物理：人教版選修3-5 第十九章 原子核 章綜合 檢測

(時(shí)間：90分鐘，滿分：100分)一、選擇題(本題共12小題，每小題5分，共60分．在每小題給出的四個選項(xiàng)中，有的只有一個選項(xiàng)正確，有的有多個選項(xiàng)正確，全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯或不答的得0分)1．下列說法正確的是()A．γ射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．β射線比α射線更容易使氣體電離C．太陽輻射的能量主要來源于重核裂變D．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自輕核聚變解析：選A.γ射線是不帶電的電磁波，在電場和磁場中都不會偏轉(zhuǎn)，故A正確；因?yàn)棣辽渚€比β射線的電離能力強(qiáng)，所以B錯；太陽輻射的能量來源是輕核聚變，核反應(yīng)中進(jìn)行的裂變反應(yīng)，故C、D錯．2．(2010年高考天津理綜卷)下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是()A．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分B．玻爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短D．比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固解析：選B.原子核是由質(zhì)子和中子組成的，β衰變是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變成為質(zhì)子同時(shí)生成電子，即β粒子，故A錯．半衰期由原子核本身決定，與外界環(huán)境因素?zé)o關(guān)，C錯．比結(jié)合能越大表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，D錯．玻爾提出的氫原子能級不連續(xù)就是原子能量的量子化，B對．3．2006年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過(鈣48)轟擊(锎249)發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第118號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素．實(shí)驗(yàn)表明，該元素的原子核先放出3個相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過3次α衰變后，變成質(zhì)量為282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子x是()A．中子 B．質(zhì)子C．電子 D．α粒子解析：選A.從118號元素衰變到112號元素，電荷數(shù)少了6個，3次α衰變就使得原子核的質(zhì)子數(shù)少6，因此3次x衰變，電荷數(shù)不變，只是改變了質(zhì)量數(shù)，所以x是中子．4.(2010年高考福建理綜卷)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進(jìn)行年代測定的方法．若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t＝0時(shí)14C的質(zhì)量．下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()圖19－1解析：選C.據(jù)半衰期的計(jì)算公式知，經(jīng)時(shí)間t，剩余的14C的質(zhì)量為m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)，對應(yīng)圖象為一指數(shù)函數(shù)圖象，C選項(xiàng)符合題意．5．(2011年高考北京理綜卷)表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)β衰變的方程是()A.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H解析：選B.β衰變的實(shí)質(zhì)是放射出電子(eq\o\al(0,－1)e)，由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知B正確．6．根據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，又稱“人造太陽”，已完成了首次工程調(diào)試，下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是()A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．“人造太陽”釋放的能量大小計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太陽”核能大小計(jì)算公式是E＝eq\f(1,2)Δmc2解析：選AC.“人造太陽”是全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，核反應(yīng)是輕核聚變，而不是重核裂變，故A項(xiàng)對，B項(xiàng)錯；“人造太陽”是利用海水中的eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H輕核聚變而產(chǎn)生大量的能量，放出的能量是用質(zhì)量虧損計(jì)算的，釋放核能大小的計(jì)算依據(jù)是愛因斯坦質(zhì)能方程，C項(xiàng)對，D項(xiàng)錯．7．(2011年高考重慶理綜卷)核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會輻射γ射線．下列說法正確的是()A．碘131釋放的β射線由氦核組成B．銫137衰變時(shí)輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C．與銫137相比，碘131衰變更慢D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)解析：選D.β射線的本質(zhì)是電子，并非氦核，A項(xiàng)錯；γ光子的頻率大于可見光光子的頻率，由E＝hν可知γ光子的能量大于可見光光子的能量，B項(xiàng)錯誤；半衰期越小表示元素衰變越快，C項(xiàng)錯；同位素含有相同的質(zhì)子數(shù)但中子數(shù)不同，故D項(xiàng)正確．8．1個鈾235吸收1個中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出196MeV的能量，則1g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為(NA為阿伏加德羅常數(shù))()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：選D.1g純鈾235有eq\f(1,235)×NA個鈾235的原子核，因此1g純鈾吸收中子完全發(fā)生核反應(yīng)，可以放出的能量為eq\f(NA,235)×196MeV，即D正確，A、B、C錯誤．9．由圖19－2可得出結(jié)論()圖19－2A．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量B．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量C．氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量D．質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)要吸收能量解析：選C.該反應(yīng)是吸能反應(yīng)，所以兩個核子質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量．10．光子的能量是hν，動量的大小為hν/c.如果一個靜止的放射性元素的原子核在發(fā)生γ衰變時(shí)只發(fā)出一個γ光子．則衰變后的原子核()A．仍然靜止B．沿著與光子運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動C．沿著與光子運(yùn)動方向相反的方向運(yùn)動D．可以向任何方向運(yùn)動解析：選C.本題考查放射性元素發(fā)生衰變時(shí)除滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒外還需滿足動量守恒，因此一個靜止的放射性元素的原子核發(fā)出一個γ光子后，衰變后的原子核必沿著與光子運(yùn)動方向相反的方向運(yùn)動．11．浙江秦山核電站第三期工程兩個6.0×109kW發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)電站的核能來源于eq\o\al(235,92)U的裂變，現(xiàn)有四種說法，你認(rèn)為正確的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92個質(zhì)子、143個中子B.eq\o\al(235,92)U的一種典型的裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度時(shí)半衰期將縮短D．若一個eq\o\al(235,92)U裂變，反應(yīng)質(zhì)量虧損為0.3578×10－27kg，則釋放的能量約201MeV，合3.2×10－11J解析：選ABD.原子核中的質(zhì)子數(shù)即為原子序數(shù)，所以eq\o\al(235,92)U的質(zhì)子數(shù)為92，中子數(shù)為235－92＝143個，A正確；由電荷數(shù)和質(zhì)量守恒可判斷B正確；半衰期與外部環(huán)境無關(guān)，C錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可判斷D正確．12．“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個核外電子，核內(nèi)一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱雍怂プ兂梢粋€新核，并且放出一個中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電)．若一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計(jì))，則()A．生成的新核與衰變前的原子核質(zhì)量數(shù)相同B．生成新核的電荷數(shù)增加C．生成的新核與衰變前的原子核互為同位素D．生成的新核與中微子的動量大小相等解析：選AD.發(fā)生“軌道電子俘獲”時(shí)，一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱|(zhì)子與中子的總量不變，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，A正確；新核質(zhì)子數(shù)減少，故核電荷數(shù)減少，B錯；新核與原核質(zhì)子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，C錯；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)．系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)初動量為零，所以生成的新核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確．選A、D.二、計(jì)算題(本題共4小題，共40分．解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13．(8分)用加速后動能Ek0的質(zhì)子eq\o\al(1,1)H轟擊靜止的原子核X，生成兩個動能均為Ek的eq\o\al(4,2)He核，并釋放出一個頻率為ν的γ光子．寫出上述核反應(yīng)方程并計(jì)算核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損．(光在真空中傳播速度為c)解析：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→2eq\o\al(4,2)He(或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He)該核反應(yīng)釋放出來的核能為ΔE＝2Ek＋hν－Ek0由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得質(zhì)量虧損Δm＝eq\f(2Ek＋hν－Ek0,c2).答案：見解析14．(8分)(2011年高考天津理綜卷)回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力地推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展．當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備PET/CT堪稱“現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高科技之冠”，它在醫(yī)療診斷中，常利用能放射正電子的同位素碳11作示蹤原子．碳11是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氮14獲得，同時(shí)還產(chǎn)生另一粒子，試寫出核反應(yīng)方程．若碳11的半衰期τ為20min，經(jīng)2.0h剩余碳11的質(zhì)量占原來的百分之幾？(結(jié)果取2位有效數(shù)字)解析：核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He設(shè)碳11原有質(zhì)量為m0，經(jīng)過t1＝2.0h剩余的質(zhì)量為mr，根據(jù)半衰期定義有eq\f(mr,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))≈1.6%.答案：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He1.6%15．(10分)(2011年浙江金華質(zhì)檢)若eq\o\al(235,92)U俘獲一個中子裂變成eq\o\al(90,38)Sr及eq\o\al(136,54)Xe兩種新核，且三種原子核的質(zhì)量分別為235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子質(zhì)量為1.0087u(1u＝1.6606×10－27kg,1u相當(dāng)于931.50MeV)(1)寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程；(2)求9.2kg純鈾235完全裂變所釋放的能量是多少？(取兩位有效數(shù)字)解析：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n.(2)因?yàn)橐粋€鈾核裂變的質(zhì)量虧損Δm＝(235.0439u＋1.0087u)－(89.9077u＋135.9072u＋10×1.0087u)＝0.1507u，故9.2kg的鈾裂變后總的質(zhì)量虧損為ΔM＝6.02×1023×0.1507×9.2×103/235u＝3.55×1024u，所以ΔE＝ΔMc2＝3.55×1024×931.50MeV＝3.3×1027MeV.答案：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n(2)3.3×1027MeV圖19－316．(14分)靜止在勻強(qiáng)磁場中的鋰核俘獲一個速度為7.7×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，反應(yīng)中放出的α粒子的速度為2×104m/s，其方向與反應(yīng)前的中子相同，如圖19－3所示．(1)寫出核反應(yīng)方程式；(2)求反沖核的速度；(3)當(dāng)α粒子旋轉(zhuǎn)6周時(shí)，反沖核旋轉(zhuǎn)幾周．解析：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He.(2)核反應(yīng)前后滿