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第十九章 原子核測評 (時間:60分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分。其中第1~5題為單選題;第6~8題為多選題,全部選對得6分,選不全得3分,有選錯或不答的得0分) 1.根據近代物理知識,你認為下列說法中正確的是(　　) A.相同頻率的光照射不同金屬,則從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越大 B.已知氫原子從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)需要吸收的能量為12.09 eV,則動能等于12.09 eV的另一個氫原子與這個氫原子發(fā)生正碰,可以使這個原來靜止并處于基態(tài)的氫原子躍遷到該激發(fā)態(tài) C.在原子核中,比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固 D.鈾核(92238U)衰變?yōu)殂U核(82206Pb)的過程中,中子數減少21個 解析根據Ekm=hν-W0知,頻率相同,從金屬表面逸出的光電子最大初動能越大,金屬的逸出功越小,故A錯誤;已知氫原子從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)需要吸收的能量為12.09 eV,用動能等于12.09 eV的另一個氫原子與這個氫原子發(fā)生正碰,能量部分被吸收,不能從基態(tài)躍遷到該激發(fā)態(tài),故B錯誤;在原子核中,比結合能越大,原子核中的核子結合的越牢固,故C正確;鈾核(92238U)衰變?yōu)殂U核(82206Pb)的過程中,質子數少10,質量數少32,則中子數少22,故D錯誤;選C。 答案C 2.下列說法正確的是(　　) A.太陽是宇宙的中心 B.太陽系中只存在太陽和它的八大行星 C.太陽系是由太陽和若干行星以及它們的衛(wèi)星還有彗星組成的 D.太陽最終會變?yōu)橹凶有? 解析太陽系中以太陽為中心,有八大行星繞太陽運行,有的行星還有衛(wèi)星,此外還有2 000多顆比較小的小行星和彗星等,所以敘述較完整的是C項。通常我們所說的八大行星是指太陽系中較大的幾顆行星,太陽系的組成中還有小行星和彗星。天體物理的研究表明,當恒星質量是太陽質量的1.422倍,最終整個恒星成為中子星,故D錯。 答案C 3.由下圖可得出結論(　　) A.質子和中子的質量之和小于氘核的質量 B.質子和中子的質量之和等于氘核的質量 C.氘核分解為質子和中子時要吸收能量 D.質子和中子結合成氘核時要吸收能量 解析由圖可以看出,氘核分解為質子和中子的過程中是吸收能量的,因此兩個核子質量之和大于氘核的質量,C正確。 答案C 4.510B俘獲1個α粒子,生成713N,放出x粒子,而713N是不穩(wěn)定的,它放出y粒子變成613C,那么x粒子和y粒子分別為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.中子和正電子 B.中子和電子 C.質子和正電子 D.質子和中子 解析根據題意,寫出該核反應的方程式為510B+24He→713N+x,713N→613C+y,由核反應中的電荷數和質量數守恒分別得x、y的電荷數、質量數為Zx=5+2-7=0,Ax=10+4-13=1,Zy=7-6=1,Ay=13-13=0,因此,x為中子,y為正電子。 答案A 5.如圖所示,一天然放射性物質發(fā)出三種射線,經過一勻強磁場和勻強電場共存的區(qū)域(方向如圖),下面的判斷正確的是(　　) A.射到b的一定是α射線 B.射到b的一定是β射線 C.射到b的一定是α射線或β射線 D.射到b的一定是γ射線 解析γ射線不帶電,無論如何調整電場和磁場,都不偏轉,所以D錯;帶電粒子通過調節(jié)都可以發(fā)生偏轉,也可以不偏轉,關鍵是看電場力和洛倫茲力的大小關系,所以A、B錯,C對。 答案C 6.鈾核裂變是核電站核能的重要來源,其一種裂變反應式是92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n。下列說法正確的有(　　) A.上述裂變反應中伴隨著中子放出 B.鈾塊體積對鏈式反應的發(fā)生無影響 C.鈾核的鏈式反應可人工控制 D.鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響 解析根據裂變反應的規(guī)律和影響半衰期的因素解決問題。裂變反應式中的01n為中子,鈾塊體積大于臨界體積,才能發(fā)生鏈式反應,且鈾核的鏈式反應是可控的,選項A、C正確,選項B錯誤;放射性元素的半衰期不受外界壓強、溫度的影響,選項D錯誤。 答案AC 7.下列說法正確的是(　　) A.康普頓發(fā)現了電子 B.盧瑟福提出了原子的核式結構模型 C.貝可勒爾發(fā)現了鈾和含鈾礦物的天然放射現象 D.倫琴發(fā)現了X射線 解析1897年湯姆孫發(fā)現了電子;1911年盧瑟福根據α粒子散射實驗提出了原子的核式結構模型;貝可勒爾發(fā)現鈾和含鈾礦物的天然放射現象;倫琴發(fā)現了X射線。故B、C、D正確,A項錯誤。 答案BCD 8.中子和質子結合成氘核時,質量虧損為Δm,相應的能量ΔE=Δmc2=2.2 MeV是氘核的結合能。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子和一個中子 B.用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時,氘核可能分解為一個質子和一個中子,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子和一個中子,它們的動能之和不為零 解析用能量小于結合能的光子照射氘核時,氘核一定不能分解,所以A正確,B錯誤。用能量大于結合能的光子照射氘核時,氘核可能分解,只要分解,分解出的質子和中子動能之和一定不為零(若動能之和為零就分不開了),所以C錯誤,D正確。 答案AD 二、填空題(本題共2小題,共18分。把答案填在題中的橫線上) 9.(8分)1919年盧瑟福通過如圖所示的實驗裝置,第一次完成了原子核的人工轉變,并由此發(fā)現　　　　。圖中A為放射源發(fā)出的　　　　粒子,B為　　　　氣。完成該實驗的下列核反應方程　　　　+　　　　→817O+　　　　。 解析人類第一次完成原子核的人工轉變的實驗,是用α粒子轟擊氮核發(fā)現質子的實驗,由此可知,該實驗發(fā)現了質子,圖中A為α粒子,B為氮氣,其核反應方程為24He+714N→817O+11H。 答案質子　α　氮　24He　714N　11H 10.(10分)在鈾核裂變成鋇和氪的裂變反應中,質量虧損Δm=0.215 3 u,那么,一個鈾核裂變釋放的能量為　　　　　　,反應中平均每個核子釋放的能量為　　　　　　。 解析由愛因斯坦質能方程,可求得鈾核裂變時放出的能量。ΔE=Δmc2=0.215 3931.5 MeV=200.6 MeV 鈾核中含有235個核子,所以平均每個核子放出的能量為:200.6235 MeV=0.85 MeV。 答案200.6 MeV　0.85 MeV 三、解答題(本題共3小題,共34分。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,有數值計算的題,答案中必須明確寫出數值和單位) 11.(10分)放射性同位素C被考古學家稱為“碳鐘”,它可以用來判定古生物體的年代,此項研究獲得1960年諾貝爾化學獎。 (1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后,會形成很不穩(wěn)定的614C,它很容易發(fā)生衰變,放出β射線變成一個新核,其半衰期為5 730年。試寫出此衰變的核反應方程。 (2)若測得一古生物遺骸中的614C含量只有活體中的12.5%,則此遺骸距今約有多少年? 解析(1)此衰變的核反應方程: 714N+01n→614C+11H　614C→714N+-10e。 (2)活體中的614C含量不變,生物死亡后,遺骸中的614C按其半衰期變化,設活體中614C的含量為N0,遺骸中的614C含量為N,由半衰期的定義得: N=12tτN0,即0.125=12tτ 所以tτ=3,τ=5 730年,t=17 190年。 答案(1)714N+01n→614C+11H　614C→714N+10e (2)17 190年 12.(12分)92238U經一系列的衰變后變?yōu)?2206Pb。 (1)求總共經過幾次α衰變和幾次β衰變? (2)82206Pb與92238U相比,求質子數和中子數各少多少? (3)寫出這一衰變過程的方程。 解析(1)設92238U衰變?yōu)?2206Pb經過x次α衰變和y次β衰變。由質量數和電荷數守恒可得238=206+4x?、?2=82+2x-y?、? 聯立①②解得x=8,y=6,即總共經過8次α衰變和6次β衰變。 (2)由于每發(fā)生一次α衰變質子數和中子數均減少2,每發(fā)生一次β衰變中子數減少1,而質子數增加1,故 82206Pb較92238U質子數少10,中子數少22。 (3)核反應方程為92238U→82206Pb+824He+6-10e。 答案(1)8　6　(2)10　22 (3)92238U→82206Pb+824He+6-10e。 13.(12分)用中子轟擊鋰核(36Li)發(fā)生核反應,生成氚核(13H)和α粒子,并放出4.8 MeV的能量。 (1)寫出核反應方程; (2)求出質量虧損; (3)若中子和鋰核是以等值反向的動量相碰,則氚核和α粒子的動能之比是多少? (4)α粒子的動能是多大? 解析(1)核反應方程為36Li+01n→13H+24He+4.8 MeV。 (2)依據ΔE=Δm931.5 MeV得 Δm=4.8931.5 u=0.005 2 u (3)根據題意有0=m1v1+m2v2,式中m1、v1、m2、v2分別為氚核和α粒子的質量和速度,由上式及動能Ek=p22m,可得它們的動能之比為 Ek1∶Ek2=p22m1∶p22m2=12m1∶12m2=m2∶m1=4∶3。 (4)α粒子的動能 Ek2=37(Ek1+Ek2)=374.8 MeV≈2.06 MeV。 答案(1)36Li+01n→13H+24He+4.8 MeV　(2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV