新人教版高中物理选修35第十九章《原子核》综合评估.docx

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新人教版高中物理选修35第十九章《原子核》综合评估

第十九章《原子核》综合评估

对应学生用书P63　　　　　　　　　　　　　　　　

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50分）

一、选择题（每小题5分，共50分。

其中1～6题为单选，7～10题为多选）

1．正电子发射型计算机断层显像（PET）的基本原理是：

将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像。

则根据PET原理判断下列表述错误的是（　　）

A.O在人体内衰变方程是O→N＋e

B．正、负电子湮灭方程是e＋e→2γ

C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子

D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢

答案　D

解析　由题意知A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C正确、D错误，所以选D。

2．由下图可得出结论（　　）

A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量

B．质子和中子的质量之和等于氘核的质量

C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量

D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量

答案　C

解析　该反应是吸能反应，所以两个核子质量之和大于氘核的质量。

故选C。

3．将半衰期为5天的铋64g分成4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；（4）与别的元素形成化合物。

经10天后，4种情况剩下铋的质量分别为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，因此10天后4份铋剩余的质量完全相同，故A正确。

4．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．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的

答案　C

解析　链式反应需要条件，铀块的体积必须大于临界体积，A错误；铀238就不能裂变，B错误；由于太阳质量减小，对地球的万有引力也就减小，地球做离心运动，C正确；α粒子散射实验说明了核式结构，D错误。

5．如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是（　　）

A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量

B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量

C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量

D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量

答案　C

解析　因B、C核子平均质量小于A核子的平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可知B、D错误，C正确。

6．下列说法正确的是（　　）

A．研制核武器的钚239（Pu）由铀239（U）经过4次β衰变而产生

B．发现中子的核反应方程是Be＋He→6C＋n

C．20g的U经过两个半衰期后其质量变为15g

D.U在中子轰击下，生成Sr和Xe的核反应前后，核子总数减少

答案　B

解析　由质量数和电荷数守恒知Pu是由U经过2次β衰变而产生的，故A错误。

20g的U经过两个半衰期后其质量变为5g，故C错误。

U在中子轰击下，生成Sr和Xe的同时产生10个中子，核子总数守恒，故D错误。

发现中子的核反应方程是Be＋He→6C＋n，故B正确。

7．下列说法正确的是（　　）

A．发生α衰变时，新核比原来的原子核中子数少2

B．发生β衰变时，新核比原来的原子核质量数少1

C．γ射线是能量很高的电磁波，具有很强的穿透能力

D．任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和（氢核除外）

E．重核的平均结合能比中等质量核的大，当其裂变成中等质量的核时会放出核能

答案　ACD

解析　发生α衰变时，产生的α射线（He）中，中子数为2，故新核比原来的原子核中子数少2，故A正确。

发生β衰变的实质是n→H＋e，故新核和原来的原子核质量数相同，故B错误。

γ射线是能量很高的电磁波，具有很强的穿透能力，故C正确。

任何一个原子核（氢核除外）的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，故核子结合成原子核释放能量，故D正确。

重核的平均结合能比中等质量核的小，当其裂变成中等质量的核时会放出核能，故E错误。

8．用α粒子轰击铍核Be，生成一个碳核C和一个粒子，则该粒子（　　）

A．带正电，能在磁场中发生偏转

B．在任意方向的磁场中都不会发生偏转

C．电离本领特别弱，是原子核的组成部分之一

D．用来轰击铀235可引起铀核的裂变

答案　BCD

解析　根据电荷数、质量数守恒，可得该粒子为中子，所以A错误，B、C、D正确。

9．下列说法正确的是（　　）

A.U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂变反应方程

B．原子核内某一核子与其他核子间都有核力的作用

C．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线，且γ射线穿透能力最强

D．核泄漏事故污染物铯（Cs）137能够产生对人体有危害的辐射，其衰变方程为Cs→Ba＋x，由方程可判断x是电子

E．原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量

答案　ADE

解析　U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂变反应方程，A正确。

原子核中只有相邻核子间有核力作用，B错误。

一个原子核在一次衰变中可同时放出α、γ射线，或β、γ射线，且γ射线穿透能力最强，C错误。

Cs→Ba＋x，由质量数和电荷数守恒知x为电子，D正确。

原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量，放出能量，E正确。

10．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”。

设可控热核反应前氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，反应后氦核的质量为m3，中子的质量为m4。

已知光速为c。

下列说法正确的是（　　）

A．这种装置中发生的反应方程式是H＋H→He＋n

B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4

C．核反应释放的能量为（m1＋m2－m3－m4）c2

D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用的核装置的核反应原理是相同的

答案　AC

解析　由核反应的反应物、生成物及电荷数和质量数守恒可知A正确；质量数守恒不是质量守恒，这一核聚变反应过程要释放大量的能量，有质量亏损，B错误；由质能方程知C正确；大亚湾核电站所使用的核装置是利用核的裂变反应原理，D错误。

第Ⅱ卷　（非选择题，共50分）

二、填空题（共16分）

11．（4分）某原子核X经过2次α衰变，4次β衰变后变为Y，那么n与p的数学关系式为________，m与q的数学关系式为________。

答案　n＝p＋8　m＝q

解析　依题意写出X衰变为Y的方程式X→Y＋2He＋4e；根据质量数和电荷数守恒分别得n＝p＋8，m＝q。

12．（6分）已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，He核的质量为3.0150u。

两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子。

（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV，除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍）

（1）写出该核反应的反应方程式：

________________________。

（2）该核反应释放的核能是________。

（3）若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则氦核的动能是________MeV。

答案　

（1）H＋H→He＋n

（2）3.26MeV　（3）1.04

解析　

（1）核反应方程为：

H＋H→He＋n。

（2）质量亏损为：

Δm＝2.0136×2u－（3.0150u＋1.0087u）＝0.0035u

释放的核能为：

ΔE＝Δmc2＝931.5×0.0035MeV≈3.26MeV。

（3）设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，反应前两个氘核的动量之和为零，反应后中子和He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得

0＝m1v1－m2v2

＝＝＝3

E2＝E1＝1.04MeV。

13．（6分）

（1）放射性物质Po和Co的核衰变方程为：

Po→Pb＋X1'Co→Ni＋X2

方程中的X1代表的是______，X2代表的是______。

（2）如图所示，铅盒内装有能释放α、β和γ射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B，在图a、b中分别画出射线运动轨迹的示意图。

（在所画的轨迹上须标明是α、β和γ射线中的哪种射线）

答案　

（1）α粒子　电子

（2）如下图所示。

解析　

（1）由质量数守恒，核电荷数守恒可判断X1为He，α粒子；X2为e，电子。

（2）α粒子是He的原子核，带正电，β射线是电子流，带负电，γ射线是电磁波，不带电，它们射入电、磁场，由受力分析可得运动轨迹示意图，见答案图。

三、计算题（共34分）

14．（10分）中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。

现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核，使之分解。

用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？

答案　γ＋H→p＋n　[E－（mp＋mn－mD）c2]

解析　核反应方程是：

γ＋H→p＋n

上述核反应因质量增加吸收的能量为：

ΔE＝（mp＋mn－mD）c2

质子和中子获得的总动能是：

E－ΔE

所以中子的动能为：

Ekn＝（E－ΔE）＝[E－（mp＋mn－mD）c2]。

15．（12分）氘核与氚核的聚变反应：

H＋H→He＋n＋17.6×106eV，已知电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，求：

（1）这一过程的质量亏损是多少千克？

（2）1g氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？

（阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1）

答案　

（1）3.13×10－29kg'

（2）8.45×1011J

解析　

（1）Δm＝＝kg

≈3.13×10－29kg。

（2）氘的摩尔质量为2×10－3kg/mol，则1g氘核的数目为n＝NA＝×6.0×1023＝3×1023（个），这些氘完全反应共释放的能量为：

E＝nΔE＝3×1023×17.6×106×1.6×10－19J

≈8.45×1011J。

16．（12分）用中子轰击锂核（Li）发生核反应，生成氚核和α粒子，并放出4.8MeV的能量。

（1）写出核反应方程；

（2）求出质量亏损；

（3）若中子与锂核是以等值反向的动量相碰，则α粒子和氚核的动能之比是多少？

答案　

（1）Li＋n―→H＋He＋4.8MeV

（2）0.0052u　（3）3∶4　（4）2.06MeV

解析　

（1）核反应方程为

Li＋n―→H＋He＋4.8MeV。

（2）根据质能方程ΔE＝Δm×931.5MeV，有：

Δm＝u≈0.0052u。

（3）当中子与锂核以等值反向的动量相碰时，由动量守恒定律得：

mαvα＋mHvH＝0，

则Ekα∶EkH＝∶

＝mH∶mα＝3∶4。