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1、第十九章 原子核(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分.每小题至少一个答案正确)1.(2012南通高二检测)关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是( )A.是约里奥居里夫妇首先发现的B.说明了原子核不是单一的粒子C.射线随射线或射线而产生D.任何放射性元素都能同时发出三种射线2.关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的是( )A.放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而起电,并以此达到消除有害静电的目的B.利用射线的贯穿本领可以为金属探伤,也能进行人体的透视C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定会成为更优秀的品种D.用射线
2、治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常的组织造成太大的伤害3.关于放射性元素的半衰期,下列说法中正确的是( )A.半衰期是原子核质量减少一半所需的时间B.半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间C.半衰期与外界压强和温度有关,与原子的化学状态无关D.半衰期可以用于测定地质年代、生物年代等4.(2012杭州高二检测)下列说法正确的是( )A.铀235只要俘获中子就能进行链式反应B.所有的铀核俘获中子后都能裂变C.太阳不断地向外辐射大量能量，太阳质量应不断减小，日地间距离应不断增大，地球公转速度应不断减小D.粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的5.对核子结合成原子核的下列说法正确的
3、是( )A.原子核内的核子间均存在核力B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时,其间势能一定减小D.对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用6.“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)并且放出一个中微子的过程.中微子的质量很小,不带电,很难被探测到,人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的.一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子.下面的说法中正确的是( )A.母核的质量数等于子核的质
4、量数B.母核的电荷数大于子核的电荷数C.子核的动量与中微子的动量相同D.子核的动能大于中微子的动能7.现有三个核反应，下列说法正确的是( )2411Na2412Mg+0-1e23592U+10n14456Ba+8936Kr+310n21H+31H42He+10nA.是裂变，是衰变，是聚变B.是衰变，是裂变，是聚变C.是聚变，是裂变，是衰变D.是衰变，是聚变，是裂变8.14C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( )9.(2012潍坊高二检测)一个质子和一
5、个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为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+10n31H+B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.光子的波长10.静止的氡核22286Rn放出粒子后变成钋核21884Po,粒子动能为E.若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能,真空中的光速为c,则该反应中的质量亏损为( )11.如图所示,两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后,产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹,可能是( )A.原子核发生了衰
6、变B.原子核发生了衰变C.原子核放出了一个正电子D.原子核放出了一个中子12.如图所示,一天然放射性物质射出三种射线,经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图中所示),调整电场强度E和磁感应强度B的大小,使得在MN上只有a和b两个点受到射线照射.下面的哪种判断是正确的( )A.射到b点的可能是射线B.射到b点的一定是射线C.射到b点的一定是射线或射线D.射到b点的一定是射线二、非选择题(本大题共4小题，共40分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13.(2012唐山高二检测)(8分)完成下列核反应方程,并指出核反应的类型.(1)32He+_42He+11H,是_变.(
7、2)2411Na2412Mg+_,是_变.(3)2311Na+_2411Na+11H,是_变.(4)23592U+10n14256Ba+9136Kr+3_,是_变.14.(10分)核反应堆的功率为104 kW,1 h消耗燃料8.75 g,已知每个铀235裂变时放出2108 eV的能量,求该燃料中铀235的质量百分比.15.(10分)两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素).已知氘核的质量mD=2.013 60 u,氦核的质量mHe=3.015 0 u,中子的质量mn=1.008 7 u.(1)写出聚变方程并计算释放的核能.(2)若反应前两个氘核的动能为0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变
8、,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?16.(2012长宁区高二检测)(12分)如图甲所示,静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v0=7.7104 m/s 的中子而发生核反应，即63Li+10n31H+42He,若已知42He的速度v2=2.0104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:(1)31H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42He旋转三周时,粒子31H旋转几周?答案解析1.【解析】选B、C.首先发现天然放射现象的是法国的贝可勒尔，A错误；放射现象的研究揭示出原子的可变性，即原
9、子核不是单一粒子，原子核也是具有复杂结构的，B正确；射线是在原子核放射粒子或粒子的时候，多余的能量以极高频率的光子的形式产生的辐射，因此，射线是伴随(不是一定伴随)射线或射线而放出的.但放射性元素在发生衰变时,一般不能单独放出射线,却能单独放射出射线或射线,若有多余能量，则就同时伴随有射线产生，若无多余能量，则只单独放出射线或射线，不产生射线.因此,放射性元素发生衰变时不一定都能同时发出三种射线.C正确,D错误.2.【解析】选D.利用放射性消除有害静电是利用放射线的电离作用,使空气分子电离为导体,将静电泄出,故A错误;射线对人体细胞伤害太大,不适合用来进行人体透视,B错误;作物种子发生的DNA
10、突变不一定都是有益的,还要经过筛选才能培育出优良的品种,C错误;用射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用,因此要科学地严格控制剂量,D正确.故正确答案为D.3. 【解析】选B、D.原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关,C错误;原子核的衰变有一定的速率,每隔一定的时间(即半衰期),原子核就衰变掉总数的一半,A错误,B正确;利用铀238可测定地质年代,利用碳14可测定生物年代,D正确.4.【解析】选C.要发生链式反应必须同时满足三个条件:(1)必须有足够纯度的铀235(浓缩铀);(2)铀块的体积必须大于或等于临界体积;(3)要有足够数量的慢中子.所以A错误.并不是所有的铀核都能发生裂变,所
11、以B也是错误的.由于太阳在向外辐射能量的过程中,会出现质量亏损,由万有引力定律可知日地间的引力要减小,所以日地间的距离要不断增大,在向外运动的过程中由于要克服引力做功,故地球的公转速度要不断减小，所以C正确;粒子散射实验证明了原子是有核式结构的,所以D错误.故正确答案为C.5.【解析】选C、D.由于核力为短程力,只会发生在相邻核子之间,由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.510-15 m时核力表现为引力,在此过程中核力必做正功,其间势能必定减小,形成原子核后距离一般不小于0.510-15 m,故C正确;对质子数较多的原子核由于只有相邻的质子间才有核力,但各个质子间均
12、有很强的库仑斥力,随着质子数的增加,其库仑力增加,对于稳定的原子核,必须存在较多的中子才能维系二者的平衡,故D正确.6.【解析】选A、B.衰变时母核与子核的质量数是相等的,A正确;母核中的质子由于变为中子,则子核中的电荷数减少1,所以B正确;由动量守恒知中微子与子核的动量大小相等,但方向相反,C错误;由知中微子的动能要大于子核的动能,D错误.7.【解析】选B.根据核反应方程可确定是衰变，是裂变，是聚变，所以B选项正确.【变式备选】美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器,通过4820Ca(钙48)轰击24998Cf(锎249)发生核反应,成功合成第118号元素,这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序
13、数最大的元素.实验表明,该元素的原子核先放出3个相同的粒子X,再连续经过3次衰变后,变成质量数为282的第112号元素的原子核,则上述过程中粒子X是( )A.中子B.质子C.电子D.粒子【解析】选A.由于最终经3次衰变变成原子核282112X,由此可知原来的核应为294118X,而该核是由某原子核放出了3个粒子X形成的.而4820Ca和24998Cf的总质子数为118,质量数为297,由此可知4820Ca+24998Cf297118X,297118X294118X+310n,故A正确.8.【解析】选C.设半衰期为T,那么m=.可见,随着t的增长，物体的质量越来越小,且变化越来越慢,很显然C选项
14、图线符合衰变规律.9.【解析】选B.根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知,得到的氘核为21H,故A错误;聚变反应过程中辐射一个光子,质量减少m=m1+m2-m3,故B正确;由质能方程知,辐射出的光子的能量为E=mc2=(m2+m1-m3)c2,故C错误;由c=及E=h得=,故D错误.10.【解析】选C.由于动量守恒,反冲核和粒子的动量大小相等,由Ek=知它们的动能之比为4218,因此衰变释放的总能量是,由质能方程得质量亏损是.11.【解析】选A、C.径迹为两个外切的圆,由左手定则知放出的粒子一定带正电荷,因此该衰变可能是衰变,也可能是放出正电子的衰变.12.【解题指南】解答此题应按以下思路
15、分析：(1)明确粒子、粒子、射线的带电情况，且知道粒子速度远大于粒子速度.(2)当电场力和洛伦兹力平衡时或粒子不带电时,粒子沿直线运动.(3)采用假设法,假设粒子能到达a点,判断粒子运动,再假设 粒子能到达a点,判断粒子的运动.【解析】选A、C.射线不带电,在电场或磁场中都不受力的作用,只能射到a点,因此D选项错误;调整E和B的大小,既可以使带正电的射线沿直线前进,也可以使带负电的射线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即Eq=Bqv.已知粒子的速度比粒子的速度小得多,当我们调节使粒子沿直线前进时,速度大的粒子向右偏转,有可能射到b点;当我们调节粒子沿直线前进时,速度较小的粒子
16、也将会向右偏,也有可能射到b点,因此A、C选项正确,而B选项错误.13.【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类.(1)32He+21H42He+11H,聚变 (2分)(2)2411Na2412Mg+0-1e,衰变 (2分)(3)2311Na+21H2411Na+11H,人工转变 (2分)(4)23592U+10n14256Ba+9136Kr+310n，裂变. (2分)答案:见解析14.【解析】该反应堆每小时输出的能量为:E=Pt=1073 600 J=3.61010 J (3分)设放出这些能量消耗的纯铀235的质量为m g,则E6.02102321081.610-19 J8.2101
17、0m J (3分)则纯铀235的质量 (2分)铀235的质量百分比是0.05=5% (2分)答案:5%15.【解析】(1)聚变的核反应方程221H32He+10n,核反应过程中的质量亏损为m=2mD-(mHe+mn)=0.003 5 u (2分)释放的核能为E=0.003 5931.5 MeV=3.26 MeV (2分)(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即0=mHevHe+mnvn (2分)反应前后总能量守恒,得mHevHe2+mnvn 2=E+2Ek0 (2分)解得EkHe=0.99 MeV,Ekn=2.97 MeV (2分)答案:
18、见解析16.【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) (2分)代入数值可解得:v1=-1.0103 m/s,方向与v0相反. (2分)(2)31H和42He在磁场中均受洛伦兹力f,做匀速圆周运动的半径之比r1r2= =340. (3分)(3)31H和42He做匀速圆周运动的周期之比T1T2= =32 (3分)所以它们的旋转周数之比：n1n2=T2T1=23，即42He旋转三周，31H旋转2周. (2分)答案:(1)大小为1.0103 m/s,方向与v0相反(2)340 (3)2周【总结提升】在匀强磁场中研究核反应的规律带电粒子在磁场中的偏转现象的应用可以帮助我们研究核反应的规律,解决这类问题应明确以下三个方面:(1)明确核反应的类型并正确书写核反应方程；(2)建立力学模型,分析核反应过程中的运动情况,应用动量守恒观点和能量守恒观点列出方程；(3)根据带电粒子在磁场中的受力情况和匀速圆周运动的分析方法研究粒子在磁场中的运动规律,确定半径和周期等.第 13 页 共 13 页