高中物理人教版5第十九章原子核 公开课

章末综合测评(四)(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的4个选项中，第1～5题只有一个选项符合要求，第6～8题有多个选项符合要求．全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)1．在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是()A．查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的B．汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说C．居里夫人首先发现了天然放射现象D．玻尔通过原子核的人工转变发现了质子【答案】A2．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4，下列说法正确的是()A．该核反应类型属于人工转变B．该反应放出能量(m1－2m2－m3－m4)c2C．x的值是2D．该核反应比聚变反应对环境的污染少【解析】该核反应是核裂变，不是人工转变，故A错误；核反应方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n中根据质量数守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B正确，C错误；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故D错误．【答案】B3．硼10俘获1个α粒子，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不稳定的，它放出y粒子变成碳13，那么，x粒子和y粒子分别为()【导学号：54472098】A．中子和正电子 B．中子和电子C．质子和正电子 D．质子和中子【解析】由核反应方程eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(0,1)e，所以A选项正确．【答案】A4．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向()【导学号：54472099】A．一定与μ子同方向B．一定与μ子反方向C．一定与μ子在同一直线上D．不一定与μ子在同一直线上【解析】中微子衰变成μ子和τ子，满足动量守恒，μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，τ子必定也在这条直线上．【答案】C5．一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，此反应过程产生的质量亏损为Δm.已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c.若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为()【导学号：54472100】\f(1,2)NAΔmc2 B．NAΔmc2C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2【解析】一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为Δmc2,1mol的氘核和1mol的氚核结合成1mol的氦核释放能量为NAΔmc2.【答案】B6．放射性元素eq\o\al(238,92)U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以经一次衰变变成eq\o\al(210,a)X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成eq\o\al(b,81)Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)T1最后都变成eq\o\al(206,82)Pb，衰变路径如图1所示．则()图1A．a＝84B．b＝206\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是β衰变，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是α衰变\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是α衰变，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是β衰变【解析】由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206.【答案】ABC7．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)．若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计)，则 ()A．生成的新核与衰变前的原子核质量数相同B．生成新核的核电荷数增加C．生成的新核与衰变前的原子核互为同位素D．生成的新核与中微子的动量大小相等【解析】质子与中子的质量数相同，所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同，A正确；新核质子数减少，故核电荷数减少，B错误；新核与原核质子数不同，不能称它们互为同位素，C错误；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，D正确．【答案】AD8．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核(eq\o\al(1,1)H)结合成1个氦核(eq\o\al(4,2)He)．下表中列出了部分粒子的质量(1u相当于MeV的能量)，以下说法中正确的是 ()粒子名称质子pα粒子电子e中子n质量/u35557A.核反应方程式为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)eB．核反应方程式为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,－1)eC．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为6uD．4个氢核聚变反应过程中释放的能量约为MeV【解析】根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A正确，B错误；根据质能方程可知C、D正确．【答案】ACD二、非选择题(本题共5小题，共52分．按题目要求作答．)9．(4分)由图2所示可得出结论：质子和中子的质量之和________氘核的质量，氘核分解为质子和中子时要________能量．图2【解析】由图可以看出，氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的，因此两个核子质量之和大于氘核的质量．【答案】大于吸收10．(8分)我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行，获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，反应原料氘(eq\o\al(2,1)H)富存于海水中，而氚(eq\o\al(3,1)H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)的人工核转变得到．(1)请把下列用中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)产生一个氚核(eq\o\al(3,1)H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：________＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(3,1)H.(2)在(1)中，每产生1g氚的同时有多少个eq\o\al(6,3)Li核实现了核转变？(阿伏伽德罗常数NA取×1023mol－1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为×10－13J，求该核聚变过程中的质量亏损.【导学号：54472101】【解析】(1)核反应方程为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)因为1g氚为eq\f(1,3)mol，根据核反应方程，实现核转变的eq\o\al(6,3)Li也为eq\f(1,3)mol，所以有×1023个eq\o\al(6,3)Li实现了核转变．(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5个核子释放总能量ΔE＝5××10－13J＝×10－12J，所以质量亏损为Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f×10－12,3×1082)kg＝×10－29kg.【答案】(1)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(4,2)He(2)×1023个(3)×10－29kg11．(10分)1926年美国波士顿的内科医生卢姆加特等首次应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，被誉为“临床核医学之父”．氡的放射性同位素有27种，其中最常用的是eq\o\al(222,86)\o\al(222,86)Rn经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的eq\o\al(206,82)Pb.(1)求m、n的值；(2)一个静止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)放出一个α粒子后变成钋核(eq\o\al(218,84)Po)．已知钋核的速度v＝1×106m/s，求α粒子的速率.【导学号：54472261】【解析】(1)4m＝222－206，m＝486＝82＋2m－n，n＝4.(2)由动量守恒定律得mαvα－mPov＝0解得vα＝×107m/s.【答案】(1)44(2)×107m/s12．(14分)为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素的半衰期为2天，10天以后从水库取出1m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？【导学号：54472262】【解析】由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用半衰期知识可求出存水量．设放射性同位素原有质量为m0,10天后其剩余质量为m，水库存水量为Q,10天后每立方米水中放射性元素的存量为eq\f(m,Q)，由每分钟衰变次数与其质量成正比eq\f(m0,m/Q)＝eq\f(8×107,10)，即eq\f(10Q,8×107)＝eq\f(m,m0)，由半衰期公式得：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)由以上两式联立代入数据得eq\f(10Q,8×107)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(10,2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5解得水库的存水量为Q＝×105m3.【答案】×105m313．(16分)eq\o\al(3,1)H的质量是050u，质子的质量是277u，中子的质量是665u．则：(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？【导学号：54472263】【解析】(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝277u＋2×665u＝