高三基础知识天天练物理162

第七模块第16章第2单元一、选择题1．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H＋126C→137N＋Q1，11H＋157N→126C＋X＋Q2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核11H32He42He126C137N157N质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是()A．X是32He，Q2Q1B．X是42He，Q2Q1C．X是32He，Q2Q1D．X是42He，Q2Q1解析：由核反应中质量数、电荷数守恒可确定X是α粒子．两个核反应中的质量亏损分别为Δm1＝(1.0078＋12.0000－13.0057)u＝0.0021u，Δm2＝(1.0078＋15.0001－12.0000－4.0026)u＝0.0053u，结合爱因斯坦质能方程Q＝Δmc2知Q1Q2，故B正确．答案：B2．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，信息中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋3717Cl―→3718Ar＋0－1e.已知3717Cl核的质量为36.95658u，3718Ar核的质量为36.95691u，0－1e的质量为0.00055u,1u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上信息，可以判断()A．中微子不带电B．中微子就是中子C.3717Cl和3718Ar是同位素D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确，而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而3717Cl和3718Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.00055＋36.95691－36.95658)u＝0.00088u，而1u质量对应的能量为931.5MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.00088MeV≈0.82MeV，故D项正确．答案：AD3．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，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3解析：核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．答案：B二、填空与计算题4．在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多发出__________条不同频率的谱线．解析：由题意知，这群氢原子原来处于n＝4的能级．它向低能级跃迁时，发出光谱线的条数为4×3×12＝6(种)．答案：65．1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中，少数α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型．若用动能为1MeV的α粒子轰击金箔，则其速度约为________m/s.(质子和中子的质量均为1.67×10－27kg,1MeV＝1×106eV)解析：通过α粒子散射实验可观察到的现象是：绝大多数α粒子几乎不偏转，有少数α粒子发生大角度偏转，甚至有的原方向返回；α粒子由两个质子和两个中子构成，由动能Ek＝12mv2得，α粒子的速度v＝2Ekm＝2×106×1.6×10－194×1.67×1027m/s图3＝6.9×106m/s.答案：大6.9×1066．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P是3015P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1mg3215P随时间衰变的关系如图3所示，请估算4mg的3215P经多少天的衰变后还剩0.25mg?解析：3015P衰变的方程式：3015P―→3014Si＋01e，即这种粒子为正电子．图中纵坐标表示剩余3215P的质量，经过t天4mg的3215P还剩0.25mg，也就是1mg中还剩0.254mg＝0.0625mg，由图示估读出此时对应天数为56天．答案：(1)正电子(2)t＝56天(54～58天都算对)7．静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(42He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．(1)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；(2)此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据．解析：(1)用m1、m2和m3分别表示中子(10n)、氦核(42He)和氚核的速度，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3代入数值，得v3＝－8.1×106m/s即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s方向与反应前中子的速度方向相反．(2)反应前的总动能E1＝12m1v21反应后的总动能E2＝12m2v22＋12m3v23经计算知E2E1，故可知反应中发生了质量亏损．答案：(1)8.1×106m/s，与反应前中子的速度方向相反(2)E2E1发生了质量亏损8．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u.(1)聚变的核反应方程式是__________，在聚变核反应中释放出的能量为__________MeV(保留两位有效数字)．(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为31H＋42He―→73Li，已知各核子比结合能分别为EH＝1.112MeV、EHe＝7.075MeV、ELi＝5.603MeV，试求此核反应过程中释放的核能．解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为21H＋21H―→32He＋10n.核反应过程中的质量亏损：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.0136u－(3.0150＋1.0087)u＝3.5×10－3u.由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：ΔE＝3.5×10－3×931.5MeV＝3.3MeV.(2)31H和42He分解成7个核子所需的能量为E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV7个核子结合成73Li，释放的能量为E2＝7×5.603MeV＝39.221MeV所以此核反应过程中释放的核能为ΔE＝E2－E1＝39.221MeV－31.636MeV＝7.585MeV.答案：(1)21H＋21H―→32He＋10n3.3(2)7.585MeV9．为了捍卫我国的领海主权，随着我国综合国力的不断增强，相信在不远的将来，我国会拥有自己的航空母舰，假设航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋()10n(1)在括号内填出10n前的系数；(2)用m1、m2、m3分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235kg/mol，一个月约为t＝2.6×106s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，计算结果保留两位有效数字)解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知系数为3.(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，同时E＝mMNAΔE，所以Pt＝mMNAΔE，解得m＝PtMNAΔE＝22kg.答案：(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22kg10．三个α粒子结合成一个碳126C，已知碳原子的质量为12.0000u，氦原子质量为4.0026u.(1)写出核反应方程；(2)这个核反应放出的能量是多少？(3)这个能量相当多少兆电子伏特？解析：①342He―→126C＋ΔE②Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078uΔm＝0.0078×1.66×10－27kg＝12.95×10－27kgΔE＝Δm·c2＝1.16×10－12J③ΔE＝1.16×10－12(1.6×10－19)MeV＝7.25MeVΔE＝0.0078×931.5MeV＝7.25MeV答案：(1)342He―→126C＋ΔE(2)1.16×10－12J(3)7.25MeV11．目前我国已启动第三代核电自主化依托工程，确定三门核电站一号机组于2008年3月份开工，2009年3月浇筑第一罐混凝土，2013年8月首次并网发电，届时它将成为世界上第一台使用AP1000核电技术的核电站.23592U受中子轰击时会发生裂变，产生13956Ba和9436Kr，同时放出200MeV的能量．现要建设发电能力是50万kW的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1)解析：铀235释放的能量等于一天发电的电能．计算出50万kW的电站一天发出的电能，也就是一天所需的铀235释放的核能，进而求得铀235的质量．根据发电功率计算出每天应发电能的总量为：E＝24×3.6×103×P＝4.32×1013J要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为：n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024则对应的质量为：m＝nNA·M＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg答案：0.527kg12．已知氘核(21H)质量为2.0136u，中子(10n)质量为1.0087u，氦核(32He)质量为3.0150u,1u相当于931.5MeV.(1)写出两个氘核聚变成32He的核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)；(3)若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应后生成的氦核(32He)和中子(10n)的速度大小之比是多少？解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程为：21H＋21H―→32He＋10n(2)质量亏损Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2.0136u×2－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以核反应中释放的核能为ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)由动量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn得vHe∶vn＝1∶3答案：(1)21H＋21H―→32He＋10n(2)3.26MeV(3)1∶3