第四章原子核
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(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
1.由原子核的衰变规律可知( )
A.放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线 B.放射性元素发生β衰变时,新核的化学性质不变 C.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1 答案C 解析一次衰变不可能同时产生α射线和β射线,只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线;原子核发生衰变后,新核的核电荷数发生了变化,故新核(新的物质)的化学性质应发生改变;发生正电子衰变,新核质量数不变,核电荷数减小1. 1414
2.C是一种半衰期为5 730年的放射性同位素.若考古工作者探测到某古木中C的含量为
原来的,则该古树死亡的时间距今大约( ) A.22 920年 C.5 730年 答案B B.11 460年 D.2 856年
解析放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间为一个半衰期,C的含量为原来的,经过了两个半衰期,故t=2×5 730=11 460(年),故选项B正确. 3.铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应可能是 AC
XeBa
Kr Sr
( )(导学号51160216) BD
BaXe
Kr Sr
n→a+b+n,则a+b14
答案D 解析根据核反应中的质量数守恒可知,a+b的质量数应为235+1-2=234,质子数应为92,A项中的质量数为140+93=233,B项中质量数是141+92=233,C项中质量数为141+93=234,质子数为 56+38=94,D项中质量数为140+94=234,质子数为 54+38=92,综上可知,选项D正确. 4.
1
用α粒子照射充氮的云室,摄得如图所示的照片,下列说法中正确的是( ) (导学号51160217)
A.A是α粒子的径迹,B是质子的径迹,C是新核的径迹 B.B是α粒子的径迹,A是质子的径迹,C是新核的径迹 C.C是α粒子的径迹,A是质子的径迹,B是新核的径迹 D.B是α粒子的径迹,C是质子的径迹,A是新核的径迹 答案D 解析α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子,入射的是α粒子,所以B是α粒子的径迹;产生的新核质量大、电离作用强,所以径迹粗而短,故A是新核径迹;质子电离作用弱一些,贯穿作用强,所以细而长的径迹是质子的径迹,所以选项D正确.
5.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
N+Q1
C+X+Q2
方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
原子H 核 He He C N N 质1.003.014.0012.0013.0015.00量7 8 6 0 2 6 0 0 5 7 0 1 /u
以下推断正确的是( ) A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1 C.X是He,Q2
6.月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3He)”的化学元素,这是热核聚变的重要原料.科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源.关于“氦3He)”与氘核的聚变,下列说法中正确的是( ) (导学号51160218) A.核反应方程为He
H
He
H
B.核反应生成物的质量将大于反应物质量
2
C.氦3He)一个核子的结合能大于氦4He)一个核子的结合能 D.氦3He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 答案AD 解析根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为He
H
He
H,A对;根据比结合能
曲线可知氦3He)一个核子的结合能小于氦 4He) 一个核子的结合能,所以核反应中释放了能量,质量发生亏损,B、C错,D对.
7.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式,即原子核俘获一个核外电子,核内一个质子变为中子,原子核衰变成一个新核,并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电).若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计),则( ) A.生成的新核与衰变前的原子核质量数相同 B.生成新核的电荷数增加
C.生成的新核与衰变前的原子核互为同位素 D.生成的新核与中微子的动量大小相等 答案AD 解析发生“轨道电子俘获”时,一个质子变为中子,质子与中子的总量不变,所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同,选项A正确;新核质子数减少,故核电荷数减少,选项B错误;新核与原核质子数不同,不能称它们互为同位素,选项C错误;以静止原子核及被俘获电子为系统,系统动量守恒,系统初动量为零,所以生成的新核与中微子的动量大小相等,方向相反,选项D正确. 8.下列所述正确的是( ) A.强子是参与强相互作用的粒子 B.轻子是不参与强相互作用的粒子 C.目前发现的轻子只有8种
D.夸克有6种,它们带的电荷量分别为元电荷的+或-
答案ABD 解析目前发现的轻子只有6种,分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子,C是错误的.A、B、D正确. 二、非选择题(共4小题,共52分)
8
9.(10分)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到10 K时,可以发生“氦燃烧”. (导学号51160219)
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程He+ →Be+γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10 s.一定质量的Be,经7.8×10 s后所剩Be占开始时的 .
-16
-16
答案(1He或α (2)或12.5%
3
解析(1He 根据电荷数守恒和质量数守恒可知参加核反应的原子核质量数为4,电荷数为2.
(2)7.8×10 s为3个半衰期
-16
剩余Be占原来的()=3
.
10.(10分)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式
为 .该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为 .
答案 H
解析设某原子核的质量数为x,核电荷数为y,根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得
x+1=2,0+y=1,联立两式解得x=1,y=1,该原子核为质子,核反应方程式为H.核反应
放出能量为Q时, H的比结合能为.
11.(16分)已知铀235的质量为235.043 9 u,钡141的质量为140.913 9 u,氪92 的质量为91.897 3 u,每个中子质量为1.0087 u,1 kg铀235发生
n
Kr+n的铀核
裂变所放出的能量相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg优质煤完全燃烧时能
7
产生2.9×10 J的热量) (导学号51160220)
3
答案2.84×10 t
解析质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mBa+mKr+3mn)=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u.
2
释放的能量ΔE=Δmc≈201 MeV. 1 kg铀235 含有的铀原子核数目为
N=×6.02×10≈2.56×10个.
24
6
2324
1 kg铀完全反应释放的总能量为E总=N·ΔE=2.56×10×201×10×1.60×10
13
J≈8.23×10 J.
1 t煤完全燃烧释放的能量为
E=1 000×2.9×107 J=2.9×1010 J,故1 kg铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的质量
-19
为n==2.84×103t.
12.(16分)中子的发现是守恒定律在核反应过程中的重要应用,1930年发现用钋放出的α射线轰击Be核时产生一种射线,其贯穿能力极强,能穿透几厘米厚的铝板,当时著名物理学家居里夫人也不知道这是一种什么射线.1932年,英国青年物理学家查德威克用这种射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出了一些氢核和氮核.若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,
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测出被打出的氢核最大速度为vH=3.5×10 m/s,被打出的氮核的最大速度vN=4.7×10 m/s,假定正碰时无能量损失,设未知射线中粒子的质量为m,初速为v,被打出的核质量为m'. (导学号51160221)
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