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2019-2020年高中物理第十九章原子核檢測新人教版 一、選擇題(本大題共7個小題，每小題7分，共49分。在每小題給出的四個選項中，至少有一個選項是正確的，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有錯選或不答的得0分) 1．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法中正確的是(　　) A．玻爾在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)均守恒，其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是γ射線 C．中性原子的核電荷數(shù)等于核外的電子數(shù) D．愛因斯坦提出了質(zhì)能方程，從而可求出原子核的結(jié)合能 解析：盧瑟福分析α粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，A錯誤；γ射線不帶電，在磁場和電場中都不偏轉(zhuǎn)，B正確；中性原子的核電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，故C正確；愛因斯坦提出質(zhì)能方程從而可求出原子核的結(jié)合能，D正確。 答案：BCD 2．(xx丹東聯(lián)考)“朝核危機”引起全球矚目，其焦點就是朝鮮核電站采用輕水堆還是重水堆。重水堆核電站在發(fā)電的同時還可以生產(chǎn)出可供研制核武器的钚239(Pu)，這種钚239可由鈾239(U)經(jīng)過n次β衰變而產(chǎn)生，則n為(　　) A．2　　　　　　　　　　 B．239 C．145 D．92 解析：β衰變規(guī)律是質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)增加1。Pu比U質(zhì)子數(shù)增加2，所以發(fā)生2次β衰變，A對。 答案：A 3．如圖1所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，計數(shù)器對α粒子、β粒子、γ光子均能計數(shù)。若在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則x可能是(　　) 圖1 A．α、β和γ的混合放射源 B．純α放射源 C．α和γ的放射源 D．純γ放射源 解析：在放射源和計數(shù)器之間加上鋁片后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線。因此放射源可能是α和γ的放射源。故選C。 答案：C 4．中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損為Δm，相應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是(　　) A．用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子 B．用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零 C．用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零 D．用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零 解析：氘核分解為一個質(zhì)子和一個中子時，所需吸收的能量不能小于其結(jié)合能2.2 MeV，故A對；光子照射氘核時，光子和氘核組成的系統(tǒng)總動量不為零，由動量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的質(zhì)子和中子的總動量不為零，故總動能也不為零，所以把氘核分解為質(zhì)子和中子所需的能量應(yīng)大于2.2 MeV，故D對，B、C錯。 答案：AD 5．帶電粒子進入云室會使云室中的氣體電離，從而顯示其運動軌跡。如圖2是在有勻強磁場云室中觀察到的粒子的軌跡，a和b是軌跡上的兩點，勻強磁場B垂直紙面向里。該粒子在運動時，其質(zhì)量和電荷量不變，而動能逐漸減少，下列說法正確的是(　　) A．粒子先經(jīng)過a點，再經(jīng)過b點 圖2 B．粒子先經(jīng)過b點，再經(jīng)過a點 C．粒子帶負電 D．粒子帶正電 解析：由r＝知，v減小則r減小，故粒子先經(jīng)過a點，再經(jīng)過b點，故A正確，B錯誤；由左手定則知，粒子帶負電，故C正確，D錯誤。 答案：AC 6．(xx忻州月考)核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線。下列說法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) 解析：β射線是高速電子流，選項A錯誤；γ光子是高頻電磁波，穿透本領(lǐng)最強，光子能量大于可見光光子能量，選項B錯誤；與銫137相比，碘131的半衰期很小，說明碘131衰變很快，選項C錯誤；銫137是銫133的同位素，它們的原子序數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)也相同，選項D正確。 答案：D 7．原來靜止的原子核X發(fā)生α衰變時，放出α粒子的動能為E0。假設(shè)衰變時產(chǎn)生的能量全部以動能的形式釋放出來，則在此衰變過程中的質(zhì)量虧損是(　　) A.　　　　　　　　 B. C. D. 解析：衰變方程為X→He＋Y，設(shè)新核動能為Ek′，由動量守恒＝， 則Ek′＝E0，總動能Ek＝E0＋Ek′＝， 由質(zhì)能方程Ek＝Δmc2得質(zhì)量虧損Δm＝，故A、B、C錯，D對。 答案：D 二、填空題(本題共3小題，共26分。把答案填在題中相應(yīng)的橫線上或按題目要求作答) 8．(8分)(xx蘇北四市聯(lián)考)一個鈾核(U)放出一個α粒子后衰變成釷核(Th)，其衰變方程為________________；已知靜止的鈾核、釷核和α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，真空中的光速為c，上述衰變過程中釋放出的核能為________。 解析：根據(jù)題述可寫出衰變方程為U→Th＋He。由質(zhì)能方程得出衰變過程中釋放出的核能為(m1－m2－m3)c2。 答案：→Th＋He　(m1－m2－m3)c2 9．(8分)放射性元素的原子核在發(fā)生α衰變或β衰變生成新原子核時，往往會同時伴隨________輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，經(jīng)過t＝T1T2時間后測得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們原來的質(zhì)量之比mA∶mB＝________。 解析：放射性元素的原子核在發(fā)生α衰變或β衰變生成新原子核時，往往以γ光子的形式釋放能量，即伴隨γ輻射；根據(jù)半衰期的定義，A、B兩種放射性元素經(jīng)過t＝T1T2時間后剩下的質(zhì)量相等，則＝，故mA∶mB＝2T2∶2T1。 答案：γ　2T2∶2T1 10．(10分)我國自行設(shè)計并研制的“人造太陽”——托卡馬克實驗裝置運行獲得重大進展，這標志著我國已經(jīng)邁入可控熱核反應(yīng)領(lǐng)域先進國家行列。該反應(yīng)所進行的聚變過程是H＋H→He＋n，反應(yīng)原料氘(H)富存于海水中，而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核(Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到。 (1)請把下列用中子轟擊鋰核(Li)產(chǎn)生一個氚核(H)和一個新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：________＋n→________＋H。 (2)在(1)中，每產(chǎn)生1 g氚的同時有________個Li實現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.01023 mol－1)。 (3)一個氘核和一個氚核發(fā)生核聚變時，平均每個核子釋放的能量為5.610－13 J，則該核聚變過程中的質(zhì)量虧損為________kg。 解析：(1)核反應(yīng)方程為Li＋n―→He＋H。 (2)因為1 g氚為mol，根據(jù)核反應(yīng)方程，實現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為 mol，所以有2.01023個Li實現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變。 (3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，核聚變反應(yīng)中有5個核子參加了反應(yīng)，所以質(zhì)量虧損為Δm＝3.110－29 kg。 答案：(1)Li　He (2)2.01023　(3)3.110－29 三、計算題(本題共2小題，共25分。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、主要方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 11．(10分)科學家發(fā)現(xiàn)太空中的γ射線一般都是從很遠的星體放射出來的。當γ射線爆發(fā)時，在數(shù)秒鐘內(nèi)所產(chǎn)生的能量相當于太陽在過去100億年所發(fā)生的能量的總和的1 000倍左右，大致相當于將太陽的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰康目偤??？茖W家利用超級計算機對γ射線的狀態(tài)進行了模擬。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)γ射線爆發(fā)是起源于一個垂死的星球的“坍縮”過程，只有星球“坍縮”時，才可以發(fā)出這么巨大的能量。已知太陽光照射到地球上大約需要8分20秒時間，由此來估算：在宇宙中，一次γ射線爆發(fā)所放出的能量。(萬有引力常量G＝6.6710－11 Nm2kg－2,1年時間約為3.15107 s) 解析：r＝ct＝3.0108500 m＝1.51011 m，地球做勻速圓周運動，萬有引力為向心力＝， 得太陽的質(zhì)量為 M＝＝ kg ＝2.01030 kg， γ射線爆發(fā)所發(fā)出的能量 E＝Mc2＝2.01030(3108)2 J＝1.81047 J。 答案：1.81047 J 12．(15分)094型導(dǎo)彈核潛艇是中國最先進的戰(zhàn)略核潛艇，水下最大航速為45節(jié)(1節(jié)＝1.852 km/h)，核反應(yīng)堆最大輸出功率為4.5萬千瓦，最大續(xù)航里程為20萬海里(1海里＝1.852 km)。假設(shè)1個U核裂變放出能量是200 MeV，鈾礦石含鈾235的濃度是4%，求： (1)當核反應(yīng)堆達到最大輸出功率時，每秒有多少個鈾235原子核發(fā)生裂變？ (2)核潛艇一次至少要裝入鈾礦石多少千克？ 解析：設(shè)ΔE＝200 MeV s＝2.01051.852 km v＝451.852 km/h。 (1)當核反應(yīng)堆達到最大輸出功率Pm時，每秒發(fā)生裂變的鈾235原子核數(shù) N＝＝個≈1.41018個。 (2)最大續(xù)航時間tm＝＝ h＝1.6107 s， 鈾235的摩爾質(zhì)量M＝235 g/mol， 設(shè)需裝鈾礦石的質(zhì)量為m， 由Pmtm＝NΔE＝NAΔE， 得需裝入鈾礦石的質(zhì)量 m＝ ＝ g ≈2.2105 g＝220 kg。 答案：(1)1.41018個　(2)220 kg