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PAGE第3頁(yè)共6頁(yè)章末綜合檢測(cè)(五)原子與原子核一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題,每小題4分,共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.關(guān)于下列四幅圖片說(shuō)法正確的是()A.圖甲說(shuō)明發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),頻率大的光對(duì)應(yīng)的飽和光電流一定大B.圖乙是α粒子散射圖景,散射后絕大多數(shù)α粒子基本沿原方向前進(jìn)C.圖丙中顯示的是β粒子在威爾遜云室中又粗又直的徑跡,說(shuō)明β粒子的電離能力最強(qiáng)D.圖丁說(shuō)明原子核的質(zhì)量數(shù)越大,比結(jié)合能就越大解析:選B題圖甲說(shuō)明發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),相同頻率、光強(qiáng)大的光對(duì)應(yīng)的飽和光電流一定大,A錯(cuò)誤;題圖乙是α粒子散射圖景,散射后絕大多數(shù)α粒子基本沿原方向前進(jìn),B正確;題圖丙中顯示的是α粒子在威爾遜云室中又粗又直的徑跡,說(shuō)明α粒子的電離能力最強(qiáng),C錯(cuò)誤;題圖丁說(shuō)明原子核的質(zhì)量數(shù)越大,比結(jié)合能不一定越大,D錯(cuò)誤。2.有關(guān)中子的研究,下列說(shuō)法正確的是()A.Th核發(fā)生一次α衰變,新核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了4B.一個(gè)氘核和一個(gè)氚核經(jīng)過(guò)核反應(yīng)后生成氦核和中子是裂變反應(yīng)C.盧瑟福通過(guò)分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子D.中子和其他微觀粒子,都具有波粒二象性解析:選Dα衰變的本質(zhì)是發(fā)生衰變的核中減少2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子形成氦核,所以一次α衰變,新核與原來(lái)的核相比,中子數(shù)減少了2,A錯(cuò)誤;裂變是較重的原子核分裂成較輕的原子核的反應(yīng),而該反應(yīng)是較輕的原子核的聚變反應(yīng),B錯(cuò)誤;盧瑟福通過(guò)分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,查德威克通過(guò)α粒子轟擊鈹核獲得碳核的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子,C錯(cuò)誤;所有粒子都具有粒子性和波動(dòng)性,D正確。3.原子核自發(fā)地放出電子的現(xiàn)象稱為β衰變。最初科學(xué)家曾認(rèn)為β衰變中只放出電子,后來(lái)發(fā)現(xiàn),這個(gè)過(guò)程中除了放出電子外,還放出一種叫“中微子”的粒子,中微子不帶電,與其他物質(zhì)的相互作用極弱。下列關(guān)于β衰變的說(shuō)法不正確的是()A.原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核的核子數(shù)與原核的核子數(shù)相等,但帶電荷量增加B.原子核能夠發(fā)生β衰變說(shuō)明原子核是由質(zhì)子、中子、電子組成的C.靜止的原子核發(fā)生β衰變后,在中微子動(dòng)量忽略不計(jì)時(shí),電子的動(dòng)量與新核的動(dòng)量一定大小相等,方向相反D.靜止的原子核發(fā)生β衰變時(shí),原子核釋放的能量大于電子和新核的總動(dòng)能之和解析:選B原子核是由質(zhì)子和中子組成的,故B錯(cuò)誤;原子核發(fā)生β衰變時(shí),質(zhì)量數(shù)不變,質(zhì)子數(shù)增加1,電子是原子核中的中子變成質(zhì)子而產(chǎn)生的,所以A正確;靜止的原子核發(fā)生β衰變,由動(dòng)量守恒定律知C正確;靜止的原子核發(fā)生β衰變,由能量守恒定律可知D正確。本題選擇說(shuō)法不正確的,故B符合題意。4.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26,鋁26的半衰期為72萬(wàn)年,其衰變方程為eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg+Y,下列說(shuō)法正確的是()A.Y是氦核B.Y是質(zhì)子C.再經(jīng)過(guò)72萬(wàn)年,現(xiàn)有的鋁26衰變一半D.再經(jīng)過(guò)144萬(wàn)年,現(xiàn)有的鋁26全部衰變解析:選C根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,該核反應(yīng)是eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg+eq\o\al(0,1)e,即Y是正電子,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;因72萬(wàn)年是一個(gè)半衰期,可知再過(guò)72萬(wàn)年,現(xiàn)有的鋁26衰變一半,再過(guò)144萬(wàn)年,即兩個(gè)半衰期,現(xiàn)有的鋁26衰變四分之三,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。5.在測(cè)定年代較近的湖泊沉積物形成年份時(shí),常利用沉積物中半衰期較短的eq\o\al(210,82)Pb,其衰變方程為eq\o\al(210,82)Pb→eq\o\al(210,83)Bi+X。以下說(shuō)法正確的是()A.衰變方程中的X是電子B.升高溫度可以加快eq\o\al(210,82)Pb的衰變C.eq\o\al(210,82)Pb與eq\o\al(210,83)Bi的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損D.方程中的X來(lái)自于eq\o\al(210,82)Pb內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化解析:選A根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒,可知X為電子(eq\o\al(0,-1)e),A正確;原子核的衰變與外界因素?zé)o關(guān),B錯(cuò)誤;衰變的質(zhì)量虧損應(yīng)等于核反應(yīng)前后所有核的質(zhì)量之差,C錯(cuò)誤;方程中的X來(lái)自于eq\o\al(210,82)Pb內(nèi)中子向質(zhì)子的轉(zhuǎn)化,故D錯(cuò)誤。6.鈷60是金屬元素鈷的放射性同位素之一,其半衰期為5.27年。它會(huì)通過(guò)β衰變放出能量高達(dá)315keV的高速電子衰變?yōu)殒?0,同時(shí)會(huì)放出兩束γ射線。鈷60的應(yīng)用非常廣泛,幾乎遍及各行各業(yè)。在農(nóng)業(yè)上,常用于輻射育種、食品輻射保藏與保鮮等;在工業(yè)上,常用于無(wú)損探傷、輻射消毒、輻射加工、輻射處理廢物以及自動(dòng)控制等;在醫(yī)學(xué)上,常用于癌和腫瘤的放射治療。關(guān)于鈷60下列說(shuō)法正確的是()A.衰變方程為eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni+eq\o\al(0,-1)eB.利用鈷60對(duì)人體腫瘤進(jìn)行放射治療是利用其衰變放出的電子流C.鈷60可以作為示蹤原子研究人體對(duì)藥物的吸收D.鈷60衰變過(guò)程中不會(huì)有質(zhì)量虧損解析:選A根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒,可知鈷60發(fā)生β衰變的衰變方程為eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni+eq\o\al(0,-1)e,故A正確;鈷60對(duì)人體腫瘤進(jìn)行放射治療是利用其衰變放出的γ射線,故B錯(cuò)誤;鈷60半衰期太長(zhǎng),且衰變放出的高能粒子對(duì)人體傷害太大,不能作為藥品的示蹤原子,故C錯(cuò)誤;所有衰變都會(huì)有質(zhì)量虧損,故D錯(cuò)誤。7.我國(guó)核潛艇是以核反應(yīng)爐為動(dòng)力來(lái)源的潛艇,其核反應(yīng)堆中可能的一個(gè)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(89,39)Kr+xeq\o\al(1,0)n,下列說(shuō)法正確的是()A.該核反應(yīng)屬于原子核的衰變B.其中Ba核的平均結(jié)合能比U核的小C.該核反應(yīng)方程中x=4D.該反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng),因每次生成的eq\o\al(1,0)n會(huì)使新鈾核連續(xù)不斷地發(fā)生裂變解析:選D該核反應(yīng)屬于原子核的裂變,不是衰變,A錯(cuò)誤;裂變反應(yīng)會(huì)放出能量,生成物的平均結(jié)合能大于反應(yīng)物的平均結(jié)合能,B錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,有235+1=144+89+x,解得x=3,C錯(cuò)誤;只要生成的中子數(shù)大于參與反應(yīng)的中子數(shù),就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng),D正確。二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)8.把放射源鈾、釙或鐳放入用鉛做的容器中,射線只能從容器的小孔射出,成為細(xì)細(xì)的一束。在射線經(jīng)過(guò)的空間施加勻強(qiáng)磁場(chǎng),發(fā)現(xiàn)射線分裂成如圖所示的a、b、c三束。下列說(shuō)法正確的是()A.三種射線中,b的穿透能力最強(qiáng)B.三種射線中,c的電離作用最強(qiáng)C.容器內(nèi)溫度越高,放射性強(qiáng)度越大D.將磁場(chǎng)換為水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),射線也大致沿圖示方向偏轉(zhuǎn)解析:選AD帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),根據(jù)左手定則,a帶正電為α粒子,b不帶電為γ射線,c帶負(fù)電為β粒子。γ射線(b)電離能力最弱,但穿透能力最強(qiáng),故A正確;α粒子(a)電離能力最強(qiáng),但穿透能力最弱,故B錯(cuò)誤;原子核衰變和溫度無(wú)關(guān),所以放射性強(qiáng)度也和溫度無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤;將磁場(chǎng)換為水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),α粒子向左偏,γ射線不偏轉(zhuǎn),β粒子向右偏,所以射線也大致沿圖示方向偏轉(zhuǎn),故D符合題意。9.已知钚的一種同位素的半衰期為24100年,其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→X+eq\o\al(4,2)He+γ,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.X原子核中含有92個(gè)質(zhì)子B.100個(gè)eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)過(guò)24100年后一定還剩余50個(gè)C.由于衰變時(shí)釋放巨大能量,衰變過(guò)程質(zhì)量數(shù)不再守恒D.衰變發(fā)出的γ放射線是波長(zhǎng)很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力解析:選AD根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,X原子核的電荷數(shù)為92,質(zhì)量數(shù)為235,質(zhì)子數(shù)是92,A選項(xiàng)正確;半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)大量的原子核適用,對(duì)少數(shù)的原子核沒(méi)有意義,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;由于衰變時(shí)釋放巨大能量,衰變過(guò)程總質(zhì)量減小,但質(zhì)量數(shù)仍守恒,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;衰變發(fā)出的γ放射線是波長(zhǎng)很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力,D選項(xiàng)正確。10.某放射性元素經(jīng)過(guò)6天后,只剩下八分之一沒(méi)有衰變。為估算某水庫(kù)的庫(kù)容,可取一瓶無(wú)毒的該放射性元素的水溶液,測(cè)得瓶?jī)?nèi)溶液每分鐘衰變8×107次?,F(xiàn)將這瓶溶液倒入水庫(kù),8天后在水庫(kù)中取水樣1.0m3(可認(rèn)為溶液已均勻分布),測(cè)得水樣每分鐘衰變20次,則()A.該無(wú)毒放射性元素半衰期為2天B.該無(wú)毒放射性元素半衰期為3天C.估算出水庫(kù)中水的體積大約為2.5×105m3D.估算出水庫(kù)中水的體積大約為4.5×106m3解析:選AC該放射性元素經(jīng)過(guò)6天后,只剩下八分之一沒(méi)有衰變,可知經(jīng)過(guò)了3個(gè)半衰期,則該放射性元素的半衰期為2天,故A正確,B錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)8天,即4個(gè)半衰期后,測(cè)得1立方米的水樣每分鐘衰變20次,可知8天前1立方米的水樣每分鐘衰變次數(shù)為n=eq\f(20,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4)=320次,則水庫(kù)中水的體積V=eq\f(8×107,320)m3=2.5×105m3,故C正確,D錯(cuò)誤。三、非選擇題(本題共4小題,共54分)11.(11分)實(shí)驗(yàn)室考查氫原子躍遷時(shí)的微觀效應(yīng)。已知?dú)湓幽芗?jí)圖如圖所示,氫原子質(zhì)量為mH=1.67×10-27kg。設(shè)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n=5的能級(jí)狀態(tài)。(1)這些氫原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),可能發(fā)射出多少種不同頻率的光?(2)若躍遷后光子沿某一方向飛出,且光子的動(dòng)量可以用p=eq\f(hν,c)表示(h為普朗克常量,ν為光子頻率,c為真空中光速),求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字,1eV=1.60×10-19J)解析:(1)不同頻率的光的種類為N=Ceq\o\al(2,5)=eq\f(5×4,2)=10種。(2)由動(dòng)量守恒mHvH=p光子=eq\f(hν,c)知:當(dāng)ν最大時(shí),反沖速率vH最大又hνmax=E5-E1=-0.54eV-(-13.6eV)=13.06eV=13.06×1.60×10-19J≈2.09×10-18J故最大反沖速率vH′=eq\f(hνmax,cmH)=eq\f(2.09×10-18,3.0×108×1.67×10-27)m/s≈4.17m/s。答案:(1)10種(2)4.17m/s12.(12分)靜止的鋰核(eq\o\al(6,3)Li)俘獲一個(gè)速度為7.7×106m/s的中子,發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生兩個(gè)新粒子,其中一個(gè)粒子為氦核(eq\o\al(4,2)He),它的速度大小是8.0×106m/s,方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同。(1)寫(xiě)出此核反應(yīng)的方程式;(2)求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個(gè)粒子的速度大小及方向。解析:(1)eq\o\al(6,3)Li+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(3,1)H。(2)用m1、m2和m3分別表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)的質(zhì)量,由動(dòng)量守恒定律得m1v1=m2v2+m3v3,代入數(shù)值解得v3=-8.1×106m/s。即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為8.1×106m/s,方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反。答案:(1)eq\o\al(6,3)Li+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(3,1)H(2)8.1×106m/s方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反13.(15分)如圖所示,有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.05T,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,MN是磁場(chǎng)的左邊界。在磁場(chǎng)中A處放一個(gè)放射源,內(nèi)裝eq\o\al(226,88)Ra,eq\o\al(226,88)Ra放出某種射線后衰變成eq\o\al(222,86)Rn。(1)寫(xiě)出上述衰變方程;(2)若A處距磁場(chǎng)邊界MN的距離OA=1.0m時(shí),放在MN左側(cè)邊緣的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子,此時(shí)接收器距過(guò)OA的直線1.0m。求一個(gè)靜止eq\o\al(226,88)Ra核衰變過(guò)程中釋放的核能有多少。(取1u=1.6×10-27kg,e=1.6×10-19C,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可得eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn+eq\o\al(4,2)He。(2)衰變過(guò)程中釋放的α粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),半徑R=1.0m,由2evB=eq\f(mv2,R)得α粒子的速度v=eq\f(2eBR,m),衰變過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,eq\o\al(222,86)Rn、eq\o\al(4,2)He質(zhì)量分別為222u、4u,則(222u)×v′=(4u)×v,得eq\o\al(222,86)Rn的速度v′=eq\f(2,111)v,釋放的核能E=eq\f(1,2)×(222u)×v′2+eq\f(1,2)×(4u)×v2=eq\f(113e2B2R2,222u),代入數(shù)據(jù)解得E≈2.04×10-14J。答案:(1)eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn+eq\o\al(4,2)He(2)2.04×10-14J14.(16分)天文學(xué)家測(cè)得銀河系中氦的含量約為25%,有關(guān)研究表明,宇宙中氦生成的途徑有兩種:一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的;二是在宇宙演化到恒星誕生后,由恒星內(nèi)部輕核聚變反應(yīng)生成的。(1)把輕核聚變反應(yīng)簡(jiǎn)化為4個(gè)氫核(H)聚變成氦核(He),同時(shí)放出兩個(gè)正電子(e)和兩
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