2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_6

1 第 19 章 原子核 本卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分。满分 100 分，时间 90 分钟。 第卷(选择题 共 40 分) 一、选择题(共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的四个选项中，第 16 小题只有一个选项符合题目要求，第 710 小题有多个选项符合题目要求，全部选对 的得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分) 1某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数 A 与中子数 N 关系的是 ( )导 学 号 96140496 答案：B 解析：设这些同位素的质子数为 Z，由 A N Z 可知，当中子数 N 增大时，质量数 A 也增大，选项 A、D 均错误；而元素的质子数 Z 不可能为零，故当中子数 N 为零时，质量数 A 并不为零，选项 B 正确，C 错误。 2(河北衡水中学 20152016 学年高二上学期调研)如图中曲线 a、 b、 c、 d 为气泡室 中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。 以下判断可能正确的是 ( )导 学 号 96140497 A a、 b 为 粒子的径迹 B a、 b 为 粒子的径迹 C c、 d 为 粒子的径迹 D c、 d 为 粒子的径迹 答案：D 解析： 射线是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项 B 错误。 粒子为氦核带正电， 由左手定则知向上偏转，选项 A、C 错误； 粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项 D 正确。 3(黄石市有色一中 20152016 学年高二下学期期中)一质量为 M 的矿石中含有放射 性元素钚，其中钚 238 的质量为 m，已知钚的半衰期为 88 年，那么下列说法中正确的是 ( )导 学 号 96140498 2 A经过 176 年后，这块矿石中基本不再含有钚 B经过 176 年后，原来含有钚元素的原子核有 发生了衰变 m4 C经过 264 年后，钚元素的质量还剩 m8 D经过 88 年后该矿石的质量剩下 m2 答案：C 解析：半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间，经过 176 年后，也就是 2 个半衰期， 则还剩 质量的原子核没有发生衰变，故 A、B 错误；经过 264 年后，也就是 3 个半衰期， m4 钚元素的质量还剩 ，故 C 正确；经过 88 年后该矿石的质量不变，只是其中钚 238 的质量 m8 变成 ，故 D 错误。故选 C。 m2 4若用大写字母代表原子核，E 经 衰变成为 F，再经 衰变成为 G，再经 衰变 成为 H。上述系列衰变可记为下式： E F G H 另一系列衰变如下： P Q R S 已知 P 和 F 是同位素，则 ( )导 学 号 96140499 AQ 和 G 是同位素，R 和 H 是同位素 BR 和 E 是同位素，S 和 F 是同位素 CR 和 E 是同位素，S 和 H 是同位素 DQ 和 E 是同位素，R 和 F 是同位素 答案：B 解析：由于 P 和 F 是同位素，设它们的质子数为 n，则其他各原子核的质子数可分别 表示如下： n2 E nF n1 G n1 H nP n1 Q n2 R nS 由此可以看出 R 和 E 是同位素，S 和 F 是同位素，Q 和 G 是同位素。 5一个静止在磁场中的放射性同位素原子核 P，放出一个正电子后变成原子核3015 Si，下列各图中近似反映正电子和 Si 核轨迹的图是 ( )3014 导 学 号 96140500 3 答案：B 解析：把放出的正电子和衰变生成物 Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒， 放出的正电子的运动方向跟 Si 核的运动方向一定相反，且由于它们都带正电，在洛伦兹力 作用下一定形成两个外切圆的轨迹，选项 C、D 错。因为由洛伦兹力提供向心力，即 qvB m ，所以半径 r 。衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核 Si 的动量大 v2r mvqB 小相等，因此在同一个磁场中正电子和 Si 核做匀速圆周运动的半径与它们的电量成反比， 即 14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故选项 B 正确，选项 A 错误。 rerSi qSiqe 6某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为： H C N Q1 H N CX Q21 126 137 1 157 126 方程式中 Q1、 Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表： 原子核 H1 He32 He42 C126 N137 N157 质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001 以下推断正确的是 ( )导 学 号 96140501 AX 是 He， Q2Q1 BX 是 He， Q2Q132 42 CX 是 He， Q2Q1，所以 B 正确，D 错，正确答案为 B。42 7(绍兴一中 20132014 学年高二下学期期末)下列关于核反应及衰变的表述正确的 有 ( )导 学 号 96140502 A H H He n 是轻核聚变21 31 42 10 B X N O H 中，X 表示 He147 178 1 32 C半衰期与原子所处的化学状态无关 D 衰变中产生的 射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 答案：AC 解析：根据反应方程中的守恒量可判 B 错；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关， C 正确； 衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D 错。 8一个质子以 1.4107m/s 的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核 变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的 27 倍，硅原子核的质量是质子的 28 倍。则 4 下列判断中正确的是 ( )导 学 号 96140503 A核反应方程为 Al H Si2713 1 2814 B核反应方程为 Al H Si n2714 1 2714 10 C硅原子核速度的数量级为 107m/s D硅原子核速度的数量级为 105m/s 答案：AD 解析：核反应方程为 Al H Si，由动量守恒定律得 m1.410728 mv，解2713 1 2814 得 v510 5m/s，因此选项 A、D 正确。 9核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大 核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高 患癌症的风险。已知钚的一种同位素 Pu 的半衰期为 24 100 年，其衰变方程为23994 PuX He ，下列有关说法正确的是 ( )23994 42 导 学 号 96140504 AX 原子核中含有 92 质子 B100 个 Pu 经过 24 100 年后一定还剩余 50 个23994 C由于衰变时释放巨大能量，根据 E mc2，衰变过程总质量增加 D衰变发出的 射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 答案：AD 解析：根据“电荷数”守恒，可知 A 选项正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所 以 B 错；放出能量质量减少，C 错； 光子穿透能力很强，D 正确。 10(江西九江一中 20152016 学年高二下学期期中)下列四幅图的有关说法中正确的 是 ( )导 学 号 96140505 A甲图中，球 m1以速度 v 碰静止球 m2，若两球质量相等，碰后 m2的速度一定为 v B乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 C丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由 粒子组成 D丁图中，链式反应属于重核的裂变 答案：BD 5 解析：甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等， 则碰撞后 m2的速度不大于 v，故 A 错误；乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照 越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故 B 正确；丙图中，由左手定则可知，甲带 正电，则甲射线由 粒子组成，乙不带电，射线乙是 射线，丙射线粒子带负电，则丙 射线由电子组成，故 C 错误；图丁中链式反应属于重核裂变，故 D 正确，故选 B、D。 第卷(非选择题 共 60 分) 二、填空题(共 2 小题，每小题 7 分，共 14 分。把答案直接填在横线上) 11潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能 源。 导 学 号 96140506 (1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压 力壳和安全壳(见图甲)。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是_。 (2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容 器中，然后( ) A沉入海底 B放至沙漠 C运到月球 D深埋地下 (3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域， 可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上 1 mm 铝片和 3mm 铝片下的照相底片被感光，而 铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了_射线的辐射；当所 有照相底片被感光时，工作人员受到了_射线的辐射。 答案：(1)混凝土 (2)D (3) (或 和 ) 12(1)在核反应 nX H He E 过程中，X 是未知核。由核反应知识可以确定10 31 42 X 核为_。若 n、X 核、 H 和 He 的静止质量分别为 m1、 mX、 m3和 m4，则 E 的值10 31 42 为_。 导 学 号 96140507 (2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相 比较，核能具有的优点是_，缺点是_。 6 (3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发 电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造_类型的发电站更合适，理由是 _。 答案：(1) Li m1 mX( m3 m4)c2 (2)见解析 (3)见解析63 解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断 X 核为 Li，核反应63 后的质量亏损 m m1 mX( m3 m4)， 所以 E mc2 m1 mX( m3 m4)c2。 (2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。 缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。 (3)建风能发电站比较合理 理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可 以减弱风速，减小对城市的破坏。 三、论述计算题(共 4 小题，共 46 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要 演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13(10 分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变 6000 次，若将它注射到 一位病人的血管中，15h 后从该病人身上抽取 10mL 血液，测得血样每分钟衰变 2 次。已知 这种同位素的半衰期为 5h，此病人全身血液总量为多少 L。 导 学 号 96140508 答案：3.75 解析：两次测量的时间间隔为 15h，即 3 个半衰期。第一次测量时每分钟衰变 6000 次， 3 个半衰期后，每分钟衰变次数应为 750(次)，现 10mL 血液中每分钟衰变 2 次，故 600023 血液总量应是 10mL3750mL3.75L。 7502 14(11 分)(浙江温州十校联合体 20152016 学年高二下学期期末)静止在匀强磁场 中的 Li 核俘获一个运动方向垂直于磁场速度大小为 7.7104m/s 的中子，若发生核反应63 后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核( He)。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹42 如图所示， 核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为 40:3。则： 导 学 号 96140509 (1)写出此核反应的方程式； (2)求产生的未知新粒子的速度。 7 答案：(1) Li n He H (2)110 3m/s 方向与中子速度方向相反63 10 42 31 解析：(1) Li n He H63 10 42 31 (2)设中子( n)、氦核( He)、氘核( H)的质量分别为 m1、 m2、 m3，速度分别为10 42 31 v1、 v2、 v3，由动量守恒定律得： m1v1 m2v2 m3v3 设粒子做匀速圆周运动的半径为 r，由 qvB m ，得 v2r r mvqB 因 ，可得： v220 v3 r2r3 403 由径迹图象可知 v2与 v1同向， v3与 v1反向，即 m1v120 m2v3 m3v3， 得 v3110 3m/s，方向与中子速度方向相反。 15(12 分)已知铀 235 核裂变时的核反应方程为 U n Ba Kr3 n，一23592 10 14156 9236 10 个铀 235 核裂变时，能释放 200MeV 的能量，则 1kg 铀完全裂变能释放多少能量？相当于多 少吨燃烧值为 2.94107J/kg 的煤所放出的能量？ 导 学 号 96140510 答案：8.210 13J 2789t 解析：首先求出 1kg 铀 235 中含有的原子核数，然后即可根据已知求解。 1 kg 铀 235 中含有的原子核数为 6.021023个2.56210 24个。 1000235 每个铀核裂变能放出 200MeV 的能量，则 1kg 铀核裂变能释放 E2.56210 24200 MeV5.12410 26MeV5.12410 321.61019 J8.210 13J， 设与 1kg 铀 235 相当的的优质煤的质量为 m，则有 m kg2.78910 6kg2789 t。 8.210132.94107 16(13 分)(绍兴一中 20132014 学年高二下学期期末)1996 年清华大学和香港大学 的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提 供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为 8m2，正对太阳能 产生 120V 的电压，并对车上的电动机提供 10A 的电流，电动机的直流电阻为 4，而太阳 光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为 103W/m2。 导