高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 49 原子核及核反應(yīng)能力訓(xùn)練試題

49原子核及核反應(yīng)1．(2017·天津聯(lián)考)下列說(shuō)法正確的是()A．根據(jù)天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)B．一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，該氫原子吸收光子，能量增加C．鈾(eq\o\al(238,92)U)經(jīng)過(guò)多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(eq\o\al(206,82)Pb)的過(guò)程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D．機(jī)場(chǎng)、車站等地進(jìn)行安全檢查時(shí)，能輕而易舉地窺見(jiàn)箱內(nèi)物品，利用了γ射線較強(qiáng)的穿透能力答案C解析盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，A錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，氫原子要放出光子，能量減小，B錯(cuò)誤；分析可得鈾經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而β衰變的本質(zhì)就是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)釋放出電子的過(guò)程，故C正確；機(jī)場(chǎng)、車站等地進(jìn)行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領(lǐng)，D錯(cuò)誤。2．下列說(shuō)法正確的是()A．從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線有良好的穿透能力B．玻爾對(duì)氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立C．α衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子D．目前核電站利用的是核裂變釋放的核能答案D解析從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紅外線有良好的穿透能力，A錯(cuò)誤；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯(cuò)誤；β衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，C錯(cuò)誤；目前核電站利用的是核裂變釋放的核能，D正確。3．14C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t＝0時(shí)14答案C解析由于每經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T,14C的質(zhì)量減少一半，所以m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)，C正確。4．(多選)下列哪些現(xiàn)象能說(shuō)明放射線來(lái)自原子核()A．三種射線的能量都很高B．放射線的強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng)等物理?xiàng)l件的影響C．元素的放射性與所處的化學(xué)狀態(tài)(單質(zhì)、化合態(tài))無(wú)關(guān)D．α射線、β射線都是帶電的粒子流答案BC解析能說(shuō)明放射線來(lái)自原子核的證據(jù)是，元素的放射性與其所處的化學(xué)狀態(tài)和物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，B、C正確。5．(多選)關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說(shuō)法正確的是()A．原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成B．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子C．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在答案ABC解析原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，以后又預(yù)言了中子的存在，A、B、C正確。6．(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過(guò)對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測(cè)定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出()A．鈾238的半衰期為90億年B．地球的年齡大致為45億年C．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4D．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3答案BD解析由題意、半衰期的含義及鈾238衰變后含量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球的年齡均大致為45億年，被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)鈾原子數(shù)的相對(duì)值為0.25，即占總原子數(shù)的eq\f(1,4)，由此可推得其中鉛占原子數(shù)的eq\f(3,4)，鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3。B、D正確。7．(多選)以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是()A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個(gè)電子B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大C．核衰變中，γ光子是衰變后轉(zhuǎn)變的新核輻射的D．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定吸收核能答案AD解析β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來(lái)，不是來(lái)自核外電子，故A錯(cuò)誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉(zhuǎn)變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以γ光子的形式放出，C正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，故D錯(cuò)誤。8．以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．質(zhì)子C．中子D．電子答案C解析將前2個(gè)核反應(yīng)方程化簡(jiǎn)消去x，得y是eq\o\al(4,2)He，結(jié)合第3個(gè)方程由質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知z是中子eq\o\al(1,0)n，C正確。9．(2017·全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u,1u＝931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV答案B解析釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(2mH－mHe－mn)c2＝0.0035×931MeV≈3.3MeV，B正確。10．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。下列說(shuō)法正確的是()A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案B解析靜止的鈾核在衰變過(guò)程中遵循動(dòng)量守恒，系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量等大反向，即pTh＝pα，B正確。釷核和α粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動(dòng)能不等，A錯(cuò)誤。半衰期是有一半鈾核衰變所用的時(shí)間，并不是一個(gè)鈾核衰變所用的時(shí)間，C錯(cuò)誤。由于衰變過(guò)程釋放能量，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過(guò)程有質(zhì)量虧損，D錯(cuò)誤。11．(2015·天津高考)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對(duì)事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上。下列說(shuō)法正確的是()A．天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu)C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D．密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的答案A解析天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核是可分的，即核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，A項(xiàng)正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是原子具有核式結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；密立根油滴實(shí)驗(yàn)精確地測(cè)出了電子的電荷量，原子光譜的分立性表明原子核外電子軌道是不連續(xù)的，D項(xiàng)錯(cuò)誤。12．(2017·江蘇高考)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大答案BC解析eq\o\al(4,2)He核有4個(gè)核子，由比結(jié)合能圖線可知，eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV，A錯(cuò)誤。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確。兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時(shí)要放出能量，C正確。由比結(jié)合能圖線知，eq\o\al(235,92)U核中核子平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，D錯(cuò)誤。13．(2015·江蘇高考)(1)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。(2)取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.6726×10－27kg，中子的質(zhì)量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27kg，光速c答案(1)3大于(2)4.3×10－12J解析(1)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。(2)組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差為Δm＝(2mp＋2mn)－mα結(jié)合能ΔE＝Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE≈4.3×10－12J。14．(2017·北京高考)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用eq\o\al(A,Z)X表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫(xiě)出該α衰變的核反應(yīng)方程；(2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大??；(3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm。答案(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(2πm,qB)eq\f(q2B,2πm)(3)eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)解析(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He。(2)設(shè)α粒子的速度大小為v，由qvB＝meq\f(v2,R)，T＝eq\f(2πR,v)