人教版高中物理选修35练习第十九章+原子核+水平测试19.docx
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人教版高中物理选修35练习第十九章+原子核+水平测试19
第十九章水平测试
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100分,考试时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题,共40分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分,其中1~6题为单选,7~10题为多选)
1.下列说法中正确的是( )
A.U的半衰期约为7亿年,随着地球环境的不断变化,其半衰期可能变短
B.某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后,核内中子数减少4
C.10个放射性元素的原子核经过一个半衰期后,一定有5个原子核发生衰变
D.γ粒子的电离能力比α粒子的大
答案 B
解析 半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的,与原子所处的物理、化学状态无关,故A错误;某原子核经过一次α衰变电荷数减小2,质量数减小4,再经过两次β衰变后,质量数不变,电荷数要增加2,所以整个过程质量数减小4,电荷数不变,所以核内中子数减少4个。
故B正确。
半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用。
故C错误。
三种射线中γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强,故D错误。
2.在正负电子对撞机中,一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子。
设正、负电子的质量在对撞前均为m,对撞前的动能均为E,光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则对撞后转化成光子的波长等于( )
A.B.
C.D.
答案 C
解析 一个光子的能量为mc2+E,h=mc2+E,所以λ=,C正确。
3.将半衰期为5天的铋64g分成四份分别投入
(1)开口容器中;
(2)100atm的密封容器中;(3)100℃的沸水中,第四份则与别的元素形成化合物,经10天后,四种情况剩下的质量分别为m1、m2、m3、m4,则( )
A.m1=m2=m3=m4=4g
B.m1=m2=m3=4g,m4<4g
C.m1>m2>m3>m4,m1=4g
D.m1=4g,其余无法知道
答案 A
解析 放射性元素的半衰期是一定的,与放射性元素所在的物理环境和化学环境无关,所以A正确。
4.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的。
科学家预测:
大约在40亿年以后,太阳内部还将会启动另一种核反应,其核反应方程为:
He+He+He→C,已知He的质量为m1,C的质量为m2,则( )
A.m1=3m2B.3m1=m2
C.3m1<m2D.3m1>m2
答案 D
解析 因发生聚变反应存在质量亏损,释放能量,Δm=3m1-m2,故选项D正确。
5.在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核,它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,如图所示,那么碳14的衰变方程为( )
A.C→e+BB.C→He+Be
C.C→H+BD.C→e+N
答案 D
解析 原子核的衰变过程满足动量守恒,粒子与反冲核的速度方向相反,根据左手定则判断得知,粒子与反冲核的电性相反,则知粒子带负电,所以该衰变是β衰变,由动量守恒定律可得两带电粒子动量大小相等,方向相反,就动量大小而言有:
m1v1=m2v2,由带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式可得:
r=,可见r与q成反比。
由题意,大圆与小圆的直径之比为7∶1,半径之比为7∶1,则得:
粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7。
所以反冲核的电荷量为7e,电荷数是7,其符号为N,
所以碳14的衰变方程为C→e+N,故D正确,A、B、C错误。
6.静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po,α粒子动能为Eα。
若衰变放出的能量全部变为反冲核和α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.·B.0
C.·D.·
答案 C
解析 由于动量守恒,反冲核和α粒子的动量大小相等,由Ek=∝,它们的动能之比为4∶218,因此衰变释放的总能量是·Eα,Δm=·,故C正确。
A、B、D错误。
7.下列有关近代物理的若干叙述正确的是( )
A.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
B.四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于氦核质量与c2的乘积
C.太阳内部发生的核反应是热核反应
D.关于原子核内部的信息,最早来自天然放射现象
答案 ACD
解析 核力为短程力,每个核子只能跟邻近的核子产生核力的作用,故A正确;根据爱因斯坦的质能方程,四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于亏损的质量与c2的乘积,不是等于氦核质量与c2的乘积,故B错误;太阳内部发生的是热核反应,故C正确;关于原子核内部的信息,最早来自天然放射现象,故D正确。
8.关于放射性同位素的应用,下列说法正确的是( )
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到消除有害静电的目的
B.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种
C.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的危害
D.γ射线对人体细胞伤害太大,不能直接用来进行人体透视
答案 CD
解析 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性,使空气分子电离成导体,将静电中和,故A错误;DNA变异并不一定都是有益的,有时也会向有害的一面变异,故B错误;γ射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故C正确;γ射线对人体细胞伤害太大,不能直接用来进行人体透视,故D正确。
9.钍核Th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,它比Th少8个质子
B.铅核的符号为Pb,它比Th少16个中子
C.铅核的符号为Pb,它比Th少16个中子
D.铅核的符号为Pb,它比Th少12个中子
答案 AC
解析 设铅的质量数为M,核电荷数为Z,则由质量数守恒可得:
M=232-6×4=208。
由电荷数守恒可得:
Z=90-6×2+4×1=82。
则铅核的中子数=208-82=126,钍核的中子数=232-90=142。
所以铅核的中子数比钍核中子数少16个,铅核的质子数比钍核质子数少8个。
A、C正确,B、D错误。
10.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能。
下列说法正确的是( )
A.用能量小于2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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
答案 AD
解析 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2.2MeV,故A正确;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2.2MeV,故D正确,B、C错误。
第Ⅱ卷(非选择题,共60分)
二、填空题(本题共3小题,共15分)
11.(6分)现有三个核反应(衰变)方程:
A.Na→Mg+e
B.U+n→Ba+Kr+3n
C.H+H→He+n
则________是β衰变;________是裂变;________是聚变。
(填正确答案标号)
答案 A B C
解析 衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后,变成新的原子核的变化,A是β衰变;裂变是重核分裂成质量较小的核,B是裂变;聚变是轻核结合成质量较大的核,C是聚变。
12.(3分)可研制核武器的钚239(Pu)可由铀239(U)经过x次β衰变而产生,则x等于________。
答案 2
解析 由衰变方程Pu→U+2e,可知x=2。
13.(6分)“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电荷量,但电荷的符号相反,例如正电子就是电子的“反粒子”。
据此,若有反质子存在,它的质量数应为________,元电荷的电荷量是1.60×10-19C,则反质子的电荷量为________。
答案 1 -1.60×10-19C
解析 质子的质量数为1,电荷量为1.60×10-19C,所以反质子的质量数为1,电荷量大小也为1.60×10-19C,电性相反。
三、计算题(本题共4小题,共45分)
14.(11分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,它可用来断定古生物的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子核后,会形成C,C很不稳定,易发生衰变,其半衰期为5730年,衰变时会放出β射线,试写出有关核反应(衰变)方程;
(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?
答案
(1)见解析
(2)17190年
解析
(1)N+n→C+H,C→N+e,
(2)依题意n==0.125,
解得n=3,则t=5730×3年=17190年。
15.(11分)一个质量为M、电荷量为Q的原子核发生α衰变,α粒子的运动速度为v,假设质子的质量为m,电荷量为q,衰变过程中放出的能量全部转化为动能,则衰变过程的质量亏损为多少?
答案 Δm=
解析 若质子的质量为m,电荷量为q,则α粒子的质量为4m,电荷量为2q,显然质量为M的原子核发生α衰变后新核的质量为M-4m,电荷量为Q-2q。
设新核的速度为v′。
依据动量守恒定律有:
0=(M-4m)v′-4mv,
解得v′=。
依据能量守恒可得
×4mv2+(M-4m)v′2=Δmc2,
解得Δm=。
16.(11分)如图所示,有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T,磁场方向垂直于纸面向里,MN是磁场的左边界。
在磁场A处放一个放射源,内装Ra,放出某种射线后衰变成Rn。
(1)写出上述衰变方程;
(2)若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时,放在MN左侧边缘的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子,此时接收器距过OA的直线1.0m。
已知Rn、He质量分别为222u、4u,求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少?
(取1u=1.66×10-27kg,e=1.60×10-19C)
答案
(1)Ra→Rn+He
(2)1.96×10-14J
解析
(1)Ra比Rn电荷数多2,质量数多4,则该衰变为α衰变,方程为Ra→Rn+He;
(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动,轨道半径R=1.0m,
由洛伦兹力提供向心力,可得2evB=,
衰变过程中系统动量守恒,有0=222u×v′-4u×v,
所以,释放的核能E=×222u×v′2+×4u×v2,
代入数据解得E≈1.96×10-14J。
17.(12分)如图甲所示,静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0=7.7×104m/s的中子而发生核反应,即Li+n→H+He,若已知He的速度v2=2.0×104m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:
(1)H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He旋转三周时,粒子H旋转几周?
答案
(1)大小为1.0×103m/s,方向与v0相反
(2)3∶40 (3)2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)
代入数值可解得:
v1=-1.0×103m/s,方向与v0相反。
(2)H和He在磁场中均受洛伦兹力,做匀速圆周运动的轨道半径之比r1∶r2=∶=3∶40。
(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比
T1∶T2=∶=3∶2,
所以它们的旋转周数之比:
n1∶n2=T2∶T1=2∶3,即He旋转三周,H旋转2周。
精美句子
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矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。
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笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。
山中的石!
当你背靠群峰时,意志就坚了。
水中的萍!
当你随波逐流后,根基就没了。
空中的鸟!
当你展翅蓝天中,宇宙就大了。
空中的雁!
当你离开队伍时,危险就大了。
地下的煤!
你燃烧自己后,贡献就大了
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朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。
朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。
7、一粒种子,可以无声无息地在泥土里腐烂掉,也可以长成参天的大树。
一块铀块,可以平庸无奇地在石头里沉睡下去,也可以产生惊天动地的力量。
一个人,可以碌碌无为地在世上厮混日子,也可以让生命发出耀眼的光芒。
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