06年上学期高三同步测控优化训练物理：原子核A卷(附答案)

06年上学期高三同步测控优化训练物理：原子核A 卷（附答
案）
●知识网络
质子中子
子等τ强子:是参与强相互作用的粒子，如质子、中子、
介子、超子等强子是由更基本的6种夸克组成的
●范题精讲
粒子的考查.如2002介子、π0介子；【例1】 33
模型是三个夸克都在半径为r 的同一圆周上，如图1所示.图2给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力是
e
e 12
+33e 11--3
33
e 12-+3
e e 12+3
32
F e 1-3
解析：由题意知，三个夸克分别位于等边三角形的三个顶点，设边长（即夸克之间的距离）为l .
（1）根据库仑定律，左下角的下夸克和右下角的下夸克对上方的上夸克的静电引力大
小相等，都是F =k 2292l e ，它们在水平方向上的分力F 水平=F cos60°=k 22
9l
e ,这两个水平分力彼
此平衡，故两个下夸克对上夸克的静电引力的合力竖直向下，大小为：
e e 11
2-
+333
F 竖直=2F sin60°=k 2
2
932l
e （2）左下角的下夸克受到的上方的上夸克的静电引力是F =22
92l e k ,它在水平方向上的分
力大小也等于F 水平=F cos60°=22
9l e k ，方向水平向右；右下角的下夸克对它的静电斥力是
F 斥力=22
9l
e k ,方向水平向左，F 斥力与F 水平彼此平衡，故左下角的下夸克受到的另外两个夸克
的静电力的合力竖直向上，大小是F =F sin60°=2
2
93l e k ,如B 图的F 2所示.
（3）同理，右下角的下夸克受到的上方的上夸克的静电引力与左下角的下夸克的静电斥力的合力也竖直向上，如B 图的F 3所示.综上可见B 正确.
【例2】 在其他能源中，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势.在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.
（1）核反应方程式U 23592 +n →Ba 14156 +Kr 92
36+a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，
n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为______，a =______.以m U 、m Ba 、m Kr 分别
表示U 23592 、Ba 141
56 、Kr 9236的质量.m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播
的速度，则在上述反应过程中放出的核能ΔE =______.
（2）有一座发电能力为P =1.00×106 kW 的核电站，核能转化为电能的效率η=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能 ΔE =2.78×10
－11
J,U 23592 的质量m U =390×10
－27
kg.求每年（1年=3.15×107 s ）消耗的U 23592 的
质量.
解析：（1）由电荷数守恒易判定X 的电荷数为0，这说明X 即为中子.据质量数守恒有
235+1=141+92+a ,则a =3
反应中的质量亏损 Δm =m U －(m Ba +m Kr +2m n )
据质能方程得 ΔE =Δmc 2=［m U －(m Ba +m Kr +2m n )］c 2 （2）在1年内输出的电能 W =Pt
W 总=
η
η
Pt
W
=
因ΔE =2.78×10
－11
J ，则核反应数n =
E
W ∆总
故消耗的U 23592 的质量为 m =n ·m U =
E
Pt
∆ηm U =110.477 kg. ●试题详解
高中同步测控优化训练（九） 第二十二章 原子核（A 卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题 共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的，请把它填在括号内.
1.下列说法中不正确的是
A.玛丽·居里首先提出了原子的核式结构学说
B.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说
C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说
解析：本题考查物理学史.由物理学史知，汤姆生发现了电子，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，查德威克发现了中子，爱因斯坦提出了光子说.BCD 正确，A 错.
答案：A
2.原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的 A.都是依据重核的裂变 B.都是依据轻核的聚变
C.原子弹是根据轻核聚变，氢弹是根据重核裂变
D.原子弹是根据重核裂变，氢弹是根据轻核聚变
解析：本题考查原子弹和氢弹的制造原理.原子弹是根据重核裂变原理制造的，氢弹是根据轻核聚变原理制造的.故正确选项为D.
答案：D
3.从原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是 A.原子核中，有质子、中子，还有α粒子 B.原子核中，有质子、中子，还有β粒子 C.原子核中，有质子、中子，还有γ粒子
D.原子核中，只有质子和中子 解析：本题考查原子核的组成.
原子核内只有质子和中子.原子核放出的α粒子是核内两个质子和两个中子结合形成的；放出的β粒子是核内的一个中子转变成一个质子时产生的；原子核发生α衰变或β衰变时处于激发态，向低能级跃迁时，将多余的能量以γ光子的形式辐射出.只有D 正确.
答案：D
4.关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是
A.α射线是原子核自发放射的氦核，它的穿透能力最强
B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C.γ射线一般是伴随着α或β射线产生的，它的穿透能力最强
D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱
解析：本题考查三种射线的本质及特点.α射线是速度约为光速1/10的氦核流，由原子核中的两个质子和两个中子组成，穿透本领很弱，电离作用很强，故A 错；β射线是速度接近光速的电子流，其实质是原子核中的一个中子变为质子，同时放出一个电子，贯穿本领很强，电离作用较弱，所以B 错；γ射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，电离作用很弱.对于同一个原子核，不可能同时发生α衰变和β衰变.放射性元素同时发出三种射线，是不同原子核同时衰变的结果.γ射线总是伴随着α射线或β射线而产生的，C 对D 错.
答案：C
5.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的，u 夸克带电荷量为
e 32，d 夸克带电荷量为e 3
1
，e 为元电荷.下列论断中可能正确的是 A.质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成
B.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成
C.质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成
D.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成 解析：本题考查粒子的组成.质子H 1
1带电荷量为2×32e +(－3
1
e )=e ，中子n 10带电荷量为
32e +2×(－3
1
e )=0，故正确选项为B. 答案：B
6.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为O 168 +n 10→N 7a +X 0b .对式中X 、a 、b 的判断
正确的是
A.X 代表中子，a =17,b =1
B.X 代表电子，a =17,b =－1
C.X 代表正电子,a =17,b =1
D.X 代表质子，a =17,b =1
解析：本题考查核反应方程.由质量数和电荷数守恒，得16+1=a 8=7+b 得a =17 b =1
则X 为正电子，正确选项为C. 答案：C
7.人们常用示踪原子来研究物质组成的规律，包括对人体组织的研究.对人体疾病研究时所用的示踪原子应当选用
A.半衰期长的放射性同位素
B.半衰期短的放射性同位素
C.放射性强的天然放射性元素
D.不发生衰变的同位素
解析：本题考查放射性的应用.由于过量的放射性对人体有害，所以对人体疾病进行研究时所用的示踪原子显然应当选用放射性不太强的元素，当然也不能选择不发生衰变的同位素.至于选择半衰期长的放射性同位素还是选择半衰期短的放射性同位素，那肯定是选择半衰期短的放射性同位素，因为这样才能保证人体只受短时间的放射性影响，而不致长时间受放射性辐射的困扰.故正确选项为B.
答案：B
8.钍核Th 23290 经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则
A.铅核的符号为Pb 20882 ，它比Th 23290 少8个中子
B.铅核的符号为Pb 20487 ，它比Th 23290 少16个中子
C.铅核的符号为Pb 20882 ，它比Th 23290 少16个中子
D.铅核的符号为Pb 22087 ，它比Th 23290 少12个中子
解析：本题考查核反应方程.据质量数守恒、电荷数守恒可知铅核的电荷数是82，质量
数是208，则钍核的衰变方程如下：Th 23290 →Pb 20882 +6He 4
2+4e 0
1-
钍核的中子数是232－90=142
铅核的中子数是208－82=126
铅核比钍核少的中子数是142－126=16.故C 对. 答案：C
9.1999年4月，美国劳伦斯—帕克莱国家实验的科学家宣布，他们用高能Kr 8636(氪)离子轰击Pb 20882 (铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核.关于新核的推断正确的是
A.其质子数为122
B.其质量数为294
C.其原子序数为118
D.其中子数为90 解析：本题考查核反应方程及原子核的组成.核反应方程为
Pb 20882
+Kr 8636→n 10+X 293
118
新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118=175. 故正确选项为C. 答案：C
10.美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni 6328)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能.下面有关该电池的说法正确的是
A.镍63的衰变方程是Ni 6328→e 0
1-+Cu 63
27 B.镍63的衰变方程是Ni 6328→e 0 1-+Cu 6429
C.外接负载时镍63的电势比铜片高
D.该电池内电流方向是从镍到铜片 解析：本题考查β衰变和电流方向.
Ni 6328
的衰变方程为Ni 6328→e 0 1 +Cu 64
29，选项AB 错.
电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流方向从铜片到镍片且镍片电势高，选项C 对D 错.故正确选项为C.
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.如图所示为云室内用α粒子轰击氮核生成一个新核放出一个质子的图.则发生核反应前α粒子的径迹是______，核反应后生成的新核是______，新核的径迹是______，质子的径迹是______，核反应方程是
_________.
.
b 是核反应前α粒子的径迹；a
c 是质子的径迹.
核反应方程是：He 4
2+N 147 →O 17
8 +H 1
1. 答案：b 氧核 a c He 4
2+N 147 →O 178 +H 1
1
12.完成下列核反应方程，并说明反应类型.
A ：Rn 22286 →Po 21884 +______.属______
B ：H 31+H 2
1→______+n 10.属______
C ：Al 2713+n 10→______+H 1
1.属______
D ：U 23592 +n 10→Xe 13954 +Sr 9538+______.属______
解析：本题考查核反应方程. 据质量数守恒、电荷数守恒知： A ：Rn 22286 →Po 21884 +He 4
2.属α衰变 B ：H 3
1+H 2
1→He 4
2+n 1
0.属轻核聚变 C ：Al 27
13+n 1
0→Mg 27
12+H 1
1.属人工转变
D ：U 23592 +n 1
0→Xe 139
54 +Sr 9538+n 21
0.属重核裂变
答案：A ：He 42 α衰变 B ：He 42 轻核聚变
C ：Mg 2712 人工转变
D ：n 210 重核裂变
13.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co 6027放射源进行了实验验证.次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖.
Co 6027的衰变方程是Co 6027→
Ni A Z
+e 0
1-+e ν,其中e ν是反中微子，
它的电荷量为零，静止质量可以认为是零. Co 60
27
的核外
电子数为______，在上述衰变方程中，衰变产物Ni A
Z 的质量数是______，
核电荷数是______. 解析：Co 6027的核外电子数为27
由质量数守恒，知Ni A
Z 的质量数为A =60
由核电荷数守恒，知Ni A Z 的核电荷数为Z =27+1=28.
答案：27 60 28
14.一个锂核(Li 73)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子.已知氢原子的质量是1.6736
×10-27 kg ，锂原子的质量是11.6505×10-27 kg ，氦原子的质量是6.6466×10-27 kg ，上述核反应的方程是________，释放出的能量是______J.(保留三位有效数字)
解析：本题考查核反应方程及质能方程
Li 73
+H 11→2He 42
ΔE =Δmc 2=2.78×10-12 J.
答案：Li 7
3+H 1
1→2He 4
2 2.78×10-12
15.一瓶无害放射性同位素溶液，其半衰期为2天，测得每分钟衰变6×107次.今将这瓶溶液倒入一水库中，8天后认为溶液已均匀分布在水库中，取1 m 3测得每分钟衰变20次，则该水库蓄水量为______m 3.
解析：本题考查放射性同位素的应用.
n =
2
8=4 8天后每分钟放射次数为 N =(
21)4N 0=161×6×107=8
3×107 则水库蓄水量为
V =20
1083
7
1⨯=N N m 3=1.875×105 m 3. 答案：1.875×105
三、本题共4小题，共40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.
16.(8分)有一种中子星，它的质量和密度非常大，在强大的自身引力作用下，所有的原子被“压碎”，使原子的外层空间不存在，物质集中在核内.设原子核的数量级为10-14 m ，试估算中子星的密度是地球密度的多少倍？
解析：设地球是由原子构成的，原子的数量级为10-10 m ，可认为原子的密度ρ1为地球
密度，原子核的密度ρ2为中子星的密度，则123
143
101210)
10()10(==--ρρ. 答案：12
10
17.(8分)238U 的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg 的238U.求： (1)经过45亿年后，还剩多少238U?
(2)假设发生衰变的铀都变成了206Pb ，矿石中含有多少铅？ (3)这时铀、铅的质量之比是多少？
解析：(1)45亿年是238U 的半衰期，这样还剩238U 为1 kg. (3分) (2)1 kg 的238U 衰变为206Pb ，则铅的质量为
238
206
×1 kg=0.866 kg. (3分)
(3)铀、铅的质量之比为1∶0.866 (2分) 答案：(1)1 kg (2)0.866 kg (3)1∶0.866
18.(12分)已经证实质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电荷量为
e 32，下夸克带电荷量为－3
1
e ,e 为电子所带电荷量的大小.如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l ,l =1.5×10-15 m.试计算质子内相邻两个夸克之间的静
电力(库仑力).
解析：(1)质子带电荷量为+e ，所以它是由两个上夸克和一个下夸克组成的，由题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，如图所示. (2分)
e e
22-++3
31
(2)F 1=k 2229432
32l
ke l e
e =⨯
(3分) 代入数值得：F 1=46 N ，为斥力.
(2分)
(3)上夸克与下夸克之间的静电力为：
F 2=k 222
923231l
ke l e
e =⨯ (3分)
代入数值得：F 2=23 N ，为引力. (2分)
答案：见解析.
19.(12分)科学家发现，太空中γ射线一般都是从很远的星体放射出来的.当γ射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量，相当于太阳在过去一百亿年所发出的能量总和的一千倍左右，大致上等于太阳全部静质量所对应的能量的总和.科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行了模拟.经过模拟，发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍塌”过程，只有星球“坍塌”时，才可以发出这么巨大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8 m i n .由此来估算：在宇宙中，一次γ射线爆发所放出的能量.(G =6.67×10-11 N ·m 2/kg 2，结果保留两位有效数字)
解析：已知地球绕太阳运动的周期为T =365×24×3600 s ，地球到太阳的距离为ct ，而地球绕太阳近似地做匀速圆周运动.设地球质量为m ，太阳质量为M 太，则
2
2
)π2()(T
m ct m M G
=太·(ct ) (4分)
即M 太=2
332π4GT
t c
(2分) 又据质能方程E =M 太·c 2
(2分) 所以E =2
332π4GT
t c c 2
=1.6×1043 J.
(4分)
答案：1.6×1043 J。