高中物理 第十九章 原子核單元質(zhì)量評估（含解析）新人教版選修35.doc

第十九章 原子核 (90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分。多選題已在題號后標(biāo)出)1.(2015汕頭高二檢測)核反應(yīng)方程24he+714n817o+x,x所代表的粒子是()a.11h b.12h c.-10e d.01n【解析】選a。根據(jù)核反應(yīng)所遵循的兩個(gè)守恒,即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得x的質(zhì)量數(shù)=4+14-17=1,電荷數(shù)=2+7-8=1,因此,x代表的粒子為11h,選項(xiàng)a正確。2.(2015韶關(guān)高二檢測)盧瑟福用粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)為:714n+24he817o+11h。已知氮核質(zhì)量為mn=14.007 53u,氧核的質(zhì)量為mo=17.004 54u,氦核質(zhì)量mhe=4.003 87u,質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp=1.008 15u,(已知:1 uc2=931 mev)對于這一核反應(yīng),下列說法正確的是()a.放出熱量0.001 29 mevb.吸收熱量0.001 29 mevc.放出熱量1.20 mevd.吸收熱量1.20 mev【解析】選d。質(zhì)量虧損m=mn+mhe-mo-mp=-0.001 29 u,由質(zhì)能方程得:e=mc2=-1.20 mev,故這一核反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng),吸收的能量為1.20 mev,d項(xiàng)正確。【互動(dòng)探究】若入射氦核以v0=3107m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核。反應(yīng)生成的氧核和質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng),且速度大小之比為150。求氧核的速度大小?！窘馕觥縿?dòng)量守恒mhev0=mhvh+movo又:vovh=150解得:vo=1.8106m/s答案：1.8106m/s3.(2013大綱版全國卷)放射性元素()經(jīng)衰變成為釙(),半衰期約為3.8天;但勘測表明,經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后,目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素的礦石,其原因是()a.目前地殼中的主要來自于其他放射性元素的衰變b.在地球形成的初期,地殼中元素的含量足夠高c.當(dāng)衰變產(chǎn)物積累到一定量以后, 的增加會(huì)減慢的衰變進(jìn)程d.主要存在于地球深處的礦石中,溫度和壓力改變了它的半衰期【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)知道半衰期大小的決定因素。(2)理解半衰期的意義?！窘馕觥窟xa。元素半衰期的長短由原子核自身因素決定,一般與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)以及周圍環(huán)境、溫度無關(guān),c、d錯(cuò);即使元素氡的含量足夠高,經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代,地殼中也幾乎沒有氡了,一定是來自于其他放射性元素的衰變,故a對,b錯(cuò)。4.現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)方程:1124na1224mg+-10e;92235u+01n56141ba+3692kr+301n;12h+13h24he+01n。下列說法正確的是()a.是裂變,是衰變;是聚變b.是聚變,是裂變;是衰變c.是衰變,是裂變;是聚變d.是衰變,是聚變;是裂變【解析】選c。的箭頭左側(cè)只有一個(gè)核,為衰變,箭頭右側(cè)有電子,所以是衰變。為典型的裂變和聚變方程,只有c正確。5.(2015福州高二檢測)一個(gè)氡核衰變成釙核并放出一個(gè)粒子,其半衰期為3.8天,1 g氡經(jīng)過7.6天衰變掉的質(zhì)量以及衰變成的過程中放出的粒子分別是()a.0.25 g,粒子 b.0.75 g,粒子c.0.25 g,粒子 d.0.75 g,粒子【解析】選b。氡核半衰期為3.8天,7.6天為2個(gè)半衰期,所以1 g氡7.6天衰變掉的質(zhì)量為0.75 g,由+24he知衰變成的過程中放出的粒子是24he,即粒子,所以選項(xiàng)b正確。6.(多選)(2015廣東高考)科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚,再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量,核反應(yīng)方程分別為:x+y24he+13h+4.9 mev和12h+13h24he+x+17.6 mev,下列表述正確的有()a.x是中子b.y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6c.兩個(gè)核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損d.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)【解析】選a、d。根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知x是中子,a正確;y的質(zhì)子數(shù)為3,中子數(shù)為3,b錯(cuò)誤;聚變放出能量,由質(zhì)能方程可知一定有質(zhì)量虧損,該反應(yīng)為核聚變反應(yīng),c錯(cuò)誤,d正確。7.(多選)(2015清遠(yuǎn)高二檢測)下列說法中正確的是()a.采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期b.由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)放出光子c.約里奧居里夫人用粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)了中子d.原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量【解析】選b、d。放射性元素的半衰期由元素的原子核決定,與化學(xué)、物理狀態(tài)無關(guān),故選項(xiàng)a錯(cuò)誤;由玻爾理論可知,氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程放出光子,選項(xiàng)b正確;由物理學(xué)史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;核子結(jié)合成原子核放出核能,因此原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于核原子核的質(zhì)量,選項(xiàng)d正確。8.(多選)正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(pet)的基本原理是將放射性同位素815o注入人體,參與人體的代謝過程,815o在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像,則根據(jù)pet原理判斷下列表述正確的是()a.815o在人體內(nèi)衰變方程是815o715n+10eb.正、負(fù)電子湮滅方程是10e+-10e2c.在pet中,815o主要用途是作為示蹤原子d.在pet中,815o主要用途是參與人體的新陳代謝【解析】選a、b、c。由題意知a、b正確,顯像的原理是采集光子,即注入人體內(nèi)的815o衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為光子,因此815o主要用途是作為示蹤原子,故c對,d錯(cuò)。9.(2015湛江高二檢測)在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)靜止的氡原子核(),由于衰變它放出一個(gè)粒子,此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)相互外切的圓,大圓與小圓的直徑之比為421,如圖所示,那么氡核的衰變方程應(yīng)為()【解析】選b。由于粒子與反沖核的徑跡是外切的,據(jù)左手定則可知,該粒子一定帶正電。由于粒子與反沖核的動(dòng)量大小相等,據(jù)r=mvbq,又由已知大圓與小圓的直徑之比為421,所以粒子與反沖核的電量之比為142,故b正確。10.靜止的氡核86222rn放出粒子后變成釙核84218po,粒子動(dòng)能為e。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和粒子的動(dòng)能,真空中的光速為c,則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為()a.4218ec2b.2224ec2c.222218ec2 d.218222ec2【解析】選c。由于動(dòng)量守恒,反沖核和粒子的動(dòng)量大小相等,由ek=p22m1m,它們的動(dòng)能之比為4218,因此衰變釋放的總能量是222218e,由質(zhì)能方程得質(zhì)量虧損是222218ec2,故c正確。11.(多選)朝鮮的“核危機(jī)”引起了全世界的矚目,其焦點(diǎn)問題就是朝鮮生產(chǎn)供研制核武器用的钚239(94239pu),這種94239pu可由鈾239(92239u)經(jīng)過衰變而產(chǎn)生。則下列判斷中正確的是()a.94239pu與92239u的核內(nèi)具有相同的中子數(shù)b.94239pu與92239u的核內(nèi)具有相同的核子數(shù)c.92239u經(jīng)過1次衰變產(chǎn)生94239pud.92239u經(jīng)過2次衰變產(chǎn)生94239pu【解析】選b、d。94239pu的核子數(shù)是239,中子數(shù)為239-94=145,而92239u的核子數(shù)是239,中子數(shù)為239-92=147,所以94239pu與的核內(nèi)具有相同的核子數(shù),不同的中子數(shù),選項(xiàng)a錯(cuò)誤,b正確;92239u經(jīng)過1次衰變,生成的新核的質(zhì)子數(shù)為90,所以產(chǎn)生物不是94239pu,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷出,92239u經(jīng)過2次衰變后產(chǎn)生的新核是94239pu,選項(xiàng)d正確。12.(多選)中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),質(zhì)量虧損為m,相應(yīng)的能量e=mc2=2.2 mev是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是()a.用能量小于2.2 mev的光子照射靜止氘核時(shí),氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子b.用能量等于2.2 mev的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和為零c.用能量大于2.2 mev的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和為零d.用能量大于2.2 mev的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和不為零【解析】選a、d。氘核分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子時(shí),所需吸收的能量不能小于其結(jié)合能2.2 mev,故a對;光子照射氘核時(shí),光子和氘核組成的系統(tǒng)總動(dòng)量不為零,由動(dòng)量守恒定律得,光子被氘核吸收后,分解成的質(zhì)子和中子的總動(dòng)量不為零,故總動(dòng)能也不為零,所以把氘核分解為質(zhì)子和中子所需的能量應(yīng)大于2.2 mev,故d對,b、c錯(cuò)?！疽族e(cuò)提醒】解答本題的兩個(gè)易錯(cuò)點(diǎn):(1)僅考慮了能量守恒而忽略了動(dòng)量守恒容易錯(cuò)選b。(2)光子照射時(shí)能量全部被吸收,誤認(rèn)為能量可以部分被吸收,錯(cuò)選c。二、計(jì)算題(本大題共4小題,共40分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(8分)一個(gè)氘(12h)和一個(gè)氚(13h)結(jié)合成一個(gè)氦(24he),同時(shí)放出一個(gè)中子,已知氚核質(zhì)量為m1=2.014 1 u,氘核質(zhì)量為m2=3.016 0 u,氦核質(zhì)量為m3=4.002 6 u,中子質(zhì)量為m4=1.008 7 u。(1)寫出聚變的核反應(yīng)方程。(2)反應(yīng)過程中釋放的能量為多少?平均每個(gè)核子能放出多少核能?【解析】(1)核反應(yīng)方程為12h+13h24he+01n+e (2分)(2)反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損為m=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.018 8 u (2分)e=mc2=0.018 8931.5 mev=17.5 mev (2分)平均每個(gè)核子釋放的核能為17.55mev=3.5 mev (2分)答案:見解析14.(10分)(2015滄州高二檢測)一個(gè)鋰核(37li)受到一個(gè)質(zhì)子(11h)轟擊變?yōu)?個(gè)粒子(24he)。已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.672 610-27kg,鋰原子的質(zhì)量為11.650 510-27kg,一個(gè)粒子的質(zhì)量為6.646 710-27kg。(1)寫出該核反應(yīng)的方程。(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少?(真空中光速c=3.0108m/s)【解析】(1)根據(jù)題意,一個(gè)鋰核(37li)受到一個(gè)質(zhì)子(11h)轟擊變?yōu)?個(gè)粒子(24he),故其核反應(yīng)的方程為:37li+11h224he (5分)(2)因?yàn)閑=mc2=(11.650 510-27kg+1.672 610-27kg-26.646 710-27kg)(3108m/s)2=2.67310-12j (5分)答案:(1)37li+11h224he(2)2.67310-12j15.(10分)(2015薊縣高二檢測)钚的放射性同位素靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)*和粒子,而鈾核激發(fā)態(tài)*立即衰變?yōu)?并放出能量為0.097 mev的光子。已知、和粒子的質(zhì)量分別為mpu=239.052 1 u、mu=235.043 9 u和m=4.002 6 u,u=931.5 mev/c2。(1)寫出衰變方程。(2)已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略,求粒子的動(dòng)能。【解析】(1)衰變方程為:(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損m=mpu-mu-m 放出的能量e=mc2 這些能量是鈾核的動(dòng)能eu、粒子的動(dòng)能e和光子的能量e之和,即e=eu+e+e 由式得eu+e=(mpu-mu-m)c2-e (2分)設(shè)衰變后的鈾核和粒子的速度分別為vu和v,則由動(dòng)量守恒定律有muvu=mv 又由動(dòng)能的定義知eu=12muvu2,e=12mv2 由式得eue=mmu 由式得e=mumu+m(mpu-mu-m)c2-e (2分)代入數(shù)據(jù)得e=5.034 mev (2分)答案:(1) (2)5.034 mev16.(12分)如圖甲所示,靜止在勻強(qiáng)磁場中的36li核俘獲一個(gè)速度為v0=7.7104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng),即36li+01n13h+24he,若已知24he的速度v2=2.0104m/s,其方向與反應(yīng)前中子速度方向相同,試求:(1)13h的速度大小和方向。(2)在圖乙中,已畫出并標(biāo)明兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,請計(jì)算出軌道半徑之比。(3)當(dāng)24he旋轉(zhuǎn)三周時(shí),粒子13h旋轉(zhuǎn)幾周?【解析】(1)反應(yīng)前后動(dòng)量守恒:m0v0=m1v1+m2v2(v1為氚核速度,m0、m1、m2分別代表中子、氚核、氦核質(zhì)量) (2分)代入數(shù)值可解得:v1=-1.0103m/s,方向與v0相反。 (2分)(2)13h和24he在磁場中均受洛倫茲力,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比r1r2=m1v1bq1m2v2bq2=340。 (3分)(3)13h和24he做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比t1t2=2m1bq12m2bq2=32 (3