高中物理 第十九章 原子核单元质量评估（含解析）新人教版选修35.doc

第十九章 原子核 (90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分。多选题已在题号后标出)1.(2015汕头高二检测)核反应方程24he+714n817o+x,x所代表的粒子是()a.11h b.12h c.-10e d.01n【解析】选a。根据核反应所遵循的两个守恒,即质量数守恒和电荷数守恒得x的质量数=4+14-17=1,电荷数=2+7-8=1,因此,x代表的粒子为11h,选项a正确。2.(2015韶关高二检测)卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为:714n+24he817o+11h。已知氮核质量为mn=14.007 53u,氧核的质量为mo=17.004 54u,氦核质量mhe=4.003 87u,质子(氢核)质量为mp=1.008 15u,(已知:1 uc2=931 mev)对于这一核反应,下列说法正确的是()a.放出热量0.001 29 mevb.吸收热量0.001 29 mevc.放出热量1.20 mevd.吸收热量1.20 mev【解析】选d。质量亏损m=mn+mhe-mo-mp=-0.001 29 u,由质能方程得:e=mc2=-1.20 mev,故这一核反应是吸收能量的反应,吸收的能量为1.20 mev,d项正确。【互动探究】若入射氦核以v0=3107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为150。求氧核的速度大小。【解析】动量守恒mhev0=mhvh+movo又:vovh=150解得:vo=1.8106m/s答案：1.8106m/s3.(2013大纲版全国卷)放射性元素()经衰变成为钋(),半衰期约为3.8天;但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素的矿石,其原因是()a.目前地壳中的主要来自于其他放射性元素的衰变b.在地球形成的初期,地壳中元素的含量足够高c.当衰变产物积累到一定量以后, 的增加会减慢的衰变进程d.主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)知道半衰期大小的决定因素。(2)理解半衰期的意义。【解析】选a。元素半衰期的长短由原子核自身因素决定,一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关,c、d错;即使元素氡的含量足够高,经过漫长的地质年代,地壳中也几乎没有氡了,一定是来自于其他放射性元素的衰变,故a对,b错。4.现有三个核反应方程:1124na1224mg+-10e;92235u+01n56141ba+3692kr+301n;12h+13h24he+01n。下列说法正确的是()a.是裂变,是衰变;是聚变b.是聚变,是裂变;是衰变c.是衰变,是裂变;是聚变d.是衰变,是聚变;是裂变【解析】选c。的箭头左侧只有一个核,为衰变,箭头右侧有电子,所以是衰变。为典型的裂变和聚变方程,只有c正确。5.(2015福州高二检测)一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子,其半衰期为3.8天,1 g氡经过7.6天衰变掉的质量以及衰变成的过程中放出的粒子分别是()a.0.25 g,粒子 b.0.75 g,粒子c.0.25 g,粒子 d.0.75 g,粒子【解析】选b。氡核半衰期为3.8天,7.6天为2个半衰期,所以1 g氡7.6天衰变掉的质量为0.75 g,由+24he知衰变成的过程中放出的粒子是24he,即粒子,所以选项b正确。6.(多选)(2015广东高考)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:x+y24he+13h+4.9 mev和12h+13h24he+x+17.6 mev,下列表述正确的有()a.x是中子b.y的质子数是3,中子数是6c.两个核反应都没有质量亏损d.氘和氚的核反应是核聚变反应【解析】选a、d。根据质子数守恒和质量数守恒可知x是中子,a正确;y的质子数为3,中子数为3,b错误;聚变放出能量,由质能方程可知一定有质量亏损,该反应为核聚变反应,c错误,d正确。7.(多选)(2015清远高二检测)下列说法中正确的是()a.采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期b.由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子c.约里奥居里夫人用粒子轰击铝箔发现了中子d.原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量【解析】选b、d。放射性元素的半衰期由元素的原子核决定,与化学、物理状态无关,故选项a错误;由玻尔理论可知,氢原子从激发态跃迁到基态的过程放出光子,选项b正确;由物理学史可知中子是由查德威克发现的,选项c错误;核子结合成原子核放出核能,因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于核原子核的质量,选项d正确。8.(多选)正电子发射计算机断层显像(pet)的基本原理是将放射性同位素815o注入人体,参与人体的代谢过程,815o在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像,则根据pet原理判断下列表述正确的是()a.815o在人体内衰变方程是815o715n+10eb.正、负电子湮灭方程是10e+-10e2c.在pet中,815o主要用途是作为示踪原子d.在pet中,815o主要用途是参与人体的新陈代谢【解析】选a、b、c。由题意知a、b正确,显像的原理是采集光子,即注入人体内的815o衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为光子,因此815o主要用途是作为示踪原子,故c对,d错。9.(2015湛江高二检测)在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(),由于衰变它放出一个粒子,此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆,大圆与小圆的直径之比为421,如图所示,那么氡核的衰变方程应为()【解析】选b。由于粒子与反冲核的径迹是外切的,据左手定则可知,该粒子一定带正电。由于粒子与反冲核的动量大小相等,据r=mvbq,又由已知大圆与小圆的直径之比为421,所以粒子与反冲核的电量之比为142,故b正确。10.静止的氡核86222rn放出粒子后变成钋核84218po,粒子动能为e。若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能,真空中的光速为c,则该反应中的质量亏损为()a.4218ec2b.2224ec2c.222218ec2 d.218222ec2【解析】选c。由于动量守恒,反冲核和粒子的动量大小相等,由ek=p22m1m,它们的动能之比为4218,因此衰变释放的总能量是222218e,由质能方程得质量亏损是222218ec2,故c正确。11.(多选)朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目,其焦点问题就是朝鲜生产供研制核武器用的钚239(94239pu),这种94239pu可由铀239(92239u)经过衰变而产生。则下列判断中正确的是()a.94239pu与92239u的核内具有相同的中子数b.94239pu与92239u的核内具有相同的核子数c.92239u经过1次衰变产生94239pud.92239u经过2次衰变产生94239pu【解析】选b、d。94239pu的核子数是239,中子数为239-94=145,而92239u的核子数是239,中子数为239-92=147,所以94239pu与的核内具有相同的核子数,不同的中子数,选项a错误,b正确;92239u经过1次衰变,生成的新核的质子数为90,所以产生物不是94239pu,选项c错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可判断出,92239u经过2次衰变后产生的新核是94239pu,选项d正确。12.(多选)中子和质子结合成氘核时,质量亏损为m,相应的能量e=mc2=2.2 mev是氘核的结合能。下列说法正确的是()a.用能量小于2.2 mev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2.2 mev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2.2 mev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2.2 mev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】选a、d。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2.2 mev,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2.2 mev,故d对,b、c错。【易错提醒】解答本题的两个易错点:(1)仅考虑了能量守恒而忽略了动量守恒容易错选b。(2)光子照射时能量全部被吸收,误认为能量可以部分被吸收,错选c。二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(8分)一个氘(12h)和一个氚(13h)结合成一个氦(24he),同时放出一个中子,已知氚核质量为m1=2.014 1 u,氘核质量为m2=3.016 0 u,氦核质量为m3=4.002 6 u,中子质量为m4=1.008 7 u。(1)写出聚变的核反应方程。(2)反应过程中释放的能量为多少?平均每个核子能放出多少核能?【解析】(1)核反应方程为12h+13h24he+01n+e (2分)(2)反应过程的质量亏损为m=2.014 1 u+3.016 0 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.018 8 u (2分)e=mc2=0.018 8931.5 mev=17.5 mev (2分)平均每个核子释放的核能为17.55mev=3.5 mev (2分)答案:见解析14.(10分)(2015沧州高二检测)一个锂核(37li)受到一个质子(11h)轰击变为2个粒子(24he)。已知质子的质量为1.672 610-27kg,锂原子的质量为11.650 510-27kg,一个粒子的质量为6.646 710-27kg。(1)写出该核反应的方程。(2)该核反应释放的核能是多少?(真空中光速c=3.0108m/s)【解析】(1)根据题意,一个锂核(37li)受到一个质子(11h)轰击变为2个粒子(24he),故其核反应的方程为:37li+11h224he (5分)(2)因为e=mc2=(11.650 510-27kg+1.672 610-27kg-26.646 710-27kg)(3108m/s)2=2.67310-12j (5分)答案:(1)37li+11h224he(2)2.67310-12j15.(10分)(2015蓟县高二检测)钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态*和粒子,而铀核激发态*立即衰变为,并放出能量为0.097 mev的光子。已知、和粒子的质量分别为mpu=239.052 1 u、mu=235.043 9 u和m=4.002 6 u,u=931.5 mev/c2。(1)写出衰变方程。(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求粒子的动能。【解析】(1)衰变方程为:(2)上述衰变过程的质量亏损m=mpu-mu-m 放出的能量e=mc2 这些能量是铀核的动能eu、粒子的动能e和光子的能量e之和,即e=eu+e+e 由式得eu+e=(mpu-mu-m)c2-e (2分)设衰变后的铀核和粒子的速度分别为vu和v,则由动量守恒定律有muvu=mv 又由动能的定义知eu=12muvu2,e=12mv2 由式得eue=mmu 由式得e=mumu+m(mpu-mu-m)c2-e (2分)代入数据得e=5.034 mev (2分)答案:(1) (2)5.034 mev16.(12分)如图甲所示,静止在匀强磁场中的36li核俘获一个速度为v0=7.7104m/s的中子而发生核反应,即36li+01n13h+24he,若已知24he的速度v2=2.0104m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:(1)13h的速度大小和方向。(2)在图乙中,已画出并标明两粒子的运动轨迹,请计算出轨道半径之比。(3)当24he旋转三周时,粒子13h旋转几周?【解析】(1)反应前后动量守恒:m0v0=m1v1+m2v2(v1为氚核速度,m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量) (2分)代入数值可解得:v1=-1.0103m/s,方向与v0相反。 (2分)(2)13h和24he在磁场中均受洛伦兹力,做匀速圆周运动的半径之比r1r2=m1v1bq1m2v2bq2=340。 (3分)(3)13h和24he做匀速圆周运动的周期之比t1t2=2m1bq12m2bq2=32 (3