高中物理滬科版5第四章從原子核到夸克 市一等獎

章末綜合測評(五)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分.1～5是單選題；6～8是多選題，選對1個得3分，全選對得6分，錯選或不選得0分．)1．關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的有()\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是β衰變\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變【解析】據(jù)核反應各類型特點可知：A、D項均為衰變，A中放出α粒子，A、D錯誤．B項為人工轉變，B錯誤；C項為輕核聚變，C正確．【答案】C2．下列說法中正確的是()A．采用物理或化學方法可以有效地改變放射性元素的半衰期B．放射性元素的半衰期不會隨物理或化學條件的變化而變化C．約里奧—居里夫人用α粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)了中子D．原子核所含核子單獨存在時的總質量等于該原子核的質量【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核決定，與化學、物理狀態(tài)無關，故選項A錯誤，B正確；由物理學史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的，選項C錯誤；核子結合成原子核放出核能，因此原子核所含核子單獨存在時的總質量大于該原子核的質量，選項D錯誤．【答案】B3．科學家使用核反應獲取氚，再利用氘和氚的核反應獲得能量，核反應方程分別為：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV，下列表述正確的有()A．X是電子B．Y的質子數(shù)是3，中子數(shù)是6C．兩個核反應都沒有質量虧損D．氘和氚的核反應是核聚變反應【解析】根據(jù)質子數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可知X是中子，A錯誤；Y的質子數(shù)為3，中子數(shù)為3，B錯誤；聚變放出能量，由質能方程可知一定有質量虧損，該反應為核聚變反應，C錯誤，D正確．【答案】D4．熱核反應是一種理想能源的原因是()A．輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多B．對環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理C．熱核反應的速度容易控制D．就每個核子平均釋放的能量來說，熱核反應比重核裂變時釋放的能量少【解析】不能說輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多，但就每個核子平均釋放的能量來說，聚變反應中平均每個核子比裂變反應中平均每個核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均為氫的同位素，在地球上儲量極為豐富，其放射性污染也較裂變輕．但是，目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生，還不能控制聚變反應的速度、和平利用聚變時釋放的核能，綜上所述，B正確，A、C、D錯誤．【答案】B5．下列核反應方程中，屬于α衰變的是()【導學號：06092097】\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e【解析】α衰變是放射性元素的原子核放出α粒子(eq\o\al(4,2)He)的核反應，選項B正確．【答案】B6．質子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H的“鏡像核”，同樣eq\o\al(3,1)H也是eq\o\al(3,2)He的“鏡像核”，則下列說法正確的是()\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C．β衰變的本質是一個中子轉變?yōu)橐粋€質子，同時放出一個電子D．核反應eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應是α衰變【解析】根據(jù)“鏡像核”的定義，eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”，選項B正確，A錯誤；β衰變的本質是一個中子轉變?yōu)橐粋€質子，同時放出一個電子，選項C正確；核反應eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中雖有α粒子，但該反應是聚變反應，選項D錯誤．【答案】BC7．下列說法中正確的是()A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應B．中等核的平均結合能比重核的平均結合能大，所以重核裂變要放出能量C．只要有核反應發(fā)生，就一定會釋放出核能D．輕核中質子數(shù)與中子數(shù)大致相等，重核中中子數(shù)小于質子數(shù)【解析】太陽的能量來自輕核聚變放出的能量，A正確．中等核的平均結合能比重核的平均結合能大，B正確．核反應是否釋放能量取決于反應前后是否發(fā)生了質量虧損，C錯誤．隨核子數(shù)增加，若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質子數(shù)多，D錯誤．【答案】AB8．關于原子核的結合能，下列說法正確的是()【導學號：06092098】A．原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結合能之和一定大于原來重核的結合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結合能D．自由核子組成原子核時，其質量虧損所對應的能量大于該原子核的結合能【解析】原子核分解成自由核子時，需要的最小能量就是原子核的結合能，選項A正確．重核衰變時釋放能量，衰變產(chǎn)物更穩(wěn)定，即衰變產(chǎn)物的比結合能更大，衰變前后核子數(shù)不變，核子的比結合能與核子數(shù)之積即為結合能，所以衰變產(chǎn)物的結合能之和一定大于原來重核的結合能，選項B正確．銫核的核子數(shù)比鉛核的核子數(shù)少，其結合能也小，選項C正確．自由核子組成原子核時，需放出能量，因此質量虧損所對應的能量等于該原子核的結合能，選項D錯誤．【答案】ABC二、非選擇題(本題共5小題，共52分．按題目要求作答．)9．(8分)核電站利用原子核鏈式反應放出的巨大能量進行發(fā)電，eq\o\al(235,92)U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,92)U受一個中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產(chǎn)生________個中子．要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．【解析】核反應方程遵守質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應方程為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即產(chǎn)生3個中子．臨界體積是發(fā)生鏈式反應的最小體積，要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體積要大于它的臨界體積．【答案】3大于10．(9分)1993年，中國科學院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素20278Pt，制取過程如下：(1)用質子轟擊鈹94Be產(chǎn)生快中子，核反應方程：______________________________________________________________；(2)用快中子轟擊汞20480Hg，反應過程可能有兩種：①生成20278Pt，放出氦原子核，核反應方程：______________________________________________________________；②生成20278Pt，放出質子、中子，核反應方程：______________________________________________________________________________________________________________________________；(3)生成的鉑20278Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞20280Hg，核反應方程：__________________________________________________________，_______________________________________________________________.【答案】(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n(3)11．(9分)同位素原子在許多方面有著廣泛的應用，1934年，科學家在用α粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子，更意外的是，拿走α放射源時，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍能繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性隨時間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣，也有一定的半衰期.【導學號：06092049】(1)寫出α粒子轟擊鋁eq\o\al(27,13)Al產(chǎn)生中子的核反應方程式；(2)上述產(chǎn)生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，寫出其產(chǎn)生正電子的核反應方程式；(3)簡要說明放射性同位素的應用，并至少舉出兩個實際應用的例子．【解析】(1)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.(2)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.(3)利用射線輻射育種，作為示蹤原子，檢查管道等．【答案】見解析12．(12分)運動的原子核eq\o\al(A,Z)X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，α粒子的速度遠小于光速．求反應后與反應前的總動能之差以及α粒子的動能．【解析】設衰變前原子核eq\o\al(A,Z)X的速度為v0，衰變后放出的α粒子的速度為v，由動量守恒有：Mv0＝m2v再由反應中能量守恒有eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)m2v2－ΔE由愛因斯坦質能方程有ΔE＝Δmc2而Δm＝M－(m1＋m2)解之有ΔE＝eq\f(1,2)m2v2－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)＝[M－(m1＋m2)]c2＝(M－m1－m2)c2Ekα＝eq\f(1,2)m2v2＝eq\f(MΔE,M－m2)＝eq\f(MM－m1－m2,M－m2)c2.【答案】(M－m1－m2)c2eq\f(MM－m1－m2,M－m2)c213．(14分)足夠強的勻強磁場中有一個原來靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn，它放射出一個α粒子后變?yōu)镻o核．假設放出的α粒子運動方向與磁場方向垂直，求：(1)α粒子與Po核在勻強磁場中的徑跡圓半徑之比，畫出它們在磁場中運動軌跡的示意圖；(2)α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與α粒子運動周期的關系；(設質子和中子質量相等)(3)若某種放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變，則β粒子和反沖核在磁場中運動軌跡的示意圖與上述α衰變軌跡示意圖有何不同？【解析】(1)氡核經(jīng)α衰變的核反應方程為：eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，衰變的極短過程系統(tǒng)動量守恒，設α粒子速度方向為正，則由動量守恒定律0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPoα粒子與反沖核在勻強磁場中，洛倫茲力提供勻速圓周運動的向心力qvB＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(1,q)，故eq\f(rα,rPo)＝eq\f(qPo,qα)＝eq\f(84,2)＝eq\f(42,1)，示意圖如圖甲所示．(2)它們在磁場中運動的周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)∝eq\f(m,q)，它們的周期之比為eq\f(Tα,TPo)＝eq\f(mα,mPo)·eq\f(qPo,qα)＝eq\f(4,218)·e