg11．(10分)1926年美國波士頓的內科醫(yī)生盧姆加特等首次應用放射性氡研究人體動、靜脈血管床之間的循環(huán)時間，被譽為“臨床核醫(yī)學之父”．氡的放射性同位素有27種，其中最常用的是eq\o\al(222,86)\o\al(222,86)Rn經過m次α衰變和n次β衰變后變成穩(wěn)定的eq\o\al(206,82)Pb.(1)求m、n的值；(2)一個靜止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)放出一個α粒子后變成釙核(eq\o\al(218,84)Po)．已知釙核的速度v＝1×106m/s，求α粒子的速率.【導學號：54472261】【解析】(1)4m＝222－206，m＝486＝82＋2m－n，n＝4.(2)由動量守恒定律得mαvα－mPov＝0解得vα＝×107m/s.【答案】(1)44(2)×107m/s12．(14分)為測定某水庫的存水量，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8×107次，這種同位素的半衰期為2天，10天以后從水庫取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？【導學號：54472262】【解析】由每分鐘衰變次數(shù)與其質量成正比出發(fā)，運用半衰期知識可求出存水量．設放射性同位素原有質量為m0,10天后其剩余質量為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eq\f(m,Q)，由每分鐘衰變次數(shù)與其質量成正比eq\f(m0,m/Q)＝eq\f(8×107,10)，即eq\f(10Q,8×107)＝eq\f(m,m0)，由半衰期公式得：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)由以上兩式聯(lián)立代入數(shù)據(jù)得eq\f(10Q,8×107)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(10,2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5解得水庫的存水量為Q＝×105m3.【答案】×105m313．(16分)eq\o\al(3,1)H的質量是050u，質子的質量是277u，中子的質量是665u．則：(1)一個質子和兩個中子結合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結合能和比結合能各是多少？(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？【導學號：54472263】【解析】(1)一個質子和兩個中子結合成氚核的核反應方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反應前各核子總質量為mp＋2mn＝277u＋2×665u＝