高中物理滬科版5第四章從原子核到夸克 市一等獎(jiǎng)

章末綜合測(cè)評(píng)(五)(時(shí)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(duì)1個(gè)得3分，全選對(duì)得6分，錯(cuò)選或不選得0分．)1．關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類(lèi)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(yīng)各類(lèi)型特點(diǎn)可知：A、D項(xiàng)均為衰變，A中放出α粒子，A、D錯(cuò)誤．B項(xiàng)為人工轉(zhuǎn)變，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)為輕核聚變，C正確．【答案】C2．下列說(shuō)法中正確的是()A．采用物理或化學(xué)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(huì)隨物理或化學(xué)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(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量等于該原子核的質(zhì)量【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核決定，與化學(xué)、物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由物理學(xué)史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；核子結(jié)合成原子核放出核能，因此原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】B3．科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)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(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6C．兩個(gè)核反應(yīng)都沒(méi)有質(zhì)量虧損D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)【解析】根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X是中子，A錯(cuò)誤；Y的質(zhì)子數(shù)為3，中子數(shù)為3，B錯(cuò)誤；聚變放出能量，由質(zhì)能方程可知一定有質(zhì)量虧損，該反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，C錯(cuò)誤，D正確．【答案】D4．熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是()A．輕核聚變比重核裂變時(shí)釋放的能量多B．對(duì)環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理C．熱核反應(yīng)的速度容易控制D．就每個(gè)核子平均釋放的能量來(lái)說(shuō)，熱核反應(yīng)比重核裂變時(shí)釋放的能量少【解析】不能說(shuō)輕核聚變比重核裂變時(shí)釋放的能量多，但就每個(gè)核子平均釋放的能量來(lái)說(shuō)，聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)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(chǔ)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(yīng)的速度、和平利用聚變時(shí)釋放的核能，綜上所述，B正確，A、C、D錯(cuò)誤．【答案】B5．下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：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(yīng)，選項(xiàng)B正確．【答案】B6．質(zhì)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(shuō)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(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子D．核反應(yīng)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(yīng)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(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，選項(xiàng)C正確；核反應(yīng)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(yīng)是聚變反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】BC7．下列說(shuō)法中正確的是()A．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)B．中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，所以重核裂變要放出能量C．只要有核反應(yīng)發(fā)生，就一定會(huì)釋放出核能D．輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，重核中中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù)【解析】太陽(yáng)的能量來(lái)自輕核聚變放出的能量，A正確．中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，B正確．核反應(yīng)是否釋放能量取決于反應(yīng)前后是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，C錯(cuò)誤．隨核子數(shù)增加，若只增加中子，中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)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(zhì)子數(shù)多，D錯(cuò)誤．【答案】AB8．關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092098】A．原子核的結(jié)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(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能D．自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能【解析】原子核分解成自由核子時(shí)，需要的最小能量就是原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)A正確．重核衰變時(shí)釋放能量，衰變產(chǎn)物更穩(wěn)定，即衰變產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，衰變前后核子數(shù)不變，核子的比結(jié)合能與核子數(shù)之積即為結(jié)合能，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能，選項(xiàng)B正確．銫核的核子數(shù)比鉛核的核子數(shù)少，其結(jié)合能也小，選項(xiàng)C正確．自由核子組成原子核時(shí)，需放出能量，因此質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)D錯(cuò)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?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)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(gè)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(gè)中子．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．【解析】核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)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(gè)中子．臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積．【答案】3大于10．(9分)1993年，中國(guó)科學(xué)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(guò)程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹94Be產(chǎn)生快中子，核反應(yīng)方程：______________________________________________________________；(2)用快中子轟擊汞20480Hg，反應(yīng)過(guò)程可能有兩種：①生成20278Pt，放出氦原子核，核反應(yīng)方程：______________________________________________________________；②生成20278Pt，放出質(zhì)子、中子，核反應(yīng)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(yīng)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(yīng)用，1934年，科學(xué)家在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除探測(cè)到預(yù)料中的中子外，還探測(cè)到了正電子，更意外的是，拿走α放射源時(shí)，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(shí)間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣，也有一定的半衰期.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092049】(1)寫(xiě)出α粒子轟擊鋁eq\o\al(27,13)Al產(chǎn)生中子的核反應(yīng)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(xiě)出其產(chǎn)生正電子的核反應(yīng)方程式；(3)簡(jiǎn)要說(shuō)明放射性同位素的應(yīng)用，并至少舉出兩個(gè)實(shí)際應(yīng)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(jiàn)解析12．(12分)運(yùn)動(dòng)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(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速．求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動(dòng)能之差以及α粒子的動(dòng)能．【解析】設(shè)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(dòng)量守恒有：Mv0＝m2v再由反應(yīng)中能量守恒有eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)m2v2－ΔE由愛(ài)因斯坦質(zhì)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(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)原來(lái)靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn，它放射出一個(gè)α粒子后變?yōu)镻o核．假設(shè)放出的α粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，求：(1)α粒子與Po核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的徑跡圓半徑之比，畫(huà)出它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖；(2)α粒子與Po核兩次相遇的時(shí)間間隔與α粒子運(yùn)動(dòng)周期的關(guān)系；(設(shè)質(zhì)子和中子質(zhì)量相等)(3)若某種放射性元素在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向發(fā)生β衰變，則β粒子和反沖核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(yīng)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(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)α粒子速度方向?yàn)檎?，則由動(dòng)量守恒定律0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPoα粒子與反沖核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，洛倫茲力提供勻速圓周運(yùn)動(dòng)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?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)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