第十九章 原子核 寒假复习题

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人教版 高中物理 选修3-5 第十九章 原子核 寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是(　　)
A． 氢
B． 镉
C． 氧
D． 水
2.在足够大的匀强磁场中一粒静止的Th核发生衰变，释放出的粒子运动方向与磁场垂直，现在探测到新核与放出粒子的运动轨迹均为圆，如图所示，则下列判断正确的是(　　)

A．Th核发生的是α衰变
B． 轨迹2是释放出的粒子的轨迹
C． 衰变后的新核沿顺时针方向旋转
D． 释放出的粒子沿顺时针方向旋转
3.放射性同位素Na的半衰期是2小时.400 g的Na样品经过4小时，还没有发生衰变的样品有(　　)
A． 400 g
B． 300 g
C． 200 g
D． 100 g
4.用中子轰击硼核(B)发生的核反应是：B＋n→Li＋X.其中的X粒子应是(　　)
A． α粒子
B． β粒子
C． 质子
D． 中子
5.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用．带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是(　　)
A． 射线的贯穿作用
B． 射线的电离作用
C． 射线的物理、化学作用
D． 以上三个选项都不是
6.下列说法正确的是(　　)
A． 卢瑟福的原子核式结构模型很好的解释了α粒子散射实验
B． 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的
C． β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D． 查德威克发现了天然放射现象说明原子具有复杂的结构
7.如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，则(　　)

A． ①电离作用最强，是一种电磁波
B． ②贯穿本领最弱，用一张白纸就可以把它挡住
C． 原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1个
D． 原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少4，中子数比原来少2个
8.利用氦3(He)和氘进行的聚变反应安全无污染，容易控制．月球上有大量的氦3，每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一．已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是：2H→He＋n＋3.26 MeV，若有2 g氘全部发生聚变，则释放的能量是(NA为阿伏加德罗常数)(　　)
A． 0.5×3.26 MeV
B． 3.26 MeV
C． 0.5NA×3.26 MeV
D．NA×3.26 MeV
9.如果某放射性元素经过x次α衰变和y次β衰变，变成一种新原子核，则这个新原子核的质子数比放射性元素原子核的质子数减少(　　)
A． 2x＋y
B．x＋y
C．x－y
D． 2x－y
10.以下几个核反应方程中，X代表α粒子的方程式是(　　)
A．He＋Be→C＋X
B．Th→Pa＋X
C．H＋H→n＋X
D．P→Si＋X
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)下列说法中正确的是(　　)
A． 恒星的颜色与恒星的质量和体积有关
B． 恒星的表面温度越高，颜色越红
C． 恒星的亮度与恒星的体积和温度及它与地球的距离有关
D． 恒星的寿命与构成恒星的物质、温度、亮度有关
12.(多选)关于质能方程，下列说法中正确的是(　　)
A． 质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B． 物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C． 物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D． 某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
13.(多选)下面说法正确的是(　　)
A． 卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
B．H＋H→He＋y是核聚变反应方程
C． β射线是由原子核外的电子电离产生
D． α射线是由氢原子核衰变产生
14.(多选)放射性元素铯137发生β衰变的核反应方程式为：Cs→Ba＋e，其半衰期为30年．以下说法正确的是(　　)
A． 核反应方程式中x为137
B． 核反应方程式中y为57
C． 经过60年铯原子核将不复存在
D． 该核反应的本质是一个中子转变成一个质子和一个电子
第Ⅱ卷
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1.008 7 u，质子的质量为1.007 3 u，氦核的质量为4.002 6 u，试计算中子和质子生成1 kg的氦时，要释放出多少核能？
16.一瓶有放射性同位素的溶液，测得平均每分钟内有8×1014个原子发生衰变．已知该同位素的半衰期为2天，衰变后的物质不具有放射性．现将该溶液倒入水库， 设10天后溶液均匀分布到水库中，这时从水库中取出1 cm3的水，测得平均每分钟内有20个原子发生衰变，能否由此推算该水库中现存的水量？
17.用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．已知1 u相当于931.5 MeV的能量
(1)写出核反应方程．
(2)求出质量亏损．
(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
18.在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________.
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，铀核的质量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的U的质量．



答案
1.【答案】D
【解析】在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂，D正确．
2.【答案】D
【解析】根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，故A错误；由题意，静止的Th发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B错误；根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知：新核要沿逆时针方向旋转，而释放出的粒子要沿顺时针方向旋转．故C错误，D正确．
3.【答案】D
4.【答案】A
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知：X的电荷数为2；质量数为4，因此X为α粒子，故A正确，B、C、D错误．
5.【答案】B
【解析】因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．
6.【答案】A
【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，很好的解释了α粒子散射实验现象，故A正确；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而说明了原子是有复杂结构的，故B错误；β射线是原子核内部的中子转化为质子同时释放出的电子，故C错误；贝可勒尔发现天然放射性，由于天然放射性是原子核发生变化而产生的，则说明原子核是有内部结构的．故D错误．
7.【答案】C
【解析】①向右偏转，知①带负电，为β射线，实质是电子，电离作用不是最强，故A错误；②不带电，为电磁波，穿透能力最强，故B错误；根据电荷数守恒知，原子核放出一个①粒子后，电荷数多1，故C正确；③向左偏，知③带正电，为α射线，原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少2，质量数少4，则中子数少2，故D错误．
8.【答案】C
【解析】2 g氘共有NA个氘核，每2个氘核反应就放出3.26 MeV能量，2 g氘全部发生聚变，释放的能量为0.5NA×3.26 MeV，所以C项正确．
9.【答案】D
【解析】1次α衰变质子数减少2,1次β衰变质子数增加1，所以质子数减少2x－y，即D正确．
10.【答案】C
【解析】由核反应前后质量数和电荷数守恒知X的质量数是1，电荷数是0，X是中子，故A错误；同理B、D错误，C正确．
11.【答案】AC
【解析】恒星的颜色与恒星的质量和体积有关，故A正确；恒星的表面温度越低，颜色越红，故B错误；恒星的亮度与恒星的体积和温度及它与地球的距离有关，故C正确；恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．故D错误．
12.【答案】BD
【解析】质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以选项B、D正确．
13.【答案】AB
【解析】卢瑟福依据α粒子散射实验的现象，提出了原子的“核式结构”理论．故A正确；聚变是质量较轻的核转化为质量较大的核，所以方程H＋H→He＋y是核聚变反应方程．故B正确；β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子．故C错误；α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来．故D错误.
14.【答案】AD
【解析】根据质量数守恒，知137＝x＋0，解得x＝137，故A正确；根据电荷数守恒，知55＝y－1，解得y＝56，故B错误；铯137的半衰期为30年，经过60年还有的铯原子核未发生衰变，故C错误；β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确．
15.【答案】6.59×1014J
【解析】先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1 kg氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程2H＋2n→He，生成一个氦核过程的质量亏损Δm＝(1.008 7 u＋1.007 3 u)×2－4.002 6 u＝0.029 4 u，释放的核能ΔE＝0.029 4×931.5 MeV＝27.386 MeV，生成1 kg氦核释放的能量E＝nΔE，E＝×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19J≈6.59×1014J.
16.【答案】1.25×106m3
【解析】由题意得：8×1014×()5×＝20，V＝1.25×106m3，即水库中水量为1.25×106m3.
17.【答案】(1)Li＋n→H＋He＋4.8 MeV　(2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV
【解析】(1)核反应方程为Li＋n→H＋He＋4.8 MeV(2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝u≈0.005 2 u(3)根据题意有m1v1＝m2v2式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3.(4)α粒子的动能Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV.
18.【答案】(1)n　3　(mU－mBa－mKr－2mn)c2　(2)1 103.7 kg
【解析】(1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.(2)因核电站发电效率为40%，故核电站消耗U的功率为P′＝＝kW＝2.5×106kW.核电站每年产生的能量为W＝P′t＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J产生这些能量消耗的铀核的数目：n＝＝≈2.83×1027(个)，每年消耗U的质量为M＝nmU＝2.83×1027×390×10－27kg＝1 103.7 kg.