高中物理 第十九章 检测发现闯关 新人教版选修3-5

【创新方案】高中物理第十九章检测发现闯关新人教版选修3-5(时间60分钟，满分100分)一、选择题(本大题共7个小题，每小题7分，共49分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)1．下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是()A．玻尔在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数均守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线C．中性原子的核电荷数等于核外的电子数D．爱因斯坦提出了质能方程，从而可求出原子核的结合能解析：卢瑟福分析α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构模型，A错误；γ射线不带电，在磁场和电场中都不偏转，B正确；中性原子的核电荷数等于核外电子数，故C正确；爱因斯坦提出质能方程从而可求出原子核的结合能，D正确。答案：BCD2．(·丹东联考)“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆。重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)Pu)，这种钚239可由铀239(eq\o\al(239,92)U)经过n次β衰变而产生，则n为()A．2 B．239C．145 D．92解析：β衰变规律是质量数不变，质子数增加1。eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(239,92)U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对。答案：A3．如图1所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，计数器对α粒子、β粒子、γ光子均能计数。若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是() 图1A．α、β和γ的混合放射源B．纯α放射源C．α和γ的放射源D．纯γ放射源解析：在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的放射源。故选C。答案：C4．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2MeV，故D对，B、C错。答案：AD5．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图2是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是()A．粒子先经过a点，再经过b点 图2B．粒子先经过b点，再经过a点C．粒子带负电D．粒子带正电解析：由r＝eq\f(mv,qB)知，v减小则r减小，故粒子先经过a点，再经过b点，故A正确，B错误；由左手定则知，粒子带负电，故C正确，D错误。答案：AC6．(·忻州月考)核电站核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：β射线是高速电子流，选项A错误；γ光子是高频电磁波，穿透本领最强，光子能量大于可见光光子能量，选项B错误；与铯137相比，碘131的半衰期很小，说明碘131衰变很快，选项C错误；铯137是铯133的同位素，它们的原子序数相同，质子数也相同，选项D正确。答案：D7．原来静止的原子核eq\o\al(a,b)X发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是()A.eq\f(E0,c2) B.eq\f(E0,a－4c2)C.eq\f(a－4E0,c2) D.eq\f(aE0,a－4c2)解析：衰变方程为eq\o\al(a,b)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(a－4,b－2)Y，设新核动能为Ek′，由动量守恒eq\r(2×4E0)＝eq\r(2×a－4Ek′)，则Ek′＝eq\f(4,a－4)E0，总动能Ek＝E0＋Ek′＝eq\f(aE0,a－4)，由质能方程Ek＝Δmc2得质量亏损Δm＝eq\f(aE0,a－4c2)，故A、B、C错，D对。答案：D二、填空题(本题共3小题，共26分。把答案填在题中相应的横线上或按题目要求作答)8．(8分)(·苏北四市联考)一个铀核(eq\o\al(238,92)U)放出一个α粒子后衰变成钍核(eq\o\al(234,90)Th)，其衰变方程为________________；已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，真空中的光速为c，上述衰变过程中释放出的核能为________。解析：根据题述可写出衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。由质能方程得出衰变过程中释放出的核能为(m1－m2－m3)c2。答案：eq\o\al(238,92)→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(m1－m2－m3)c29．(8分)放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA∶mB＝________。解析：放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往以γ光子的形式释放能量，即伴随γ辐射；根据半衰期的定义，A、B两种放射性元素经过t＝T1·T2时间后剩下的质量相等，则eq\f(mA,2T2)＝eq\f(mB,2T1)，故mA∶mB＝2T2∶2T1。答案：γ2T2∶2T110．(10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________个eq\o\al(6,3)Li实现了核转变(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol－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5.6×10－13J，则该核聚变过程中的质量亏损为________kg。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2.0×1023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，所以质量亏损为Δm＝3.1×10－29kg。答案：(1)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(4,2)He(2)2.0×1023(3)3.1×10－29三、计算题(本题共2小题，共25分。解答题应写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤。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)11．(10分)科学家发现太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的。当γ射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在过去100亿年所发生的能量的总和的1000倍左右，大致相当于将太阳的全部质量转变为能量的总和。科学家利用超级计算机对γ射线的状态进行了模拟。经模拟发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍缩”过程，只有星球“坍缩”时，才可以发出这么巨大的能量。已知太阳光照射到地球上大约需要8分20秒时间，由此来估算：在宇宙中，一次γ射线爆发所放出的能量。(万有引力常量G＝6.67×10－11N·m2·kg－2,1年时间约为3.15×107s)解析：r＝ct＝3.0×108×500m＝1.5×1011m，地球做匀速圆周运动，万有引力为向心力eq\f(GMm,r2)＝eq\f(m4π2r,T2)，得太阳的质量为M＝eq\f(4π2r3,GT2)＝eq\f(4×10×1.5×10113,6.67×10－11×3.15×1072)kg＝2.0×1030γ射线爆发所发出的能量E＝Mc2＝2.0×1030×(3×108)2J＝1.8×1047J。答案：1.8×1047J12．(15分)094型导弹核潜艇是中国最先进的战略核潜艇，水下最大航速为45节(1节＝1.852km/h)，核反应堆最大输出功率为4.5万千瓦，最大续航里程为20万海里(1海里＝1.852km)。假设1个eq\o\al(235,92)U核裂变放出能量是200MeV，铀矿石含铀235的浓度是4%，求：(1)当核反应堆达到最大输出功率时，每秒有多少个铀235原子核发生裂变？(2)核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克？解析：设ΔE＝200MeVs＝2.0×105×1.852kmv＝45×1.852km/h。(1)当核反应堆达到最大输出功率Pm时，每秒发生裂变的铀235原子核数N＝eq\f(Pmt,ΔE)＝eq\f(4.5×107×1,200×106×1.6×10－19)个≈1.4×10