高中物理人教版选修3-5 作业题 第十九章　《原子核》 测试题 Word版含解析

第十九章　《原子核》综合测试

一、选择题(1～6为单选，7～10为多选，每小题4分，共40分)
1．下列说法不正确的是(　D　)
A.H＋H→He＋n是聚变
B.U＋n→Xe＋Sr＋2n是裂变
C.Ra→Rn＋He是α衰变
D.Na→Mg＋e是裂变
解析：原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，如本题中的C和D两选项．原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程．裂变是重核分裂成质量较小的核，如B选项．聚变是轻核结合成质量较大的核，如A选项．由上述可知D选项是错误的．
2．一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的有(　C　)
A．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了
B．经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变
C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8
D．经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2
解析：经过两个半衰期后铀元素的质量还剩m/4，A、B项均错误；经过三个半衰期后，铀元素的质量还剩m/8，C项正确；经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M－，故D项错误．
3．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He.下列说法正确的是(　B　)
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
解析：静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有＝，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．
4．钴Co放射β射线变成镍Ni同位素，这种新形成的镍同位素处于激发态，它要过渡到稳定态将发出哪种射线(　C　)
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．X射线
解析：处于激发态的原子核要将能量以光子的形式放出去，即发射γ射线，选项C正确．
5．如图1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，得出如图2所示的四条径迹，则(　B　)
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．b为β粒子的径迹
解析：衰变过程中满足动量守恒，释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根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β衰变．
6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理念，其中的两个核反应方程为：H＋C―→N＋Q1，H＋N―→C＋X＋Q2.
方程式中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核 H He He C N N
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
　以下推断正确的是(　B　)
A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为He，所以选项A，C错．由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以选项B正确，D错．
7．下列说法正确的是(　ABD　)
A．图甲中，当弧光灯发出的光照射到锌板上时，与锌板相连的验电器铝箔有张角，证明光具有粒子性
B．图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，当入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
C．图丙中，用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，不能发生光电效应
D．图丁中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系知，若D和E能结合成F，结合过程一定会释放能量
解析：光子具有能量，锌板中的电子吸收光子后脱离锌板，锌板带有正电，验电器铝箔张开，说明光子的能量是一份一份的，显示出粒子性，光电效应能说明光具有粒子性，A正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，结合图象可知纵截距的绝对值代表的是逸出功，W0＝E＝hν0，当入射光的频率为2ν0时，最大初动能为Ek＝2hν0－W0＝E，B正确；图丙中放出光子的能量，根据能级跃迁公式得出hν＝E2－E1＝10.2 eV>6.34 eV，所以能发生光电效应，C错误；图丁中D和E结合成F，存在质量亏损，一定会释放能量，D正确．
8．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．一个静止原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面的说法中正确的是(　AB　)
A．母核的质量数等于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同
D．子核的动能大于中微子的动能
解析：设发生“轨道电子俘获”的核为X，转变为的子核为Y，则其衰变方程为X＋e―→Y＋νe，由此可知A、B正确；衰变过程中动量守恒，由于初动量为零，所以子核的动量与中微子的动量大小相等，但方向相反，C错误；由动量与动能的关系Ek＝，因为m子核>m中微，所以Ek中微>Ek子核，D错误．
9．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的元电荷e，π0介子不带电．如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2.今有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直．在P点该介子发生了上述衰变．衰变后产生的π－介子沿v反方向射出，其运动轨迹为图中虚线所示的“心”形图线．则以下说法正确的是(　BD　)
A．π－介子的运行轨迹为PENCMDP
B．π－介子运行一周回到P用时为T＝
C．B1＝4B2
D．π0介子做匀速直线运动
解析：根据左手定则可知，π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，所以选项A错误；π－介子在左侧磁场中运动轨迹半径r1＝，在右侧磁场中运动的轨迹半径r2＝，由题图可知r2＝2r1，所以B1＝2B2，选项C错误；π－介子运行一周回到P点用时为T＝＋＝，选项B正确；π0介子不带电，将做匀速直线运动，选项D正确．
10.U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次①衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次②衰变变成81Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图所示．则图中的(　AB　)
A．a＝84，b＝206
B．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的
C．②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的
D.U经过10次β衰变，8次α衰变可变成Pb
解析：①是β衰变，②是α衰变，因此a＝84，b＝206，U经过10次β衰变和8次α衰变可变成质量数为206，电荷数为86的元素．
二、填空题(每小题9分，共18分)
11．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr.式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远．这一结果与上述天文观测一致．
由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T＝.根据长期观测，哈勃常数H＝3×10－2 m/s·光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为1×1010年．
解析：由于爆炸后各星体做的是匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现距我们的距离为r＝vT＝HrT，得：T＝.
T＝＝＝
＝年＝1×1010年．
12．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．
(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面作出了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．
①卢瑟福提出了原子的核式结构模型；
②玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱．
在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，如图所示为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途.2为γ射线，金属探伤．
(2)一个铀235核裂变时释放出196 MeV的能量，则1 kg铀235完全裂变时所放出的能量为8.03×1013 J，它相当于2.4×104 t优质煤完全燃烧时放出的能量．(煤的热值为3.36×106 J/kg)
解析：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型；玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱；查德威克发现了中子(或其他成就)．
(2)1 kg铀包含的铀核的个数
n＝×NA　(NA为阿伏加德罗常数)
所以产生的能量为
E＝n×196 MeV＝n×196×106×1.6×10－19 J
≈8.03×1013 J
相当于优质煤的质量为
m煤＝ kg＝ kg≈2.4×104 t.
三、计算题(共42分)
13．(10分)如图所示，铅盒内装有能释放α、β和γ射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B，在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图．(在所画轨迹上须标明是α、β和γ中的哪种射线)
答案：如图所示．(曲率半径不作要求，每种射线可只画一条轨迹)
14．(10分)2008年北京奥运会场馆周围80%～90%的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能集热技术．科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部四个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量．已知质子质量mp＝1.007 3 u，α粒子的质量mα＝4.002 6 u，正电子的质量me＝0.000 5 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量．
(1)写出该核反应方程；
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少能量？(结果保留四位有效数字)
答案：(1)4H→He＋2e　(2)23.85 MeV
解析：(1)根据质量数守恒、电荷数守恒，该核反应方程为：4H→He＋2e.
(2)质量亏损：Δm＝4mp－mα－2me
＝4×1.007 3 u－4.002 6 u－2×0.000 5 u＝0.025 6 u
ΔE＝0.025 6×931.5 MeV≈23.85 MeV.
15．(10分)已知氘核的质量mD＝3.344 6×10－27 kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子质量mn＝1.674 9×10－27 kg.求入射光子的频率．
答案：3.94×1020 Hz
解析：氘核分为质子和中子，增加的质量为
Δm＝mp＋mn－mD
＝(1.672 6＋1.674 9－3.344 6)×10－27 kg
＝0.002 9×10－27 kg.
吸收的入射光子的能量为
E＝Δmc2＝0.002 9×10－27×(3×108)2 J＝2.61×10－13 J.
由公式E＝hν知，入射光子的频率为
ν＝＝ Hz≈3.94×1020 Hz.
16．(12分)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．
(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm.
答案：(1)X―→Y＋He　(2)　
(3)
解析：(1)X―→Y＋He
(2)设α粒子的速度大小为v，由qvB＝m，T＝，得
α粒子在磁场中运动周期T＝
环形电流大小I＝＝
(3)由qvB＝m，得v＝
设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒
Mv′－mv＝0
v′＝＝
由Δmc2＝Mv′2＋mv2
得Δm＝
说明：若利用M＝m解答，亦可．