第十九章检测(B)(时间：90分钟 满分：100分)一、选择题(此题包含10小题,每题4分,共40分在每题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)1.以下关于原子和原子核的说法准确的是( )A.β衰变现象说明电子是原子核的组成局部B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析：β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的,选项A错误;玻尔的基本假设是轨道、能量都是量子化的,选项B准确;半衰期由原子核的内部因素决定,跟元素的化学状态、温度、压强等因素均无关,选项C错误;比结合能越大,表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定,选项D错误答案：B2.在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度,其检测装置由放射源、探测器等构成,如下图该装置中探测器接收到的是( )A.X射线 B.α射线 C.β射线 D.γ射线解析：α、β、γ三种射线的穿透水平不同,α射线不能穿过钢板,β射线只能穿过3 mm厚的铝板,而γ射线能穿透钢板,应选项D准确,选项A、B、C错误。
答案：D3.(2018·全国卷Ⅲ)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核 1327Al,产生了第一个人工放射性核素X：α+1327Al→n+XX的原子序数和质量数分别为( )A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31解析：将核反应方程式改写成 24He+1327Al→01n+X,由电荷数和质量数守恒知,X应为 1530X答案：B4.1938年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线以下关于这个实验的说法准确的是( )A.这个实验的核反应方程是 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+01nB.这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C.这个反应中释放出的能量能够用爱因斯坦光电效应方程来计算D.实验中产生的γ射线,其穿透水平极强解析：根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程应为 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,选项A错误;铀核裂变过程中产生γ射线,放出能量,发生质量亏损,释放的能量根据爱因斯坦质能方程计算,选项B、C错误;核反应中产生的γ射线,穿透水平极强,是能量极高的光子,选项D准确。
答案：D5.宇宙诞生过程中,产生如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子;②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核;③夸克、轻子、胶子等粒子;④质子和中子等强子;⑤电子、质子、氦核的混合电离气体;⑥电子、质子复合成为中性氢原子根据宇宙大爆炸理论,以上粒子形成的先后顺序是( )A.①②③④⑤⑥ B.③①④②⑤⑥C.③④①②⑤⑥ D.①③④②⑥⑤解析：根据宇宙大爆炸理论,宇宙形成之初是粒子家族,其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子,然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化,应选项C准确答案：C6.(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为 92238U→90234Th+24He下列说法准确的是 ( )A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：静止的原子核在衰变前后动量守恒,由动量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小,选项B准确;而动能Ek=p22m,因为钍核的质量(m1)大于α粒子的质量(m2),故二者动能不等,选项A错误;铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间,而不是放出一个α粒子所经历的时间,选项C错误;原子核衰变前后质量数守恒,衰变时放出核能,质量亏损,选项D错误。
答案：B7.物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得准确的科学认知,推动物理学的发展以下说法符合事实的是( )A.赫兹通过一系列实验,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B.查德威克用α粒子轰击 714N获得反冲核 812O,发现了中子C.贝克勒尔发现的天然放射性现象,说明原子核有复杂结构D.卢瑟福通过对阴极射线的研究,提出了原子核式结构模型解析：查德威克通过用α粒子轰击铍核的实验发现了中子,选项B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,选项D错误答案:AC8.三个原子核X、Y、Z,X核放出一个正电子后变为Y核,Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(24He)则下面说法正确的是( )A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍解析:设原子核X的符号为 baX, baX→10e+ b-1 aY,则原子核Y为 b-1 aY,11H+b-1 aY→24He+b-2a-3Z,故原子核Z为 b-2a-3Z,故选项A、B错误,选项C、D准确答案:CD9.未经恰当处理的核废料对环境有严重的污染其原因有 ( )A.铀、钚等核废料有放射性B.铀、钚等核废料的半衰期很短C.铀、钚等重金属有毒性D.铀、钚等核废料会造成爆炸解析:放射性对人体组织、生物都是有害的,核废料的主要污染作用是其放射性,且其半衰期长,在很长时间内都具有放射性,另外核废料中有大量重金属,但不会自发爆炸,所以选项A、C准确。
答案:AC10.正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是:将放射性同位素 815O注入人体,815O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像根据PET的原理,下列选项正确的是( )A.815O的衰变方程式是 815O→715N+10eB.正、负电子湮灭方程式是 10e+-1 0e→2γC.在PET中,815O的半衰期随压强的增大而变短D.在PET中,815O的主要用途是参与人体的代谢过程解析:根据质量数守恒与电荷数守恒可知,815O的衰变方程式是 815O→715N+10e,故A准确;正、负电子湮灭生成两个光子,故B准确;放射性元素的半衰期是由元素本身的性质决定的,与外界环境的因素无关,故C错误;在PET中,815O的主要用途是作为示踪原子,故D错误答案:AB二、填空题(此题包含2小题,共20分)11.(10分)放射性元素 84210Po衰变为 82206Pb,此衰变过程的核反应方程是_____________;用此衰变过程中发出的射线轰击 919F,可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子,此核反应过程的方程是____________。
解析:核反应过程中,质量数和电荷数守恒,则有 84210Po→ 82206Pb+24He;24He+919F→1022Ne+11H答案: 84210Po→82206Pb+24He 24He+919F→1022Ne+11H12.(10分)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出中微子的性质十分特别,所以在实验中很难探测1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子与水中 11H的核反应,间接地证实了中微子的存在1)中微子与水中的 11H发生核反应,产生中子(01n)和正电子(+1 0e),即中微子+11H→01n++1 0e能够判定,中微子的质量数和电荷数分别是 填写选项前的字母) A.0和0 B.0和1C.1和0 D.1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体后,能够转变为两个光子(γ),即 +1 0e+-1 0e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg,反应中产生的每个光子的能量约为 J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是 解析:(1)根据方程的质量数与电荷数守恒,判断出中微子的质量数与电荷数均为零。
2)利用质能方程可得出每个光子的能量,正电子与电子相遇遵循动量守恒,不可能只转化为一个光子答案:(1)A (2)8.19×10-14 遵循动量守恒三、计算题(此题包含4小题,共40分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤只写出最后答案的不得分有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)13.(8分)在天体演变过程中,红巨星发生“超新星爆炸”后,能够形成中子星(电子被迫同原子核中的质子结合而形成中子),中子星具有极高的密度1)写出质子演变成中子的反应方程;(2)若已知某中子星的密度为1017 kg/m3,该中子星的卫星绕它做圆轨道运动,试求该中子星的卫星运行的最小周期解析:(1)11H+-1 0e→01n2)如下图,设中子星的卫星圆轨道半径为R,质量为m,由万有引力提供向心力,可得GMmR2=4π2mRT2 又当R=R'(中子星的半径)时,卫星运行周期最小,注意到M=43πR'3ρ,由此可得Tmin=1.2×10-3 s答案:(1)11H+-1 0e→01n (2)1.2×10-3 s14.(10分)碳原子的质量是12.000 0 u,能够看成是由6个氢原子(质量为1.007 8 u)和6个中子(质量为1.008 7 u)组成的,求碳原子的比结合能。
1u=931.5MeVc2解析:6个氢原子和6个中子的总质量为m1=(1.007 8×6+1.008 7×6) u=12.099 0 u,碳原子的质量m2=12.000 0 u6个氢原子和6个中子结合为碳原子时质量亏损为Δm=(12.099 0-12.000 0) u=0.099 0 u由质能方程ΔE=Δmc2可得结合能为ΔE=0.099 0×931.5 MeV=92.218 5 MeV所以比结合能为92.218 5MeV12≈7.685 MeV答案:7.685 MeV15.(10分)有一座发电水平为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%核反应堆中发生的裂变反应为92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11 J, 92235U的质量mU=3.90× 10-25kg求每年(1年=3.15×107 s)消耗的 92235U的质量解析:反应堆每年提供的核能E总=PTη,其中T表示1年的时间,以m'表示每年消耗的 92235U的质量,得m'∶mU=E总∶ΔE,解得m'=mUPTηΔE代入数据得m'≈1.10×103 kg。
答案:1.10×103 kg16.(12分)如下图,静止在匀强磁场中的 36Li核俘获一个速度为v0=7.7×104m/s 的中子而发生核反应 36Li+ 01n→13H+24He若已知 24He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向跟中子反应前的速度方向相同,则:(1)13H的速度为多大?(2)在图中画出粒子 13H和 24He的运动轨迹,并求它们的轨道半径之比;(3)当 24He旋转了3周时,粒子 13H旋转了几周?解析:这是一个核反应跟动量守恒及洛伦兹力相结合的问题1)36Li核俘获 01n的过程中,系统动量守恒mnv0=mHv1+mHev2所以v1=mnv0-mHev2mH代入数据得v1=-1.0×103 m/s,负号表示跟v0的方向相反2)运动轨迹如图所示,13H和 24He在磁场中的半径之比为rH∶rHe=mHv1Bq1∶mHev2Bq2代入数据得rH∶rHe=3∶403)13H和 24He的周期之比为TH∶THe=2πmHBq1∶2πmHeBq2代入数据得TH∶THe=3∶2所以它们的转动周数之比为2∶3,当α粒子转动3周时,氚核转动2周答案:(1)1.0×103 m/s (2)运动轨迹见解析 (3)2周。