高中物理 第三章 核反應與核能滾動檢測 教科版選修3-5

滾動檢測(三)核反應與核能(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，共56分)1．物理學是一門以實驗為基礎的學科，任何理論和學說的建立都離不開實驗，下面有關物理理論或?qū)W說關系的說法中正確的是()．A．α粒子散射實驗表明了原來具有核式結(jié)構(gòu)B．光電效應實驗證實了光具有粒子性C．電子的發(fā)現(xiàn)表明了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒D．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)證實了玻爾原子理論解析選項A、B、C的描述是正確的、弗蘭克——赫茲實驗證實了玻爾原子理論，D錯．答案ABC2．一個氡核eq\o\al(222,86)Rn衰成釙核eq\o\al(218,84)Po并放出一個粒子，其半衰期為3.8天.1g氡經(jīng)過7.6天衰變掉氡的質(zhì)量，以及eq\o\al(222,86)Rn衰變成的過程放出的粒子是()．A．0.25g，α粒子 B．0.75g，α粒子C．0.25g，β粒子 D．0.75g，β粒子解析7.6天是兩個半衰期，剩下的質(zhì)量占原來的eq\f(1,4)，1g氡衰變掉的質(zhì)量為0.75g，又由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，放出的粒子質(zhì)量數(shù)是4，核電荷數(shù)2，該粒子是α粒子，因而B對．答案B3．一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m，鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛，已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有()．A經(jīng)過兩個半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾了B．經(jīng)過兩個半衰期后，原來所含的鈾元素的原子核有eq\f(m,2)發(fā)生了衰變C．經(jīng)過三個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩eq\f(m,8)D．經(jīng)過一個半衰期后，該礦石的質(zhì)量剩下eq\f(M,2)解析經(jīng)過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應該還有eq\f(m,4)，經(jīng)過三個半衰期后還剩eq\f(m,8).因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變．本題選C.答案C4．原子核eq\o\al(238,92)U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,90)Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,91)Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,92)U，放射性衰變①、②和③依次為()．A．α衰變、β衰變和β衰變B．β衰變、β衰變和α衰變C．β衰變、α衰變和β衰變D．α衰變、β衰變和α衰變解析eq\o\al(238,92)U,eq\o\al(234,90)Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變，eq\o\al(234,90)Th,eq\o\al(234,91)Pa，質(zhì)子數(shù)加1，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.eq\o\al(234,91)Pa,eq\o\al(234,92)U，質(zhì)子數(shù)加1，說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子．答案A5．下列說法正確的是()．A．任何元素都具有放射性B．同一元素，單質(zhì)具有放射性，化合物可能沒有C．元素的放射性與溫度無關D．放射性就是該元素的化學性質(zhì)解析原子序數(shù)大于83的所有元素都有放射性，小于等于83的元素有的就沒有放射性，所以A錯；放射性是由原子核內(nèi)部因素決定的，與該元素的物理、化學狀態(tài)無關，所以C對，B、D錯，故選C.答案C6．以下說法中正確的是()．A．原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電B．原子核中的質(zhì)子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子解析原子中除了帶負電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，整個原子可能呈電中性，故A錯；對于中性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，故B不確切；正是用α粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因為絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子存在，故D正確．答案CD7．美國科研人員正在研制一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳63eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(63,28)Ni))和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片做電池兩極外接負載為負載提供電能．下面有關該電池的說法正確的是：()．A．鎳63的衰變方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(63,27)CuB．鎳63的衰變方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(63,29)CuC．外接負載時鎳63的電勢比銅片高D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳到銅片解析鎳63和銅片作為電池兩極，由于鎳63發(fā)生β衰變釋放電子給銅片，故在電池內(nèi)部電子由鎳63移到銅片，鎳63應為電池的正極．答案BC8．下列關于天然放射現(xiàn)象的說法正確的是()．A．放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期B．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領很強C．當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變D．放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線解析半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間，故A錯誤；α、β、γ三種射線中，α粒子速度最小，其貫穿本領最小，故B錯誤；β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生了電子，故C錯誤；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，釋放能量，輻射出γ射線，故D正確．答案D二、非選擇題(本題共4小題，共44分)9．(9分)年3月11日，當?shù)貢r間14時46分，大自然驟然間露出猙獰面目，一場9.0級劇烈地震襲擊了日本．地震之后則是海嘯，3月11日，東京電力公司福島第一核電站自動停止運轉(zhuǎn)，隨著一號機組、三號機組、二號機組和四號機組的相繼爆炸和起火，“核危機”的陰云籠罩日本列島乃至整個世界如圖1-所示．放射性劑量的標準單位叫做西弗，定義是每千克人體組織吸收1焦耳能量(放射過程中釋放的能量)為1西弗.1西弗＝1000毫西弗；1毫西弗＝1000微西弗．雷姆(rem)是測量輻射對人體傷害的劑量的單位，1雷姆(rem)＝0.01J/kg.1雷姆(rem)＝________西弗＝________毫西弗＝________微西弗．圖1答案10－21010410．(11分)一小瓶含有某種放射性同位素的溶液，每分鐘衰變6000次，將它注射到某人的血液中，經(jīng)過15h后從此人身上取出10mL的血液，測得每分鐘有2次衰變，已知這種同位素的半衰期為5h，試計算這個人血液的總體積為多少？解析根據(jù)放射性元素的衰變規(guī)律可知，放射性元素在單位時間內(nèi)的衰變數(shù)量與放射性元素的含量成正比，設原來溶液中放射性同位素的含量為m0，經(jīng)過15h后變?yōu)閙，則m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(15,5)＝eq\f(m0,8).設取出10mL的血液中放射性同位素的質(zhì)量為m′，人體內(nèi)的血液體積為V，如果認為含放射性的溶液在血液中是均勻分布的．則有eq\f(m,V)＝eq\f(m′,V′)，故V＝eq\f(m,m′)V′，又由單位時間衰變數(shù)量與放射性物質(zhì)的含量成正比．即eq\f(m,m′)＝eq\f(\f(1,8)m0,m′)＝eq\f(6000,16)所以V＝eq\f(m,m′)V′＝eq\f(6000,16)×10mL＝3.75×103mL.答案3.75×103mL11．(12分)1930年科學家發(fā)現(xiàn)釙放出的射線貫穿能力極強，它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，1932年，英國年輕物理學家查德威克用這種未知射線分別轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出一些氫核和氮核．若未知射線均與靜止的氫核和氮核正碰，測出被打出的氫核最大速度為vH＝3.5×107m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7×106m/s，假定正碰時無機械能損失，設未知射線中粒子質(zhì)量為m，初速為(1)推導被打出的氫核和氮核的速度表達式；(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，推算出未知射線中粒子的質(zhì)量m與質(zhì)子的質(zhì)量m′之比(已知氮核質(zhì)量為氫核質(zhì)量的14倍)．解析(1)碰撞滿足動量守恒和機械能守恒，與氫核碰撞時有mv＝mv1＋mHvH，eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mHveq\o\al(2,H)解之得vH＝eq\f(2m,m＋mH)v，同理可得vN＝eq\f(2m,m＋mN)v.(2)由上面可得eq\f(vH,vN)＝eq\f(m＋mN,m＋mH)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(m,m′)＝eq\f(m,mH)＝1.0165.答案見解析12．(12分)如圖2-所示，在xOy平面上，一個以原點O為中心、半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在著一勻強磁場，磁場的磁感應強度為B，方向垂直于xOy平面向內(nèi)．在O處原來靜止著一個具有放射性的原子核eq\o\al(13,7)N(氮)，某時刻該核發(fā)生衰變，放出一個正電子和一個反沖核．已知正電子從O點射出時沿x軸正方向，而反沖核剛好不會離開磁場區(qū)域，正電子電荷量為e.不計重力影響和粒子間的相互作用．圖2(1)試寫出eq\o\al(13,7)N的衰變方程；(2)求正電子離開磁場區(qū)域時的位置．解析(1)eq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(0,＋1)e.(2)設正電子質(zhì)量為m1，速度為v1，軌道半徑為R1，反沖核質(zhì)量為m2，速度為v2，軌道半徑為R2.如圖所示，正電