人教版高中物理选修3-5单元测评(四).docx

高中物理学习材料
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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．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，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原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
解析：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，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粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而直，即B项正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是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判断射线所带电荷的正负，所以D项错误．
答案：AB
2．(多选题)22888Ra是镭22688Ra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：AC
3．一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/8
D．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该还有m/4；经过三个半衰期后还剩m/8；因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变．
答案：C
4.23892U衰变为22286Rn要经过m次α衰变和n次β衰变，则m、n 分别为()
A．2,4B．4,2
C．4,6 D．16,6
解析：由于β衰变不改变质量数，则m ＝238－2224
＝4，α衰变使电荷数减少8，但由238 92U 衰变为222 86Rn ，电荷数减少6，说明经过了
2次β衰变，故B 项正确．
答案：B
5．(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：因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的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：AC
6．一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是21H ＋31H →42
He ＋10n ，此反应过程产生的质量亏损为Δm .已知阿伏伽德罗常数为N A ，真空中的光速为c .若1 mol 氘和1 mol 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.12
N A Δmc 2 B ．N A Δmc 2 C ．2N A Δmc 2 D ．5N A Δmc 2
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Δmc2,1 mol的氘核和1 mol的氚核结合成1 mol的氦核释放能量为N AΔmc2.
答案：B
7．在核反应方程式23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k X中()
A．X是质子，k＝9 B．X是质子，k＝10
C．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：D
8．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，这是因为()
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．核子间存在着复杂磁力
解析：核反应中核能的变化是因为核子间存在着特别强大的核力，不是因为万有引力，也不是因为库仑力或磁场力，这些力与核力相比都很小，故仅C正确．
答案：C
9．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
解析：根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝E
c2＝
4×1026
3×108
kg≈109 kg.
答案：D
10．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现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一致，则τ子的运动方向()
A．一定与μ子同方向
B．一定与μ子反方向
C．一定与μ子在同一直线上
D．不一定与μ子在同一直线上
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一致，τ子必定也在这条直线上．答案：C
11．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．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14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是()
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 ＝m 0(12
)t τ，对应图象为一指数函数图象，C 选项符合题意． 答案：C
12．(多选题)用质子轰击锂核(73Li)生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验．已知质子的初动能是0.6 MeV ，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.007 3 u 、4.001 5 u 和7.016 0 u ．已知1 u 相当于931.5 MeV ，则下列叙述中正确的是( )
A ．此反应过程质量减少0.010 3 u
B ．生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV ，与实验相符
C ．核反应中释放的能量是18.9 MeV ，与实验相符
D ．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV ，与实验相符 解析：此反应的质量亏损
Δm ＝1.007 3 u ＋7.016 0 u －2×4.001 5 u ＝0.020 3 u ，
释放的能量ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ＝18.9 MeV ，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，
E k ＝18.9 MeV ＋0.6 MeV ＝19.5 MeV ，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，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(10分)“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,1 u＝1.660 6×10－27kg.已知12C原子的质量是12.000 000 u，一个12C原子可以看做是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和6个中子组成(每个中子的质量是1.008 665 u)，则C 原子核的结合能为多少？(保留三位有效数字)．
解析：6个中子的总质量
6m n＝6×1.008 665 u＝6.051 990 u(2分)
6个氢原子的总质量6m H＝6×1.007 825 u＝6.046 950 u(2分)
中子和氢原子的质量和6m n＋6m H＝12.098 940 u(2分)
12C原子核的质量m
＝12.000 000 u
C
质量亏损Δm＝6m n＋6m H－m C＝0.098 940 u＝1.643×10－28 kg(2分)
12C原子核的结合能ΔE＝Δmc2＝1.643×10－28×(3×108)2J＝1.48×10－11 J(2分)
答案：1.48×10－11
14．(13分)31H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子质量是1.008 665 u．求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果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11H＋210n→31H，(2分)
反应前各核子总质量为m p＋2m n＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u ＝3.024 607 u，
反应后新核的质量为m H＝3.016 050 u，
质量亏损为
Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u．(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＝0.008 557×931.5 MeV＝7.97 MeV.(2分)
(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97 MeV，(1分)
它的比结合能为E
3＝2.66 MeV.(2分)
(3)放出光子的频率为
ν＝ΔE
h＝
7.97×106×1.6×10－19
6.63×10－34
Hz
＝1.92×1021 Hz.(3分)
答案：(1)放出能量7.97 MeV
(2)7.97 MeV 2.66 MeV
(3)1.92×1021 Hz
15．(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胁，现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)，
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的方法除去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射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，
α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)．解析：(1)由于α射线贯穿能力很弱，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＝m v
Bq，对α射线R1＝
mαvα
Bqα，
对β射线R2＝mβvβ
Bqβ，故
R1
R2＝
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射线无法分离．(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射线无法分离．
16．(15分)一个静止的氮核147N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106 m/s，
B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为R B∶R C＝11∶30.求：
(1)C核的速度大小；
(2)根据计算判断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，根据动量守恒可得：m v0＝11m v B＋4m v C，(3分)
代入数值解得v C＝3×106 m/s.(2分)
(2)根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式：R＝
m v
qB可得：R B
R C＝
m B v B q C
m C v C q B＝
11
30(3分)
所以q C
q B＝2
5(2分)
又q C＋q B＝7e，解得：q C＝2e，q B＝5e，所以C核为42He.(2分) (3)核反应方程147N＋10n→115B＋42He.(3分)
答案：(1)3×106 m/s(2)42He(3)147N＋10n→115B＋42He。