章末綜合檢測(cè)（五） 原子與原子核

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