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1、1第三章第三章 原子核原子核单元质量评估单元质量评估( (三三) )(90(90 分钟分钟 100100 分分) )一、选择题(本大题共 12 小题,19 单选,1012 多选,每小题 5 分,共 60 分)1.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为Ona 7NX。对式中 X、a、b 的判断正确的是 ( )A.X 代表中子,a=17,b=1B.X 代表电子,a=17,b=-1C.X 代表正电子,a=17,b=1D.X 代表质子,a=17,b=1【解析】选 C。根据质量数和电荷数守恒可得 16+1=a+0,8+0=7+b,解得 a=17,b=1,X 为e 故正确答案为 C。2.关于天然放射现象,下列
2、说法中正确的是 ( )A. 衰变说明原子核里有电子B.某原子核经过一次 衰变和两次 衰变后,核内中子数减少 4C.放射性物质的温度升高,其半衰期将缩短D. 射线的电离作用很强,可用来消除有害静电【解析】选 B。 衰变是原子核里一个中子转变为一个质子时放出一个电子。原子核里没有电子,A 错;经过一次 衰变和两次 衰变,电荷数(质子数)不变,质量数减少 4,即中子数减少 4,B 正确。半衰期只与原子核本身有关,与物理、化学状态无关,C 错; 粒子电离作用很强,可用来消除有害静电,D 错。3.表示放射性元素碘 131I) 衰变的方程是 ( )AISbHe BIXeeCIInDITeH【解析】选 B。
3、碘I)的原子核内一个中子放出一个电子变成一个质子,质量没有发生变化,核电荷数增加 1,所以生成 54 号元素Xe,放出一个电子,B 选项正确。4.有关核力的说法,正确的是 ( )2A.原子核中所有核子间都存在着核力B.中子不带电,中子之间没有相互作用力C.核力是短程力,作用范围在 1.510-15m 之内D.核力同万有引力没有区别,都是物体间的作用力【解析】选 C。核力具有饱和性,只有相邻的核子间才有核力作用,A 错;核力与核子间是否带电无关,质子与质子间,质子与中子间,中子与中子间都可以有核力作用,B 错;核力是短程力,只在 1.510-15m 内起作用,C 正确;核力是强相互作用的一种表现
4、,D 错。5.如果某放射性元素经过 x 次 衰变和 y 次 衰变,变成一种新原子核,则这个新原子核的质子数比放射性元素原子核的质子数减少 ( )A.2x+y B.x+y C.x-y D.2x-y【解析】选 D。每经过一次 衰变,电荷数减少 2,每经过一次 衰变,电荷数增加 1,故电荷数总的减少量为 2x-y,根据电荷数和质量数守恒,知 D 项正确。【补偿训练】下列说法中正确的是 ( )A.Ra 衰变为Rn 要经过 1 次 衰变和 1 次 衰变BPa 衰变为Th 要经过 1 次 衰变和 1 次 衰变CU 衰变为Rn 要经过 4 次 衰变和 2 次 衰变DU 衰变为Rn 要经过 4 次 衰变和 4
5、 次 衰变【解析】选 C。由Ra 变为Rn,质量数减少 4,电荷数减少 2,故发生一次 衰变,A错误Pa 变为Th,质量数没有变化,电荷数减少 1,应放出一个正电子,B 错误U变为Rn,质量数减少 16,发生 4 次 衰变,4 次 衰变减少电荷数为 8,实际减少 6,故发生 2 次 衰变,故 C 正确,D 错误。6.钍核Th,具有放射性,它放出一个电子衰变成镤核Pa),伴随该过程放出 光子,下列说法中正确的是 ( )A.该电子就是钍原子核外的电子B. 光子是衰变过程中钍核Th 辐射的C.因为衰变过程中原子核的质量数守恒,所以不会出现质量亏损3D.原子核的天然放射现象说明原子核是可分的【解析】选
6、 D。 衰变是原子核里一个中子转变为一个质子时放出的,A 错; 光子是在 衰变过程中由于具有多余的能量而放出的,B 错;质量数守恒与质量守恒是两个不同的概念,核反应中质量有亏损,而质量数是不变的,C 错;人类对原子核的探索,是从发现原子核放射性开始的,天然放射性说明原子核是可分的,D 正确。7.有下列五个核反应方程:ThPae UThHeNHeOH HHHenUnSrXe+1n对以上核反应分类如下,则分类正确的是 ( )选项衰变裂变聚变ABCD【解析】选 B。为 衰变,为 衰变,为人工转变,为聚变,为裂变,综上可知,B项正确。8.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
7、HCN+Q1H+NC+X+Q2,方程式中 Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核HHeHeCNN质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1下列关于 Q1,Q2说法正确的是 ( )A.X 是He,Q2Q1 B.X 是He,Q2Q1D.X 是He,Q2Q1,故 C 正确。9.当两个中子和两个质子结合成一个 粒子时,放出 28.30 MeV 的能量,当三个 粒子结合成一个碳(C)核时,放出 7.26 MeV 的能量,则当 6 个中子和 6 个质子结合成一个碳(C)核时,释放的能量约为 ( )A.21.04 MeV B.35.5
8、6 MeVC.77.64 MeVD.92.16 MeV【解析】选 D。6 个中子和 6 个质子可结合成 3 个 粒子,放出能量 328.30 MeV=84.90 MeV,3 个 粒子再结合成一个碳核,放出 7.26 MeV 能量,故 6 个中子和6 个质子结合成一个碳核时,释放能量为 84.90 MeV+7.26 MeV=92.16 MeV。10.一个质子和一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HnH+B.聚变反应中的质量亏损为 m1+m2-m3C.辐射出
9、的 光子能量为(m3-m1-m2)c2D.辐射出的 光子的波长为 =【解析】选 B、D。核反应方程为HnH+,A 错;质量亏损 m=m1+m2-m3,B 正确;辐射出的 光子能量为 E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C 错;由 E=得 =,故 D 正确。11.带电粒子进入云室会使云室中的气体分子电离,从而显示其运动轨迹。如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹,a 和 b 是轨迹上的两点,匀强磁场 B 垂直纸面向里。该粒子在运动时,其质量和电量不变,而动能逐渐减少,下列说法正确的是 ( )5A.粒子先经过 a 点,再经过 b 点B.粒子先经过 b 点,再经过 a 点C.粒子带负电D.粒
10、子带正电【解析】选 A、C。由 r=可知,粒子的动能越小,圆周运动的半径越小,结合粒子运动轨迹可知,粒子先经过 a 点,再经过 b 点,选项 A 正确;根据左手定则可以判断粒子带负电,选项C 正确。【总结提升】云室中带电粒子性质的判断方法(1)明确云室中匀强磁场的方向情况。(2)明确粒子运动过程中的不变量和变化量分别是什么物理量。(3)根据带电粒子在云室中的运动轨迹形状,判断带电粒子运动过程中曲率半径的变化情况。(4)根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式 r=及结合曲率半径的变化情况,以及运动过程中的 v、q、B 的变化情况,判断粒子的运动方向。(5)根据左手定则,判断出带电粒子的
11、电性。12.“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱。它将带着中国制造的月球车,在38 万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射,使得“月壤”中的He 含量十分丰富,科学家认为He 是发生核聚变的极好原料,将来He 也许是人类重要的能源,所以探测月球意义十分重大。关于He,下列说法正确的是 ( )6AHe 的原子核内有三个中子两个质子BHe 的原子核内有一个中子两个质子CHe 发生核聚变,放出能量,一定会发生质量亏损DHe 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起【解析】选 B、CHe 是氦元素的一种同位素,质量数是 3,电荷数是 2,原子核内有两个质子一个中子,所以
12、 A 错误,B 正确;发生核聚变放出能量就会有质量亏损,C 正确;原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的,而不是靠万有引力紧密结合在一起的,D 错误。二、计算题(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.(8 分)放射性元素C 射线被考古学家称为“碳钟”,可用它来测定古生物的年代,此项研究获得 1960 年诺贝尔化学奖。(1C 不稳定,易发生衰变,放出 射线,其半衰期为 5730 年。试写出有关的衰变方程。(2)若测得一古生物遗骸中C 的含量只有活体中的 12.5%,则此遗骸的年代距今约有多少年?【解析】(1)衰变方程为CNe (3 分)(2
13、)活体中C 含量不变,生物死亡后C 开始衰变,设活体中C 的含量为 m0,遗骸中为m,则由半衰期的定义得 m=m0( (3 分)即 0.125=(7解得 =3所以 t=3=17 190 年 (2 分)答案:(1CNe (2)17 190 年14.(8 分)在匀强磁场中有一个静止放置的放射性元素的原子核,当它放出一个 粒子后,它们的速度方向都与磁场方向垂直。若测得 粒子和反冲核的轨道半径之比为 441,如图所示。则反冲核的电荷数是多少?【解析】放射性元素的原子核放出 粒子的过程中动量守恒,由于初始动量为零,所以末态动量也为零,即 粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反,即p1=p2=p(2 分)q
14、vB=,R=,所以 粒子的半径:R1=(2 分)设反冲核的电荷量为 Q,则反冲核的半径:R2= (2 分)所以=,Q=88e。(2 分)即反冲核的电荷数是 88。答案:8815.(12 分)一个静止的铀核U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个 粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为 228.028 7 u)。(已知:原子质量单位 1 u=1.6710-27kg,1 u 相当于 931 MeV)(1)写出核衰变反应方程。8(2)算出该核衰变反应中释放出的核能。(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 粒子的动能,则钍核获得的动能有多大?【解析】(1UThH
15、e (2 分)(2)质量亏损 m=0.005 9 u (2 分)E=mc2=0.005 9931 MeV=5.49 MeV (2 分)(3)系统动量守恒,钍核和 粒子的动量大小相等,即pTh+(-p)=0pTh=p (2 分)EkTh=Ek= (2 分)EkTh+Ek=E(1 分)所以钍核获得的动能EkTh=E=E=0.09 MeV (1 分)答案:(1UThHe(2)5.49 MeV (3)0.09 MeV16.(12 分)如图所示,有界的匀强磁场磁感应强度为 B=0.05 T,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)
16、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9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。求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少?(取 1u=1.610-27kg,e=1.610-19C,结果保留三位有效数字)【解析】(1)Ra 比Rn 电荷数多 2 个,质量数多 4 个,则该衰变为 衰变,方程为RaRnHe(3 分)(2)衰变过程中释放的 粒子在磁场中做匀速圆周运动,半径 R=1.0m,由 2evB=得 粒子的速度 v= (2 分)衰变过程中系统动量守恒，RnHe 质量分别为 222 u、4u,则 222uv=4uv (2分)得Rn 的速度 v=v (2 分)释放的核能E= 222uv2+ 4uv2= (2 分)代入数据解得 E=2.0410-14J(1 分)答案:(1)RaRnHe (2)2.0410-14J