物理：人教版选修3-5 第十九章 原子核 章综合 检测

(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)1．下列说法正确的是()A．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转B．β射线比α射线更容易使气体电离C．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D．核反应堆产生的能量来自轻核聚变解析：选A.γ射线是不带电的电磁波，在电场和磁场中都不会偏转，故A正确；因为α射线比β射线的电离能力强，所以B错；太阳辐射的能量来源是轻核聚变，核反应中进行的裂变反应，故C、D错．2．(2010年高考天津理综卷)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析：选B.原子核是由质子和中子组成的，β衰变是核内中子转变成为质子同时生成电子，即β粒子，故A错．半衰期由原子核本身决定，与外界环境因素无关，C错．比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢固，D错．玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量的量子化，B对．3．2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过(钙48)轰击(锎249)发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是()A．中子 B．质子C．电子 D．α粒子解析：选A.从118号元素衰变到112号元素，电荷数少了6个，3次α衰变就使得原子核的质子数少6，因此3次x衰变，电荷数不变，只是改变了质量数，所以x是中子．4.(2010年高考福建理综卷)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是()图19－1解析：选C.据半衰期的计算公式知，经时间t，剩余的14C的质量为m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)，对应图象为一指数函数图象，C选项符合题意．5．(2011年高考北京理综卷)表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)β衰变的方程是()A.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H解析：选B.β衰变的实质是放射出电子(eq\o\al(0,－1)e)，由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知B正确．6．根据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置，又称“人造太阳”，已完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．“人造太阳”释放的能量大小计算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太阳”核能大小计算公式是E＝eq\f(1,2)Δmc2解析：选AC.“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变，而不是重核裂变，故A项对，B项错；“人造太阳”是利用海水中的eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H轻核聚变而产生大量的能量，放出的能量是用质量亏损计算的，释放核能大小的计算依据是爱因斯坦质能方程，C项对，D项错．7．(2011年高考重庆理综卷)核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数解析：选D.β射线的本质是电子，并非氦核，A项错；γ光子的频率大于可见光光子的频率，由E＝hν可知γ光子的能量大于可见光光子的能量，B项错误；半衰期越小表示元素衰变越快，C项错；同位素含有相同的质子数但中子数不同，故D项正确．8．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196MeV的能量，则1g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D.eq\f(NA,235)×196MeV解析：选D.1g纯铀235有eq\f(1,235)×NA个铀235的原子核，因此1g纯铀吸收中子完全发生核反应，可以放出的能量为eq\f(NA,235)×196MeV，即D正确，A、B、C错误．9．由图19－2可得出结论()图19－2A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量B．质子和中子的质量之和等于氘核的质量C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量解析：选C.该反应是吸能反应，所以两个核子质量之和大于氘核的质量．10．光子的能量是hν，动量的大小为hν/c.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只发出一个γ光子．则衰变后的原子核()A．仍然静止B．沿着与光子运动方向相同的方向运动C．沿着与光子运动方向相反的方向运动D．可以向任何方向运动解析：选C.本题考查放射性元素发生衰变时除满足质量数、电荷数守恒外还需满足动量守恒，因此一个静止的放射性元素的原子核发出一个γ光子后，衰变后的原子核必沿着与光子运动方向相反的方向运动．11．浙江秦山核电站第三期工程两个6.0×109kW发电机组并网发电，发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，现有四种说法，你认为正确的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子、143个中子B.eq\o\al(235,92)U的一种典型的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度时半衰期将缩短D．若一个eq\o\al(235,92)U裂变，反应质量亏损为0.3578×10－27kg，则释放的能量约201MeV，合3.2×10－11J解析：选ABD.原子核中的质子数即为原子序数，所以eq\o\al(235,92)U的质子数为92，中子数为235－92＝143个，A正确；由电荷数和质量守恒可判断B正确；半衰期与外部环境无关，C错误；由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可判断D正确．12．“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：选AD.发生“轨道电子俘获”时，一个质子变为中子，质子与中子的总量不变，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；新核与原核质子数不同，不能称它们互为同位素，C错；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．选A、D.二、计算题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13．(8分)用加速后动能Ek0的质子eq\o\al(1,1)H轰击静止的原子核X，生成两个动能均为Ek的eq\o\al(4,2)He核，并释放出一个频率为ν的γ光子．写出上述核反应方程并计算核反应中的质量亏损．(光在真空中传播速度为c)解析：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→2eq\o\al(4,2)He(或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He)该核反应释放出来的核能为ΔE＝2Ek＋hν－Ek0由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2得质量亏损Δm＝eq\f(2Ek＋hν－Ek0,c2).答案：见解析14．(8分)(2011年高考天津理综卷)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半衰期τ为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字)解析：核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He设碳11原有质量为m0，经过t1＝2.0h剩余的质量为mr，根据半衰期定义有eq\f(mr,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))≈1.6%.答案：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He1.6%15．(10分)(2011年浙江金华质检)若eq\o\al(235,92)U俘获一个中子裂变成eq\o\al(90,38)Sr及eq\o\al(136,54)Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子质量为1.0087u(1u＝1.6606×10－27kg,1u相当于931.50MeV)(1)写出铀核裂变的核反应方程；(2)求9.2kg纯铀235完全裂变所释放的能量是多少？(取两位有效数字)解析：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n.(2)因为一个铀核裂变的质量亏损Δm＝(235.0439u＋1.0087u)－(89.9077u＋135.9072u＋10×1.0087u)＝0.1507u，故9.2kg的铀裂变后总的质量亏损为ΔM＝6.02×1023×0.1507×9.2×103/235u＝3.55×1024u，所以ΔE＝ΔMc2＝3.55×1024×931.50MeV＝3.3×1027MeV.答案：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n(2)3.3×1027MeV图19－316．(14分)静止在匀强磁场中的锂核俘获一个速度为7.7×104m/s的中子而发生核反应，反应中放出的α粒子的速度为2×104m/s，其方向与反应前的中子相同，如图19－3所示．(1)写出核反应方程式；(2)求反冲核的速度；(3)当α粒子旋转6周时，反冲核旋转几周．解析：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He.(2)核反应前后满