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2020-2021学年度高中物理单元双基精品试卷
选修3-5第十九单元原子核(A)
注意事项:
1.答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。在第1~6题给出的4个选项中,只有一个选项正确;在第7~10题给出的四个选项中,有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。)
1.在人类认识原子与原子核结构的过程中,符合物理学史的是( )
A.查德威克通过研究阴极射线发现了电子
B.汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说
C.居里夫人首先发现了天然放射现象
D.卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子
2.关于宇宙,下列说法中正确的是( )
A.银河系是一种旋涡星系,太阳处在其中的一个旋臂上
B.恒星的寿命取决于亮度
C.太阳能够发光、放热,主要是因为太阳内部不断发生化学反应
D.地球是宇宙中唯一有卫星的星球
3.下列核反应方程中,属于α衰变的是( )
A.14 7N+42He→17 8O+11H B.238 92U→234 90Th+42He
C.21H+31H→42He+10n D.234 90Th→234 91Pa+ 0-1e
4.下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( )
A.γ射线是高速运动的电子流
B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大
C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D.210 83Bi的半衰期是5天,100克210 83Bi经过10天后还剩下50克
5.已知氘核的平均结合能为1.1 MeV,氦核的平均结合能为7.1 MeV,则两个氘核结合成一个氦核时( )
A.释放出4.9 MeV的能量 B.释放出6.0 MeV的能量
C.释放出24.0 MeV的能量 D.吸收4.9 MeV的能量
6.在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14,它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆,圆的半径比为5∶1,如图所示,那么碳的衰变方程是( )
A.14 6C―→42He+10 4Be B.14 6C―→01e+14 5B
C.14 6C―→ 0-1e+14 7N D.14 6C―→21H+12 5B
7.下列说法正确的是( )
A.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害
B.两个质子间,不管距离如何,总有核力存在,且核力总是大于库仑力
C.放射性元素的半衰期与原子所处的物理状态或化学状态无关
D.核子结合成原子核一定有质量亏损,释放出能量
8.关于核电站和核辐射,下列说法中正确的是( )
A.核反应堆发生的是轻核聚变反应
B.核反应堆发生的是重核裂变反应
C.放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定,与外部条件无关
D.放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
8.重元素的放射性衰变共有四个系列,分别是U238系列(从238 92U开始到稳定的208 82Pb为止)、Th232系列、U235系列及Np237系列(从237 93Np开始到稳定的209 83Bi为止),其中,前三个系列都已在自然界找到,而第四个系列在自然界一直没有被发现,只是在人工制造出237 93Np后才发现的,下面的说法正确的是( )
A.Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1(n等于正整数)
B.从237 93Np到209 83Bi,共发生7次α衰变和4次β衰变
C.可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期对于地球年龄都比较短
D.天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过
10.关于核反应方程234 90Th→234 91Pa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成粒子),已知234 90Th的半衰期为T,则下列说法正确的是( )
A.234 91Pa没有放射性
B.234 91Pa比234 90Th少1个中子,X粒子是从原子核中射出的,此核反应为β衰变
C.N0个234 90Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为34N0ΔE(N0数值很大)
D.234 90Th的比结合能为ΔE234
二、非选择题(本题共6小题,共60分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)
11.(8分)用中子轰击63Li发生核反应生成31H和α粒子,并放出4.8 MeV的能量,该核反应方程为_________________________________;质量亏损为_________u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
12.(8分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔奖,他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是________。3215P是3015P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1 mg 3215P随时间衰变的关系如图3所示,请估算4 mg的3215P经____天的衰变后还剩0.25 mg。
13.(10分)已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226。试问:
(1)镭核中质子数和中子数分别是多少?
(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少?
(3)若镭原子呈中性,它核外有多少电子?
14.(10分)已知质子的质量是1.008 665 u、中子的质量也是1.008 665 u,氢原子的质量是1.007 825 u,碳原子的质量是12.000 000 u。则12个核子结合成碳原子核时,质量亏损是多少?碳原子核的比结合能是多少?(1 u相当于931.5 MeV的能量)
15.(10分)某航空母舰的动力来自核反应堆,其中主要的核反应方程式是:235 92U+10n→141 56Ba+9236Kr+( )10n。
(1)在括号内填写10n前的系数;
(2)用m1、m2、m3分别表示235 92U、141 56Ba、9236Kr核的质量,m表示中子的质量,则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少?
(3)假设核反应堆的功率P=6.0×105 kW,若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10-11 J,则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235?(铀235的摩尔质量M=0.235 kg/mol,一个月约为t=2.6×106 s,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1,计算结果保留两位有效数字)
16.(14分)如图甲所示,静止在匀强磁场中的63Li核俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应,即63Li+10n―→31H+42He,若已知42He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:
(1)31H的速度大小和方向;
(2)在图乙中,已画出并标明两粒子的运动轨迹,请计算出轨道半径之比;
(3)当42He旋转三周时,粒子31H旋转几周?
物 理(A)答 案
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。在第1~6题给出的4个选项中,只有一个选项正确;在第7~10题给出的四个选项中,有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。)
1.【答案】D
【解析】汤姆孙研究阴极射线发现了电子,A错;卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说,B错;贝克勒尔首先发现了天然放射现象,C错。
2.【答案】A
【解析】银河系的中心有一个突起的核,称为核球,另外还有银盘和银晕,银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂,因此银河系属于旋涡星系,太阳处在其中的一个旋臂上,故A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,这是因为质量越大压力就越大,这种情况下恒星内部的核反应就更加剧,故B错误;在太阳内部,氢原子核在超高温作用下发生核聚变,释放巨大的核能,故太阳能发光、放热,故C错误;宇宙中有卫星的星球很多,比如木星就有许多卫星,故D错误。
3.【答案】B
【解析】α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应,选项B正确。
4.【答案】B
【解析】β射线是高速电子流,而γ射线是一种电磁波,A错误;氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,B正确;太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,C错误;10天为两个半衰期,剩余的210 83Bi为100×12g=25 g,D错误。
5.【答案】C
【解析】依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H+21H―→42He,因氘核的平均结合能为1.1 MeV,氦核的平均结合能为7.1 MeV,故核反应过程释放能量,ΔE=4×7.1 MeV-2×2×1.1 MeV=24.0 MeV,故选C。
6.【答案】D
【解析】由于两个轨迹为外切圆,所以放出的粒子和反冲核速度方向相反,由左手定则可知它们均带正电荷.而衰变过程中两核的动量守恒,即两核的动量大小相等,方向相反,即m1v1=m2v2,由于qvB=mv2R则q=mvBR,知半径之比R1∶R2=5∶1,则它们的电荷量之比为q1∶q2=R2∶R1=1∶5,D项正确。
7.【答案】CD
【解析】γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来人体透视,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故A正确;核力是短程力,当距离超过10-10m时核力为零,故B错误;半衰期与原子核本身有关,与外界因素无关,故C正确;核子结合成原子核一定有质量亏损,释放出能量,例如轻核聚变,故D正确。
8.【答案】BC
【解析】核电站是利用重核的裂变来发电的,重核的裂变形成的链式反应是可在人工控制下进行的,A错误B正确;放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,C正确D错误。
8.【答案】ABC
【解析】Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1(n等于正整数),A正确;根据237-209=4×7,知发生了7次α衰变,根据93-83=2×7-4,知发生了4次β衰变,B正确;Np237系列中的所有放射性同位素在地球生成时应该是存在的,但由于它们的半衰期都比较短,经过漫长的岁月目前已不存在了,C正确,D错误。
10.【答案】BC
【解析】原子序数大于或等于83的元素都有放射性,A错误;X粒子是电子,它是由中子衰变成一个质子而放出电子,所以此核反应为β衰变,B正确;有半数原子核发生衰变的时间为半衰期,N0个234 90Th经2T时间发生两次衰变,C正确;ΔE不是234 90Th原子核分解成自由核子的结合能,则D错误。
二、非选择题(本题共6小题,共60分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)
(8分)
【答案】63Li+10n―→31H+42He 0.0052u
【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒得:63Li+10n―→31H+42He,。
12.(8分)
【答案】正电子 56
【解析】衰变方程为3015P→3014Si+??0+1e,即这种粒子是正电子。由题图图象可以看出3215P的半衰期为14天,则4 mg×=0.25 mg,得t=56天。
13.(10分)
【解析】(1)镭核中质子数等于电荷数为88;中子数为226-88=138。
(2)镭核的核电荷数为88,镭核所带的电荷量Q=Ze=1.41×10-17C。
(3)若镭原子呈中性,它核外有88个电子。
14.(10分)
【解析】碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成,质量亏损为:
Δm=6×1.007 825 u+6×1.008 665 u-12.000 000 u=0.098 940 u
释放的能量ΔE=Δmc2=0.098 940×931.5 MeV=9.216 MeV
则比结合能=112ΔE=7.68 MeV。
15.(10分)
【解析】(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知10n前的系数为3。
(2)ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m)c2。
(3)一个月内核反应产生的总能量为E=Pt
同时E=mMNAΔE
解得m=PtMNAΔE≈22 kg。
16.(14分)
【解析】(1)反应前后动量守恒:m0v0=m1v1+m2v2(v1为氚核速度,m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)
代入数值可解得:v1=-1.0×103 m/s
方向与v0相反。
(2)31H和42He在磁场中均受洛伦兹力,做匀速圆周运动的半径之比r1∶r2=m1v1Bq1∶m2v2Bq2=3∶40。
(3)31H和42He做匀速圆周运动的周期之比T1∶T2=2πm1Bq1∶2πm2Bq2=3∶2
所以它们的旋转周数之比:n1∶n2=T2∶T1=2∶3
即42He旋转三周,31H旋转2周。