第十七章原子核单元评估

1第十七章单元评估(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)一、选择题1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的【解析】卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷与几乎的全部质量都集中在原子核里；带负电的电子在核外的空间运动．由此可知，A正确．【答案】A2．下列判断正确的是()A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B．从卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子核的大小C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子总能量增加D．入射光的强度越大，发生光电效应的可能性越大【答案】BC3．有下列5个核反应方程：对以上核反应分类，列成下表，则分类正确的是()选项衰变裂变聚变A②①⑤③B①②⑤④C①②⑤③④D⑤①②④【答案】B4．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是2()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零【解析】考查结合能的概念及能量守恒定律的简单应用．只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合能时，多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确．【答案】AD5．质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如32He是31H的镜像核，为6，中子数为7，质子数与中子数刚好互换，A正确；D项属于聚变反应，一定放出能量．【答案】AD6．如下图甲所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出图乙所示的四条径迹，则()A．磁场的方向一定垂直于纸面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹D．b为α粒子的径迹，c为β粒子的径迹【解析】衰变过程中满足动量守恒，粒子与新核的动量大小相等，方向相反，据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β3衰变．又因为R＝mvqB知半径与电荷量成反比，可知答案为B、D.【答案】BD7．氡是一种惰性气体，它广泛存在于人类生活和工作环境中，是一种由天然放射性元素(铀、镭)衰变形成的放射性气体，在自然界可通过岩石裂缝、土壤间隙、地下水源(包括温泉)不断向大气中转移和释放．据测定，天然气中的氡含量明显高于煤制气，所以对于使用天然气的居民来说，如果没有专用的排放废气的设备，氡对室内的污染与危害不容忽视．一静止的核衰变为核时，放出一个α粒子．当氡被吸入人体后，将继续发生α衰变，放出射线形成“内放射”．根据上述材料，你认为下列说法正确的是()【解析】根据核反应中质量数守恒、核电荷数守恒，知A错误；核内质子数与中子数之差为136－86＝50，B错误，D正确；半衰期是对大量原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变，对少数原子核此规律不成立，C错误．【答案】D8．裂变反应是目前核能利用中常见的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为235.04321.0087138.917893.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位，取1u的质量对应的能量为9.3×102MeV)，此裂变反应中()A．释放出的能量是30×102MeV，X是中子B．释放出的能量是30MeV，X是质子C．释放出的能量是1.8×102MeV，X是中子D．释放出的能量是1.8×102MeV，X是质子【解析】据核反应过程中质量数和电荷数守恒可判断X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087)u＝0.1926u，可见该反应释放能量，释放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102MeV＝1.8×102MeV【答案】C49．图像法解题是高中物理的重要方法之一，其中从图像中获取有用信息是解题的关键．关于下面四个图像中的信息说法正确的是()A．由甲图可知，①②两个物体同时同地做加速度不同的匀加速直线运动B．由乙图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能，原子核D和E聚变成原子核F要吸收核能C．图丙是某单摆的共振曲线，已知重力加速度为g＝10m/s2，由丙图信息可以求出单摆的摆长D．丁图是氡的衰变，纵坐标表示的是任意时刻氡的质量与t＝0时质量的比值，由图像可知氡的半衰期为7.6天【解析】在v－t图像中可知①②两个物体同时做加速度不同的匀加速直线运动，初速度不同，出发位置不一定相同，A错误；乙图中，轻核D、E结合成质量较重的原子核F和重核A分裂成质量较轻的原子核B、C都要放出能量，B错误；由单摆的共振曲线可知，单摆的固有频率f＝0.3Hz，周期T＝1f，根据T＝2πLg可以求出摆长，C正确；根据半衰期的定义结合丁图可知氡的半衰期为3.8天，D错误．【答案】C10．“嫦娥一号”月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空．该卫星用太阳能电池板作为携带科研仪器的电源，它有多项科研任务，其中一项是探测月球上氦3的含量．氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子质量为1.00783u，中子质量为1.008665u,1u相当于931.5MeV.则下列说法正确的是()A．氘和氦3的核聚变反应方程式：21H＋32He―→42He＋X，其中X是中子B．氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeVC．一束太阳光相继通过两个偏振片，若以光束为轴旋转其中一个偏振片，则透射光的强度不发生变化5D．通过对月光进行光谱分析，可知月球上存在氦3元素【解析】本题考查原子核及光学的相关知识．核反应方程必须遵守质量数守恒和电荷数守恒，所以A错；释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(2.0136u＋3.0150u－1.00783u－1.008665u)×931.5MeV＝17.9MeV，B对；太阳光相继通过两个偏振片，当偏振片旋转时，透过的光的能量发生变化，强度变化，C错；月亮本身不发光，月光是反射的太阳光，所以不能对月亮进行光谱分析，D错误．【答案】B二、非选择题11．(1)近期媒体报道，叛逃到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(Po)．Po的半衰期为138d，经衰变生成稳定的铅(Pb)，那么经过276d,100gPo已衰变的质量为________g.(2)用速度为v0、质量为m1的42He核轰击质量为m2的静止的147N核，发生核反应，最终产生两种新粒子A和B.其中A为178O核，质量为m3，速度为v3；B的质量为m4.①计算粒子B的速度vB.②粒子A的速度符合什么条件时，粒子B的速度方向与He核的运动方向相反．【解析】(1)根据半衰期的定义，经过276d(两个半衰期),100gPo已衰变的质量为1002＋502＝75g.(2)①由动量守恒定律有：m1v0＝m3v3＋m4vB解得：vB＝m1v0－m3v3m4②B的速度与He核的速度方向相反，即：m1v0－m3v3＜0，解得：v3＞m1v0m3【答案】(1)75(2)①m1v0－m3v3m4②大于m1v0m312．一个静止的氡核，放出一个α粒子后衰变为钋核.假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能．已知M氡＝222.08663u、mα＝4.00387u、M钋＝218.0766u,1u对应的能量为931.5MeV.(1)写出上述核反应方程．(2)求出发生上述核反应放出的能量．(3)确定钋核与α粒子的动能．【解析】(1)(2)质量亏损Δm＝222.08663u－4.00387u－218.0766u＝0.00616u.ΔE＝0.00616u×931.5MeV≈5.74MeV①(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：6ΔE＝Ekα＋Ek钋②由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋③又Ek＝p22m④故Ekα∶Ek钋＝218∶4⑤联立①②⑤解得Ek钋＝0.1MeV，Ekα＝5.64MeV.【答案】(1)＋42He＋γ(2)5.74MeV(3)0.1MeV5.64MeV13．钚的同位素离子23994Pu发生衰变后生成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09MeV的光子．从静止的钚核中放出的α粒子在垂直通过正交的匀强电场和匀强磁场时做匀速直线运动．已知匀强电场的电场强度为E电＝2.22×104N/C，匀强磁场的磁感应强度为B＝2.00×10－4T．(普朗克恒量h＝6.63×10－34J·s，真空中的光速为c＝3×108m/s，电子电荷量为e＝1.6×10－19C)．求：(1)写出该核反应方程式；(2)该光子的波长；(3)放出的α粒子的速度大小；(4)若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比．【解析】(1)23994Pu―→23592U＋42He.(2)由E＝hν，λ＝c/ν得λ＝hcE＝6.63×10－34×3×1080.09×106×1.6×10－19m＝1.38×10－11m.(3)由qvB＝qE电得vα＝E电B＝1.11×108m/s.(4)核反应中系统的动量守恒mαvα－mUvU＝0可知α粒子和铀核的动量大小相等，由Ek＝p22m，知动能大小与质量成反比，所以α粒子和铀核的动能之比为EαEU＝2354.【答案】(1)略(2)1.38×10－11m(3)1.11×108m/s(4)EαEu＝2354