章末综合检测（五） 原子与原子核

PAGE第3页共6页章末综合检测（五）原子与原子核一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．关于下列四幅图片说法正确的是()A．图甲说明发生光电效应时，频率大的光对应的饱和光电流一定大B．图乙是α粒子散射图景，散射后绝大多数α粒子基本沿原方向前进C．图丙中显示的是β粒子在威尔逊云室中又粗又直的径迹，说明β粒子的电离能力最强D．图丁说明原子核的质量数越大，比结合能就越大解析：选B题图甲说明发生光电效应时，相同频率、光强大的光对应的饱和光电流一定大，A错误；题图乙是α粒子散射图景，散射后绝大多数α粒子基本沿原方向前进，B正确；题图丙中显示的是α粒子在威尔逊云室中又粗又直的径迹，说明α粒子的电离能力最强，C错误；题图丁说明原子核的质量数越大，比结合能不一定越大，D错误。2．有关中子的研究，下列说法正确的是()A．Th核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性解析：选Dα衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A错误；裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，C错误；所有粒子都具有粒子性和波动性，D正确。3．原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。最初科学家曾认为β衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“中微子”的粒子，中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于β衰变的说法不正确的是()A．原子核发生β衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加B．原子核能够发生β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的C．静止的原子核发生β衰变后，在中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反D．静止的原子核发生β衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和解析：选B原子核是由质子和中子组成的，故B错误；原子核发生β衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生的，所以A正确；静止的原子核发生β衰变，由动量守恒定律知C正确；静止的原子核发生β衰变，由能量守恒定律可知D正确。本题选择说法不正确的，故B符合题意。4．科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋Y，下列说法正确的是()A．Y是氦核B．Y是质子C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变解析：选C根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(0,1)e，即Y是正电子，选项A、B错误；因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半，再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误。5．在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的eq\o\al(210,82)Pb，其衰变方程为eq\o\al(210,82)Pb→eq\o\al(210,83)Bi＋X。以下说法正确的是()A．衰变方程中的X是电子B．升高温度可以加快eq\o\al(210,82)Pb的衰变C.eq\o\al(210,82)Pb与eq\o\al(210,83)Bi的质量差等于衰变的质量亏损D．方程中的X来自于eq\o\al(210,82)Pb内质子向中子的转化解析：选A根据核反应方程的质量数守恒和核电荷数守恒，可知X为电子(eq\o\al(0,－1)e)，A正确；原子核的衰变与外界因素无关，B错误；衰变的质量亏损应等于核反应前后所有核的质量之差，C错误；方程中的X来自于eq\o\al(210,82)Pb内中子向质子的转化，故D错误。6．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它会通过β衰变放出能量高达315keV的高速电子衰变为镍60，同时会放出两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。关于钴60下列说法正确的是()A．衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)eB．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收D．钴60衰变过程中不会有质量亏损解析：选A根据电荷数守恒、质量数守恒，可知钴60发生β衰变的衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e，故A正确；钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，故B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故C错误；所有衰变都会有质量亏损，故D错误。7．我国核潜艇是以核反应炉为动力来源的潜艇，其核反应堆中可能的一个核反应方程为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，下列说法正确的是()A．该核反应属于原子核的衰变B．其中Ba核的平均结合能比U核的小C．该核反应方程中x＝4D．该反应堆中发生的是链式反应，因每次生成的eq\o\al(1,0)n会使新铀核连续不断地发生裂变解析：选D该核反应属于原子核的裂变，不是衰变，A错误；裂变反应会放出能量，生成物的平均结合能大于反应物的平均结合能，B错误；根据质量数守恒，有235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；只要生成的中子数大于参与反应的中子数，就是链式反应，D正确。二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8.把放射源铀、钋或镭放入用铅做的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加匀强磁场，发现射线分裂成如图所示的a、b、c三束。下列说法正确的是()A．三种射线中，b的穿透能力最强B．三种射线中，c的电离作用最强C．容器内温度越高，放射性强度越大D．将磁场换为水平向左的匀强电场，射线也大致沿图示方向偏转解析：选AD带电粒子在磁场中运动，根据左手定则，a带正电为α粒子，b不带电为γ射线，c带负电为β粒子。γ射线(b)电离能力最弱，但穿透能力最强，故A正确；α粒子(a)电离能力最强，但穿透能力最弱，故B错误；原子核衰变和温度无关，所以放射性强度也和温度无关，故C错误；将磁场换为水平向左的匀强电场，α粒子向左偏，γ射线不偏转，β粒子向右偏，所以射线也大致沿图示方向偏转，故D符合题意。9．已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是()A．X原子核中含有92个质子B．100个eq\o\al(239,94)Pu经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力解析：选AD根据电荷数守恒和质量数守恒可知，X原子核的电荷数为92，质量数为235，质子数是92，A选项正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核没有意义，B选项错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍守恒，C选项错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D选项正确。10．某放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变。为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变8×107次。现将这瓶溶液倒入水库，8天后在水库中取水样1.0m3(可认为溶液已均匀分布)，测得水样每分钟衰变20次，则()A．该无毒放射性元素半衰期为2天B．该无毒放射性元素半衰期为3天C．估算出水库中水的体积大约为2.5×105m3D．估算出水库中水的体积大约为4.5×106m3解析：选AC该放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变，可知经过了3个半衰期，则该放射性元素的半衰期为2天，故A正确，B错误；经过8天，即4个半衰期后，测得1立方米的水样每分钟衰变20次，可知8天前1立方米的水样每分钟衰变次数为n＝eq\f(20,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4)＝320次，则水库中水的体积V＝eq\f(8×107,320)m3＝2.5×105m3，故C正确，D错误。三、非选择题(本题共4小题，共54分)11.(11分)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应。已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH＝1.67×10－27kg。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态。(1)这些氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光？(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝eq\f(hν,c)表示(h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率。(结果保留3位有效数字，1eV＝1.60×10－19J)解析：(1)不同频率的光的种类为N＝Ceq\o\al(2,5)＝eq\f(5×4,2)＝10种。(2)由动量守恒mHvH＝p光子＝eq\f(hν,c)知：当ν最大时，反冲速率vH最大又hνmax＝E5－E1＝－0.54eV－(－13.6eV)＝13.06eV＝13.06×1.60×10－19J≈2.09×10－18J故最大反冲速率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种(2)4.17m/s12．(12分)静止的锂核(eq\o\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq\o\al(4,2)He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。(1)写出此核反应的方程式；(2)求反应后产生的另一个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分别表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3，代入数值解得v3＝－8.1×106m/s。即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应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方向与反应前中子的速度方向相反13．(15分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装eq\o\al(226,88)Ra，eq\o\al(226,88)Ra放出某种射线后衰变成eq\o\al(222,86)Rn。(1)写出上述衰变方程；(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止eq\o\al(226,88)Ra核衰变过程中释放的核能有多少。(取1u＝1.6×10－27kg，e＝1.6×10－19C，结果保留三位有效数字)解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He。(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0m，由2evB＝eq\f(mv2,R)得α粒子的速度v＝eq\f(2eBR,m)，衰变过程中系统动量守恒，eq\o\al(222,86)Rn、eq\o\al(4,2)He质量分别为222u、4u，则(222u)×v′＝(4u)×v，得eq\o\al(222,86)Rn的速度v′＝eq\f(2,111)v，释放的核能E＝eq\f(1,2)×(222u)×v′2＋eq\f(1,2)×(4u)×v2＝eq\f(113e2B2R2,222u)，代入数据解得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)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两种：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部轻核聚变反应生成的。(1)把轻核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出两个正电子(e)和两