【名师一号】2021年人教版物理双基限时练-选修3-5：第十九章《原子核》单元测试

单元测评(四)原子核(时间：90分钟满分：100分)第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题有12小题，每小题4分，共48分．)1．(多选题)关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是()A．威耳逊云室内布满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹缘由是电离，所以无法由径迹推断射线所带电荷的正负解析：云室内布满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心分散成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A项正确；由于α粒子的电离本事大，贯穿本事小，所以α射线在云室中的径迹粗而直，即B项正确；由于γ射线的电离本事很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而瘦长径迹是β射线的，所以C项错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以推断射线所带电荷的正负，所以D项错误．答案：AB2．(多选题)eq\o\al(228,88)Ra是镭eq\o\al(226,88)Ra的一种同位素，对于这两个镭的原子而言，下列说法正确的有()A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质解析：同位素具有相同的质子数不同的质量数，并且化学性质相同．答案：AC3．一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.铀发生一系列衰变，最终生成物为铅．已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有()A．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B．经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D．经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2解析：经过两个半衰期后矿石中剩余的铀应当还有m/4；经过三个半衰期后还剩m/8；由于衰变产物大部分仍旧留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的转变．答案：C4.eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn要经过m次α衰变和n次β衰变，则m、n分别为()A．2,4 B．4,2C．4,6 D．16,6解析：由于β衰变不转变质量数，则m＝eq\f(238－222,4)＝4，α衰变使电荷数削减8，但由eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(222,86)Rn，电荷数削减6，说明经过了2次β衰变，故B项正确．答案：B5．(多选题)用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是()A．放射源射出的是α射线B．放射源射出的是β射线C．这种放射性元素的半衰期是5天D．这种放射性元素的半衰期是2.5天解析：因厚纸板能拦住这种射线，知这种射线是穿透力量最差的α射线，选项A正确，B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一，由半衰期公式知已经过了两个半衰期，故半衰期是5天．答案：AC6．一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()A.eq\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：B7．在核反应方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋kX中()A．X是质子，k＝9 B．X是质子，k＝10C．X是中子，k＝9 D．X是中子，k＝10解析：235＋1＝90＋136＋10,92＋0＝38＋54＋0，说明X的电荷数是0，质量数是1，是中子，选项D正确．答案：D8．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是由于()A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在强大的核力D．核子间存在着简单磁力解析：核反应中核能的变化是由于核子间存在着特殊强大的核力，不是由于万有引力，也不是由于库仑力或磁场力，这些力与核力相比都很小，故仅C正确．答案：C9．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断削减．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，依据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟削减的质量最接近()A．1036kg C．1013kg 解析：依据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(E,c2)＝eq\f(4×1026,3×108)kg≈109kg.答案：D10．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但试验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发觉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全都，则τ子的运动方向()A．肯定与μ子同方向B．肯定与μ子反方向C．肯定与μ子在同始终线上D．不肯定与μ子在同始终线上解析：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全都，τ子必定也在这条直线上．答案：C11．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年月测定的方法．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14 A B C D解析：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．答案：C12．(多选题)用质子轰击锂核(73Li)生成两个α粒子，以此进行出名的验证爱因斯坦质能方程的试验．已知质子的初动能是0.6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u．已知1u相当于931.5MeV，则下列叙述中正确的是()A．此反应过程质量削减0.0103uB．生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV，与试验相符C．核反应中释放的能量是18.9MeV，与试验相符D．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV，与试验相符解析：此反应的质量亏损Δm＝1.0073u＋7.0160u－2×4.0015u＝0.0203u，释放的能量ΔE＝Δm×931.5MeV＝18.9MeV，故A项错，C项正确；由能量守恒可知，释放的能量ΔE及反应前质子的动能转化成两个α粒子的总动能，Ek＝18.9MeV＋0.6MeV＝19.5MeV，故B项错，D项正确．答案：CD第Ⅱ卷(非选择题，共52分)二、计算题(本题有4小题，共52分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最终答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位)13．(10分)“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊单位，符号为u,1u＝1.6606×10－27kg.已知12C原子的质量是12.000000u，一个12解析：6个中子的总质量6mn＝6×1.008665u＝6.051990u(2分)6个氢原子的总质量6mH＝6×1.007825u＝6.046950u(2分)中子和氢原子的质量和6mn＋6mH＝12.098940u(2分)12C原子核的质量mC质量亏损Δm＝6mn＋6mH－mC＝0.098940u＝1.643×10－28kg12C原子核的结合能ΔE＝Δmc2＝1.643×10－28×(3×108)2J＝1.48×10－11答案：1.48×10－1114．(13分)eq\o\al(3,1)H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子质量是1.008665u．求：(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸取还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)假如这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，(2分)反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u，反应后新核的质量为mH＝3.016050u，质量亏损为Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u．(2分)因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放能反应．(1分)释放的核能为ΔE＝0.008557×931.5MeV＝7.97MeV.(2分)(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97MeV，(1分)它的比结合能为eq\f(E,3)＝2.66MeV.(2分)(3)放出光子的频率为ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(7.97×106×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz＝1.92×1021Hz.(3分)答案：(1)放出能量7.97MeV(2)7.97MeV2.66MeV(3)1.92×1021Hz15．(14分)在茫茫宇宙空间存在大量宇宙射线，对航天员构成了很大的威逼，现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)，(1)在不影响β和γ射线的状况下，如何用最简洁的方法除去α射线；(2)余下的这束射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入该磁场区域后轨迹的示意图．(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分别出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的格外之一，β射线速度约为光速)．解析：(1)由于α射线贯穿力量很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．(4分)(2)β射线带负电，由左手定则可知向上偏转，γ射线方向不变，轨迹如图所示．(4分)(3)α粒子和电子在磁场中偏转，据R＝eq\f(mv,Bq)，对α射线R1＝eq\f(mαvα,Bqα)，对β射线R2＝eq\f(mβvβ,Bqβ)，故eq\f(R1,R2)＝eq\f(mαvαqβ,mβvβqα)＝400.(4分)α射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分别．(2分)答案：(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线(2)见解析图(3)α射线的圆周运动的半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分别．16．(15分)一个静止的氮核eq\o\al(14,7)N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核．设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为RB∶RC＝11∶(1)C核的速度大小；(2)依据计算推断C核是什么核；(3)写出核反应方程．解析：(1)设中子的质量为m，则氮核的质量为14m，B核的质量为11m，C核的质量为4m，依据动量守恒可得：mv0＝11mvB＋4m代入数值解得vC＝3×106(2)依据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式：R＝eq\f(mv,qB)可得：eq\f(RB,RC)＝eq\f(mBvBqC,mCvCqB)＝eq\f(11,30)(