2019-2020学年高中物理 第四章 原子核 章末过关检测（四）课件 粤教版选修3-5

章末过关检测(四)一、单项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)1．根据有关放射性知识，下列说法正确的是()A．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短B．与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制C．氡的半衰期为3.8天，则若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核了D．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强解析：选B.放射性元素衰变的快慢由核内部自身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态和外部条件都没有关系，A项错误；放射性同位素的优点之一是便于人为控制，B项正确；半衰期是一种统计规律，四个氡核是否立即衰变受多种偶然因素的支配，C项错误；γ射线穿透能力最强，但电离本领最弱，D项错误．2．下列核反应方程中，属于α衰变的是()A．147N＋42He→178O＋11HB．23892U→23490Th＋42HeC．21H＋31H→42He＋10nD．23490Th→23491Pa＋0－1e解析：选B.α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B正确．3．下列关于放射性现象的说法中，正确的是()A．原子核发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4B．原子核发生α衰变时，生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量C．原子核发生β衰变时，生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1D．单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的解析：选D.原子核发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，A错误；生成核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量，B错误；原子核发生β衰变时，生成核的质量数与原来的原子核的质量数相同，C错误；放射性元素的半衰期由原子核的内部因素决定，跟元素的化学状态无关，所以单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的，D正确．4．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是15天，30天，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M甲∶M乙是()A．1∶4B．4∶1C．2∶1D．1∶2解析：选B.对60天时间，甲元素经4个半衰期，乙元素经2个半衰期，由题知M甲124＝M乙122，则M甲∶M乙＝4∶1，故B正确．5．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，Q2＞Q1B．X是42He，Q2＞Q1C．X是32He，Q2＜Q1D．X是42He，Q2＜Q1解析：选B.11H＋126C→137N中质量亏损为Δm1＝(1.0078＋12.0000－13.0057)u＝0.0021u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知11H＋157N→126C＋X中X的电荷数为2、质量数为4，质量亏损为Δm2＝(1.0078＋15.0001－12.0000－4.0026)u＝0.0053u，根据爱因斯坦的质能方程可知Q1＝Δm1c2、Q2＝Δm2c2，则Q1＜Q2.二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)6．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5∶1，如图所示，那么碳的衰变方程是()A．146C→42He＋104BeB．146C→01e＋145BC．146C→0－1e＋147ND．146C→21H＋125B解析：选BD.由于两个轨迹为外切圆，所以放出的粒子和反冲核速度方向相反，由左手定则可知它们均带正电荷．而衰变过程中两核的动量守恒，即两核的动量大小相等，方向相反，即m1v1＝m2v2，由于qvB＝mv2R则q＝mvBR，知半径之比R1∶R2＝5∶1，则它们的电荷量之比为q1∶q2＝R2∶R1＝1∶5，B、D项正确．7．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是()A．α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C．γ射线一般是伴随着α或β射线产生的，它的穿透能力最强D．γ射线是电磁波，它的穿透能力最强解析：选CD.α射线是速度约为光速1/10的氦核流，由原子核中的两个质子和两个中子组成，穿透本领很弱，电离作用很强，故A错；β射线是速度接近光速的电子流，其实质是原子核中的一个中子变为质子，同时放出一个电子，贯穿本领很强，电离作用较弱，所以B错；γ射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，电离作用很弱．对于同一个原子核，不可能同时发生α衰变和β衰变．放射性元素同时发出三种射线，是不同原子核同时衰变的结果，γ射线总是伴随着α射线或β射线而产生的，C、D均对．8．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6MeV，下列表述正确的有()A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H＋31H→42He＋X＋17.6MeV知X为10n，由X＋Y→42He＋31H＋4.9MeV知Y为63Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误；X＋Y→42He＋31H＋4.9MeV是原子核的人工转变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6MeV为轻核聚变，选项D正确．9．关于核反应方程23490Th→23491Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子)，已知23490Th的半衰期为T，则下列说法正确的是()A．23491Pa没有放射性B．23491Pa比23490Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变C．N0个23490Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为34N0ΔE(N0数值很大)D．23490Th的比结合能为ΔE234解析：选BC.原子序数大于或等于83的元素都有放射性，A错误；X粒子是电子，它是由中子衰变成一个质子而放出电子，所以此核反应为β衰变，B正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N0个23490Th经2T时间发生两次衰变，C正确；ΔE不是23490Th原子核分解成自由核子的结合能，则D错误．10．放射性元素23892U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Tl，210aX和b81Tl最后都变成20682Pb，衰变路径如图所示．则()A．a＝84，b＝206B．21083Bi→210aX是β衰变，21083Bi→b81Tl是α衰变C．21083Bi→210aX是α衰变，21083Bi→b81Tl是β衰变D．b81Tl经过一次β衰变变成20682Pb解析：选ABD.由21083Bi→210aX，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由21083Bi→b81Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由20681Tl→20682Pb发生了一次β衰变．三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式或重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11．(10分)一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6000次．将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取出10cm3的血样，测得每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期是5小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积．解析：根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数N0＝6000×60×5×2个＝3600000个．15小时以后，剩余的放射性同位素原子核数N1＝N012tτ＝3600000×12155个＝450000个．刚抽出血样时10cm3血液中的放射性同位素总原子核数n＝2×60×5×2个＝1200个．人体内所有血液的总量为N1n×10＝4500001200×10cm3＝3750cm3.答案：3750cm312．(14分)假设某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)在括号内填写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10n前的系数为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，解得m＝PtMNAΔE≈22kg.答案：(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22kg13．(16分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的63Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104m/s的中子而发生核反应，即63Li＋10n→31H＋42He，若已知42He的速度v2＝2.0×104m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：(1)31H的速度大小和方向．(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比．(3)当42He旋转三周时，粒子31H旋转几周？解析：(1)反应前后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得：v1＝－1.0×103m/s，方向与v0相反．(2)31H和42He在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r1∶r2＝m1v1Bq1∶m2v2Bq2＝3∶40.(3)31H和42He做匀速圆周运动的周期之比T1∶T2＝2πm1Bq1∶2πm2Bq2＝3∶2所以它们的旋转周数之比：n1∶n2＝T2∶T1＝2∶3，即42He旋转三周，31H旋转2周．答案：(1)大小为1.0×103m/s，方向与v0相反(2)3∶40(3)2周