第五章测评
(时间:60分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2020山东潍坊三模)下列事实中,能说明原子核具有复杂结构的是( )
A.α粒子散射实验
B.天然放射现象
C.电子的发现
D.玻尔的原子模型
解析α粒子散射实验证明了原子的核式结构模型,故A错误;天然放射现象在原子核内部发生,说明原子核具有复杂结构,故B正确;电子的发现说明原子具有复杂结构,故C错误;玻尔的原子模型中提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,故D错误。
答案B
2.下列说法正确的是( )
A.U衰变为Pa要经过2次α衰变和1次β衰变
B.β射线与γ射线一样都是电磁波,但β射线的穿透本领远比γ射线弱
C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
D.天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分
解析U衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变,A错误;β射线是高速电子流,B错误;半衰期与原子所处的物理、化学状态无关,C错误;天然放射现象说明原子核可分,D正确。
答案D
3.如图所示,x为未知放射源,它向右方放出射线,p为一张厚度为0.5
mm左右的薄铝箔,铝箔右侧是一真空区域,内有较强磁场,q为荧光屏,h是观察装置。实验时,若将磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化,再将铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,则可知放射源x可能为( )
A.α射线和β射线的混合放射源
B.α射线和γ射线的混合放射源
C.β射线和γ射线的混合放射源
D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源
解析将强磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化,说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响,可知射到屏上的是不带电的γ射线;再将厚0.5
mm左右的薄铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,说明除接收到γ射线外,又收到了原来被薄铝箔p挡住的射线,而厚度为0.5
mm左右的铝箔能挡住的只有α射线,所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故正确选项为B。
答案B
4.(2020浙江模拟)正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03
min,正、负电子的质量均为m,光速c,普朗克常量h,下列说法正确的是( )
A.辐射出γ光子的动量为2mc
B.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2
C.15O在人体内衰变的方程是e
D.经过4.06
min剩余15O为原来的四分之一
解析据题意可知,正负电子的能量转化为一对光子的能量,即2mc2=2hν,一个光子的能量E=hν=h=mc2,单个光子的动量p==mc,故A错误;根据质能方程可得:Δm==2m,故B错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可得:15O人体内衰变的方程是
N,故C错误;4.06
min为二个半衰期,剩余15O为原来的四分之一,故D正确。
答案D
5.(2020辽宁葫芦岛模拟)月面上空几乎没有空气,月夜的温度会降到-180
℃,因此玉兔号月球车在月夜要休眠。为了使车内温度不至于降到太低而冻坏那些相对脆弱的设备,科学家们专门给月球车配备了一种特制的放射性同位素核能电池热源,使月球车在休眠时能稳定发热。这种核能电池中的核反应可能是( )
AHe+γ
BSrXe
CPuAme
D
NHeH
解析对于A选项,此核反应是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段,所以不宜采用,故A错误;对于B选项,此核反应是重核裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高还不能小型化,目前只是一些大型的核电站采用,故B错误;对于C选项,此核反应是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式,故C正确;对于D选项,此核反应是人工核转变反应,需要高能α粒子,在月球上不宜实现,故D错误。
答案C
6.(2020浙江绍兴上虞区二模)下列说法正确的是
( )
A.图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的
B.图乙中原子核衰变放出β粒子,说明β粒子是组成原子核的一种粒子
C.图丙的γ射线测厚装置,若探测器测得的射线越弱,说明金属板厚度越厚
D.图丁中氡的半衰期是3.8天,说明20个氡原子核经过7.6天,还剩下5个未衰变
解析题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的,故A错误;题图乙原子核衰变放出β粒子,是由于发生β衰变产生的,β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子,这种转化产生的电子发射到核外,就是β粒子,但β粒子不是组成原子核的一种粒子,故B错误;γ射线具有较强的穿过本领,题图丙的γ射线测厚装置,若探测器测得的射线越弱,说明金属板厚度越厚,故C正确;半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,对于少数的放射性原子不能使用,故D错误。
答案C
7.(2020合肥三模)家庭装修使用的大理石中常含有放射性元素氡Rn),其衰变方程为RnPoHe,半衰期为3.8天,则下列说法正确的是( )
A.衰变中释放出的α射线比γ射线的穿透能力强
B.衰变过程中总质量保持不变
C.钋Po)的比结合能大于氡Rn)的比结合能
D.若采用增大压强的方法,可以改变氡Rn)的半衰期
解析α射线的穿透能力最弱,电离能力最强,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,故A错误;衰变过程有质量亏损,故B错误;半衰期不受外界因素影响,故D错误;该反应释放能量,比结合能增加,即钋的比结合能大于氡的比结合能,故C正确。
答案C
8.(2020湖南模拟)在匀强磁场中,一个原来静止的U原子核,由于衰变放射出某种粒子,其衰变方程是Th+x,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2,则下列说法正确的是( )
A.衰变后Th核和射出的x的动量相同
B.衰变后的产物x是电子
C.r1∶r2=1∶90
D.衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117
解析放射性元素放出正电荷时,正粒子与反冲核的轨迹为外切圆,而放出负电荷时,两个粒子的轨迹应为内切圆。所以该粒子一定不是电子。根据质量数守恒可知x的质量数:m=238-234=4,电荷数:z=92-90=2,可知x是α粒子,发生的衰变是α衰变,根据动量守恒可知,该过程中衰变后新核Th和粒子x的动量大小相等,方向相反,根据动能和动量的关系Ek=可得衰变后的新核与射出的α粒子的动能之比为,故A、B错误,D正确;由于二者的动量大小相等,根据圆周运动的半径公式r=可知,,故C错误。
答案D
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。全部选对得4分,选对但选不全的得2分,有错选的得0分)
9.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,如图所示为某种质谱仪的原理图,现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种同位素从容器A的下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条光谱线。关于三种同位素进入磁场时速度大小的排列顺序和三条光谱的排列顺序,下列判断正确的是( )
A.进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氚、氘、氕
B.进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚
C.a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氕、氘、氚
D.a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕
解析加速过程中由动能定理得qU=mv2,则有v=,三种同位素电荷量q相同,速度的大小取决于质量的倒数,所以速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚,A错误,B正确;进入磁场后粒子做匀速圆周运动,由qvB=m,并把v代入,得r=,由于它们的电荷量均相同,那么氚核的偏转半径最大,所以a、b、c三条光谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕,故C错误,D正确。
答案BD
10.关于原子核的衰变,下列说法正确的是( )
A.对于一个特定的衰变原子,我们只知道它发生衰变的概率,而不知道它将何时发生衰变
B.放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B,则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了2位
C.β衰变的实质在于核内的质子转化成了一个中子和一个电子
D.碘131的半衰期约为8天,若某药物含有质量为m的碘131,经过32天后,该药物中碘131的含量大约还有
解析对于一个特定的衰变原子,我们只知道它发生衰变的概率,并不知道它将何时发生衰变,故A正确;原子核经过2次α衰变后电荷数减小4,同时,经过一次β衰变,电荷数增加1,所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3,则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位,故B错误;β射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的,故C正确;碘131的半衰期约为8天,经过32天后,碘131的剩余质量为m'=,故D正确。
答案ACD
11.(2020河南洛阳一模)“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月,有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步,已知“人造太阳”核聚变的反应方程为HeX+17.6
MeV,关于此核聚变,以下说法正确的是( )
A.要使轻核发生聚变,就要利用粒子加速器,使轻核拥有很大的动能
B.Z=0,M=1
C.1
mol氘核和1
mol氚核发生核聚变,可以放出17.6
MeV
的能量
D.聚变比裂变更安全、清洁
解析“人造太阳”是以超导磁场约束,让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变,故A错误。根据质量数和核电荷数守恒,可以求出X为中子n,实验Z=0,M=1,故B正确。1个氘核和1个氚核发生核聚变,可以放出17.6
MeV的能量,故C错误。轻核聚变产生物为氦核,没有辐射和污染,所以聚变比裂变更安全、清洁,故D正确。
答案BD
12.(2020浙江杭州模拟)据国内媒体报道,中国南海“充电宝”的构想即将实现,大陆第一座海上浮动核电站即将建设完成。据专家透露,中国计划建造20个海上浮动核电站,主要用于海水淡化、资源开发以及为护航潜艇和南海各地区供电。此类核电站采用的是“核裂变”技术U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出能量,已知每个铀核裂变时释放的能量约为200
MeV,阿伏加德罗常数取NA=6.0×1023
mol-1。则下列说法中正确的是( )
A.核反应方程为BaKr+n
BBa的结合能比U的结合能大
C.只有铀块的体积不小于临界体积时才能发生链式反应
D.若有1
mol的铀发生核反应,且核裂变释放的能量一半转化为电能,则产生的电能约为9.6×1012
J
解析该核反应方程为BaKr+n,故A错误;由于Ba和核子数比U少,可知Ba的结合能比U小,故B错误;根据发生链式反应的条件,这铀块的体积不小于临界体积,故C正确;由质能方程可计算得产生的电能为E=×6.02×1023×200×106×1.6×10-19
J=9.6×1012
J,故D正确。
答案CD
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)如图所示,是利用放射线自动控制铝板厚度的装置,假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3
mm厚的铝板,那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调 (选填“大”或“小”)一些。?
解析α射线不能穿过3
mm厚的铝板,γ射线又很容易穿过3
mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响,而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变化会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变化,所以是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值,说明铝板太薄了,应将两个轧辊间的距离调节得大些。
答案β 大
14.(8分)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是 。P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1
mg
P随时间衰变的关系如图所示,请估算4
mg的P经 天的衰变后还剩0.25
mg。?
解析衰变方程为Sie,即这种粒子是正电子。由图像可以看出P的半衰期为14天,则4×=0.25,得t=56天。
答案正电子 56
15.(10分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,它可用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成很不稳定的C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5
730年。试写出此核反应方程。
(2)若测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?
解析(1)核反应方程为
e。
(2)活体中的C含量不变,生物死亡后,遗骸中的C按衰变规律变化,设活体中C的含量为N原,遗骸中的C含量为N余,由半衰期的定义得:
N余=N原,即0.125=,
所以=3,τ=5
730年,则t=17
190年。
答案(1H
e (2)17
190年
16.(10分)(2020安徽期中)一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22
MeV的能量,这些能量以γ光子的形式辐射出来。
(c=3.0×108
m/s,1
MeV=1.6×10-13
J,普朗克常数h=6.63×10-34
J·s)
(1)写出这一过程的核反应方程;
(2)该反应质量亏损Δm为多少?(单位用
kg,结果保留一位有效数字)
解析(1)由质量数和电荷数守恒可知核反应方程是
H+γ
(2)由爱因斯坦质能方程可知E=Δmc2质量亏损:
Δm=kg=4×10-30
kg。
答案(1H+γ (2)4.0×10-30
kg
17.(12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恰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。(结果保留三位有效数字)
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。
答案3.94×1020
Hz
18.(12分)质谱仪是一种测定带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P上,设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
(1)设离子质量为m、电荷量为q,加速电压为U,磁感应强度大小为B,求x的大小;
(2)氢的三种同位素H从离子源S出发,到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少?
解析(1)离子在电场中加速时,由动能定理得
qU=mv2
进入磁场后洛伦兹力提供向心力,qvB=,
又x=2r
由以上三式得x=。
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3,由(1)结果知
xH∶xD∶xT==1∶。
答案(1) (2)1∶(共16张PPT)
单元整合
专题一 对核反应方程及类型的理解
1.四类核反应方程的比较
2.解题时注意事项
(1)熟记一些粒子的符号
(2)注意在核反应方程中,质量数和电荷数是守恒的;在解有关力学综合问题时,还有动量守恒和能量守恒。
例1
有下列4个核反应方程,核反应类型依次属于( )
A.衰变、裂变、人工转变、聚变
B.裂变、裂变、聚变、聚变
C.衰变、衰变、聚变、聚变
D.衰变、人工转变、人工转变、聚变
答案A
专题二 三种射线的比较及应用
1.三种射线的性质、特征比较
比较对象
α射线
β射线
γ射线
组 成
高速氦核流
高速电子流
光子流
(高频电磁波)
电荷量
2e
-e
0
质 量
4mp(mp=
1.67×10-27
kg)
静止质量为零
速 度
0.1c
0.99c
c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
穿透能力
最弱(用纸
能挡住)
较强(穿透几
毫米厚的铝板)
最强(穿透几
厘米厚的铅板)
对空气的电离作用
很强
较弱
很弱
通过胶片
感光
感光
感光
2.三种射线在电磁场中偏转情况分析
(1)γ射线不论在电场还是磁场中,总是做匀速直线运动,不发生偏转。根据上述特点,在电场或磁场中不发生偏转的射线是γ射线。
(2)α射线和β射线在电场中偏转的特点:在匀强电场中,α和β粒子沿相反方向做类平抛运动,且在同样的条件下,β粒子的偏移量大。根据粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,偏移量x可表示为
(3)α射线和β射线在磁场中的偏转特点:在匀强磁场中,α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,β粒子的轨道半径小,
根据上述径迹特点,即使电场和磁场方向未知,也可以区分射线的种类。
例2
如图所示,某种天然放射性物质发出三种射线,经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小,使得在MN上只有两个点受到射线的照射,则下面判断正确的是( )
A.射到b点的一定是α射线
B.射到b点的一定是β射线
C.射到b点的一定是α射线或β射线
D.射到b点的一定是γ射线
解析γ射线不带电,在电场和磁场中它都不受力的作用,只能射到a点,选项D错误;调整E和B的大小,既可以使带正电的α射线沿直线前进,也可以使带负电的β射线沿直线前进,沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即qE=qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多,当α粒子沿直线前进时,速度较大的β粒子向右偏转;当β粒子沿直线前进时,速度较小的α粒子也向右偏转,故选项C正确,A、B错误。
答案C
专题三 衰变与轨道
原来静止的原子核衰变发出射线,同时生成新核,若它们处在同一个匀强磁场中,就会出现内切圆和外切圆的物理图像。判断内切、外切的理论依据:
1.动量守恒定律:新核与粒子的动量大小相等、方向相反。
2.带电粒子在磁场中的偏转:带电粒子以某一初速度垂直进入匀强磁场,受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动。
3.左手定则:判断粒子偏转方向(粒子圆周运动的绕行方向)。
呈现内切圆、外切圆物理图像的规律:若原子核衰变放出的射线带正电,则新核与粒子在磁场中的两圆外切;若原子核衰变放出的射线带负电,则内切。两圆的半径大小由
确立。因mv、B相同,故电荷量多的为小圆。
4.能量守恒定律:反应前和反应后系统的能量形式可能发生变化,但系统的总能量(包括核能)是不变的。
5.α衰变和β衰变的规律以及它们在匀强磁场中运动的轨迹特点如下表:
解析放射性元素放出正粒子时,正粒子与反冲核的速度方向相反,而电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的轨迹应为外切圆。而放射性元素放出β粒子时,β粒子与反冲核的速度方向相反,而电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的轨迹应为内切圆。放射性元素放出粒子时,两带电粒子的动量守恒。由半径公式
,可得轨迹半径与动量成正比,与电荷量成反比,而正电子和β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小,则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大,故轨迹1、2、3、4依次是
答案D
