高中物理-原子核 章末质量检测

原子核章末质量检测(时间：90分钟满分：100分)一、单选题(本题共8小题，每小题3分，共24分)1．关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度有关C．α、β和γ三种射线中，α射线的穿透能力最强D．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性解析：选D不是所有元素都能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期与外界的温度无关，故B错误；α、β和γ三种射线中，α射线的穿透能力最弱，故C错误；放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故D正确．2．一个放射性元素的原子核放出一个α粒子和一个β粒子后，其核内质子数和中子数的变化是()A．质子数减少3个，中子数减少1个B．质子数减少2个，中子数减少1个C．质子数减少1个，中子数减少3个D．质子数减少1个，中子数减少2个解析：选C由α衰变和β衰变的本质可知，放出一个α粒子，质子数和中子数均减少2个，放出一个β粒子后，中子数减少1个，质子数增加1个，放出一个α粒子和一个β粒子后，中子数减少3个，质子数减少1个，选项C正确．3．(宜宾市模拟)下列说法中正确的是()A．用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核，可使氘核分解为一个质子和一个中子B．质子和中子结合成原子核时不一定有质量亏损，但一定释放出能量C．原子核的结合能越大，原子核越稳定D．重核裂变前后质量数守恒，但质量一定减小解析：选D核子结合成原子核时需要释放能量，原子核分解为核子时需要吸收能量，这个能量即原子核的结合能，用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，还要另给它们分离时所需要的足够的动能，所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子，A选项错误；质子和中子结合成原子核时一定有质量亏损，一定释放出能量，B选项错误；比结合能的大小反映原子核的稳定程度，原子核的比结合能越大，原子核结合得越牢固，原子核越稳定，C选项错误；重核裂变时释放能量，有质量亏损，因此反应前后质量数守恒，但质量不守恒，D选项正确．4．太阳内部持续不断地发生着热核反应，质量减少，核反应方程是411H→42 He＋2X，这个核反应释放出大量核能，已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A．方程中的X表示中子B．方程中的X表示电子C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2)c2解析：选C根据核反应过程中质量数与核电荷数守恒，可以求出方程中的X表示正电子01e，故A、B选项错误；核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，故C选项正确；根据爱因斯坦质能方程可知，释放的核能为ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2，故D选项错误．5．天然放射现象中可产生α、β、γ三种射线．下列说法正确的是()A．β射线是由原子核外电子电离产生的B.92238U经过两次α衰变，变为90234ThC．α射线的穿透能力比γ射线穿透能力强D．放射性元素的半衰期不随温度升高而变化解析：选Dβ射线的实质是衰变中产生的电子，故A错误；α衰变过程中，一个原子核释放一个α粒子(由两个中子和两个质子形成的氦原子核)，并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核．所以92238U经过一次α衰变，变为90234Th，故B错误；α、β、γ三种射线分别是氦核、电子、电磁波，三种射线的穿透能力逐渐增强，所以α射线的穿透能力比γ射线穿透能力弱，故C错误；半衰期是由原子核内部性质决定的，与温度无关，故D正确．6．一个质子和一个中子聚变结合成一个核，同时辐射一个光子．已知质子、中子、核质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．核反应方程是11H＋10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－2m3 C．辐射出的光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长λ＝h(m1＋m2－m3)c解析：选D核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒，故A选项错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B选项错误；聚变反应中释放的核能以光子的形式释放，光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故C选项错误；根据光子的能量E＝hν＝hcλ得λ＝hcE＝h(m1＋m2－m3)c，故D选项正确．7．心脏起搏器中的微型核电池如图所示，它以钽铂合金作外壳，内装有钚238，整个电池只有160 g重，体积仅18 mm3.核电池的核心是静态热电换能器，它将热能转化为电能，工作效率只有20%，大部分热能被浪费掉．已知此核电池的输出功率为2.30×10－4 W，可以连续使用10年，1 g钚238能产生2.46×106 J 热能，则此核电池中钚238的质量约为()A．0.05 g B．0.15 gC．1 g D．5 g解析：选B根据功能关系可知，此核电池释放的功率P0：P0×20%＝P出所以P0＝1.15×10－3 W由能量关系可知：n·E0＝P0t代入数据可得n＝0.147 g≈0.15 g，故A、C、D错误，B正确．8．一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为N A，真空中的光速为c，若1 mol氘和1 mol 氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为()A．N AΔmc2B．2N AΔmc2C.12N AΔmc2D．5N AΔmc2解析：选A一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，根据爱因斯坦的质能方程可知，释放的能量为Δmc2,1 mol 氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的N A倍，即N AΔmc2，A选项正确．二、多选题(本题共7小题，每小题3分，共21分．全选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是()A.49Be＋24He→612C＋XB. 714N＋24He→817O＋XC.92239U→93239Np＋XD.80204Hg＋01n→70202Pt＋211H＋X解析：选AD由质量数守恒和电荷数守恒得A项中X为01n，B项中X为11H，C项中X为-10e，D项中X为01n，故A、D项中X表示中子．10．元素X的原子核可用符号b a X表示，其中a、b为正整数，下列说法正确的是()A．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的中子数B．a等于此原子核中的中子数，b等于此原子核中的质子数C．a等于此元素的原子处于中性状态时的核外电子数，b等于此原子核中的质子数加中子数D．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的核子数解析：选CD b a X中的a等于此原子核中的质子数，也等于此元素的原子处于中性状态时的核外电子数，b等于此原子核中的质子数加中子数，也等于此原子核中的核子数，故C、D正确，A、B错误．11．(2018·江苏一模)下面四幅示意图中能正确反映核反应过程的是()解析：选AD核反应过程中，电荷数守恒，质量数守恒，用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，其核反应方程为714N＋24He→817O＋11H，A选项正确，B选项错误；用α粒子轰击铍原子核，发现了中子，其核反应方程为24He＋49Be→612C＋01n，C选项错误，D选项正确．12．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是()A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子B．核衰变中，γ光子总是伴随α、β衰变辐射的C．卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子D．结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定解析：选BCβ衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故A错误；α、β衰变辐射时有能量释放出来，能量以光子即γ射线的形式释放，故B正确；1919年，卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，结果发现有正电粒子从氮原子核中被打出，发现了质子，故C正确；比结合能越大，原子核结构一定越稳定，故D错误．13．质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如23He是13H的镜像核，同样31H 也是23He的镜像核，利用镜像核可研究短寿命不稳定核．下列说法正确的是()A.713N和613C互为镜像核B.715N和816O互为镜像核C．核反应12H＋13H→24He＋01n是α衰变D．一个质子和两个中子结合成氚核(13H)时一定放出能量解析：选AD713N的质子数Z1＝7，质量数A1＝13，故中子数n1＝A1－Z1＝13－7＝6；613C质子数Z2＝6，质量数A2＝13，故中子数n2＝A2－Z2＝13－6＝7，得n1＝Z2＝6，n2＝Z1＝7，故713N与613C互为镜像核，故A正确；715N的质子数Z1＝7，质量数A1＝15，故中子数n1＝A1－Z1＝15－7＝8，816O质子数Z2＝8，质量数A2＝16，故中子数n2＝A2－Z2＝16－8＝8，得n1＝Z2＝8，n2≠Z1，故B 错误；两个质量较小的核结合成一个质量较大的核同时释放出大量的能量的现象称为核聚变，故C项中的核反应是核聚变，而不是α衰变，故C错误；D项中一个质子和两个中子结合成氚核的反应是核聚变反应，一定会放出能量，故D 正确．14．一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是() A．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀B．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m4发生了衰变C．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m 8D．经过1个半衰期后该矿石的质量几乎不变解析：选CD经过2个半衰期后矿石中剩余的铀还有m4，选项A、B错误；经过3个半衰期后矿石中剩余的铀还有m8，选项C正确；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，选项D正确．15．一个铍原子核(47Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(37Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子v e，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为47Be＋-10e→37Li＋v e.已知铍原子的质量为M Be＝7.016 929 u，锂原子的质量为M Li＝7.016 004 u，1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是() A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核(37Li)获得的动能约为0.86 MeVC．中微子与锂核(37Li)的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核(37Li)的能量之和等于反应前电子的能量解析：选AC反应方程为47Be＋-10e→37Li＋v e，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，故A正确；铀核获得的动能为“K俘获”中放出的核能，根据质能方程，释放核能ΔE＝(7.016 929 u＋m e－7.016 004)×9.31×102 MeV>0.86 MeV，故B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核(37Li)的动量之和等于反应前电子的动量，故C 正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核(37Li)的能量之和小于反应前电子的能量，故D错误．三、非选择题(本题共5小题，共55分)16．(8分)核反应堆的功率为104 kW,1 h消耗燃料8.7 g，已知每个铀235裂变时放出2×108 eV的能量，求该燃料中铀235的质量百分比．解析：该反应堆每小时输出的能量为E＝Pt＝107×3 600 J＝3.6×1010 J设放出这些能量消耗的纯铀235的质量为m，则E＝m 235×6.02×1023×2×108×1.6×10－19 J＝3.6×1010 J则纯铀235的质量m＝3.6×10108.2×1010g≈0.439 g．铀235的质量百分比是0.4398.75≈0.05＝5%.答案：5%17．(10分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是92235U＋01n→56141Ba＋3692Kr＋()01n.(1)在括号内填写01n前的系数；(2)用m1、m2、m3分别表示92235U、56141Ba、3692Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235?(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数N A＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知10n前的系数为3.(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2.(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，同时E＝mM N AΔE，解得m＝PtMN AΔE≈22 kg.答案：(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22 kg18．(10分)一静止的铀核(92238U)发生α衰变成钍核(Th)，钍核的质量为M，已知放出的α粒子的质量为m，速度为v0.假设铀核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能．(1)试写出铀核衰变的核反应方程；(2)求出铀核发生衰变时的质量亏损．(已知光在真空中的速度为c，不考虑相对论效应)解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，92238U→90234Th＋24He.(2)铀核衰变过程中动量守恒，0＝m v0－M v，释放的核能，ΔE＝12m v2＋12M v2，根据爱因斯坦质能方程得，ΔE＝Δmc2，联立解得Δm＝m v20(M＋m)2Mc2.答案：(1)92238U→90234Th＋24He(2)m v20(M＋m)2Mc219．(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＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，即36Li＋01n→13H＋24He，若已知24He的速度v2＝2.0×104 m/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：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核质量)代入数值可解得v 1＝－1.0×103 m/s ，方向与v 0相反．(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r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40. (3) 13H 和24He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2 所以它们的旋转周数之比n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3即24He 旋转三周，13H 旋转2周．答案：(1)1.0×103 m/s 方向与v 0相反(2)3∶40 (3)2周20．(15分)钚的放射性同位素 94239Pu 静止时衰变为铀核激发态 92235U *和α粒子，而铀核激发态 92235U *立即衰变为 92235U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知239 94Pu 、92235U和α粒子的质量分别为m Pu＝239.052 1 u、m U＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u,1 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α粒子的动能．解析：(1)衰变方程为94239Pu→92235U*＋α，92235U*→92235U＋γ，或合起来有94239Pu→92235U ＋α＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损Δm＝m Pu－m U－mα①放出的能量ΔE＝Δmc2②这些能量是铀核92235U的动能E U、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝E U＋Eα＋Eγ③由①②③式得E U＋Eα＝(m Pu－m U－mα)c2－Eγ④设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U和vα，则由动量守恒定律有m U v U＝mαvα⑤又由动能的定义知E U＝12m U v2U，Eα＝12mαv2α⑥由⑤⑥式得E UEα＝mαm U⑦由④⑦式得Eα＝m Um U＋mα[(m Pu－m U－mα)c2－Eγ]代入数据得Eα＝5.034 MeV.答案：(1)94239Pu→92235U*＋α，92235U*→92235U＋γ(或94239Pu→92235U＋α＋γ)(2)5.034 MeV。