综合检测4
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综合检测(四) 第十九章 原子核 (分值:100分 时间:60分钟) 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.) 1.下列说法中正确的是( ) A.太阳是宇宙的中心 B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星 C.太阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星还有彗星组成的 D.太阳最终会变为中子星 【解析】 太阳系中以太阳为中心,有八大行星绕太阳运行,有的行星还有卫星,此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等,所以叙述较完整的是C项.通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星,太阳系的组成中还有小行星和彗星.天体物理的研究表明,当恒星质量是太阳质量的1.422倍,最终整个恒星成为中子星,故D错. 【答案】 C 2.由图1所示可得出结论( )
图1 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 【解析】 由图可以看出,氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的,因此两个核子质量之和大于氘核的质量,C正确. 【答案】 C 3.(2014·北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3,当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)( ) A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2 【解析】 本题考查质能方程,对于Δm的计算是关键. 由质能方程ΔE=Δmc2,其中Δm=m1+m2-m3 可得ΔE=(m1+m2-m3)c2,选项C正确. 【答案】 C 4.10 5B俘获1个α粒子,生成13 7N,放出x粒子,而13 7N是不稳定的,它放出y粒子变成13 6C,那么x粒子和y粒子分别为( ) A.中子和正电子 B.中子和电子 C.质子和正电子 D.质子和中子 【解析】 根据题意,写出该核反应的方程式为10 5 B+42He→13 7 N+x,13 7 N→13 6 C+y,由核反应中的电荷数和质量数守恒分别得x、y的电荷数、质量数为Zx=5+2-7=0,Ax=10+4-13=1,Zy=7-6=1,Ay=13-13=0,因此,x为中子,y为正电子. 【答案】 A 5. 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(222 86Rn),由于衰变它放出一个粒子,此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆,大圆与小圆的直径之比为42∶1,如图2所示,那么氡核的衰变方程应为 ( )
图2 A.22286Rn―→22287Fr+ 0-1e B.22286Rn―→21884Po+42He C.22286Rn―→22285At+01e D.22286Rn―→22085At+21H 【解析】 原子核衰变过程中动量守恒,所以粒子与反冲核的动量等大反向,由径迹为外切圆可知,放出的粒子一定带正电,A错误;
由R=mvBq得:q反冲核∶q粒子=42∶1,又q反冲核+q粒子=86e,故q反冲粒=84e,q粒子=2e,只有B正确. 【答案】 B 6.下列说法正确的是( ) A.康普顿发现了电子 B.卢瑟福提出了原子的核式结构模型 C.贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象 D.伦琴发现了X射线 【解析】 1897年汤姆孙发现了电子;1911年卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型;贝可勒尔发现铀和含铀矿物的天然放射现象;伦琴发现了X射线.故B、C、D正确,A项错误. 【答案】 BCD 7.锌对人体的新陈代谢起着重要作用,在儿童生长发育时期测量其体内含锌量已成为体质检查的重要内容之一.取儿童的头发约50 mg,放在反应堆中经中子照射后,头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的锌的同位素,其反应方程式为6430Zn+10n―→6530Zn.6530Zn衰变放射出能量为115 MeV的γ射线,通过γ射线强度的测定可以计算出头发中锌的含量.关于以上叙述,下列说法正确的是( ) A.6430Zn和6530Zn有相同的核子数 B.6430Zn和6530Zn有相同的质子数 C.γ射线是由锌原子的内层电子激发的 D.γ射线在真空中传播的速度是3×108 m/s 【解析】 6430Zn和6530Zn质子数都是30,中子数分别为34和35,γ射线是原子核受激产生的高频电磁波,传播速度等于光速3×108 m/s. 【答案】 BD 8. 如图3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( )
图3 A.射到b点的可能是α射线 B.射到b点的一定是β射线 C.射到b点的一定是α射线或β射线 D.射到b点的一定是γ射线 【解析】 γ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α射线沿直线前进,也可以使带负电的β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α粒子的
速度大约为β粒子的110.故当α粒子满足Eq=Bvq时,β粒子的洛伦兹力一定大于电场力,射到b点,当β粒子满足Eq=Bvq时,α粒子因其速度小,一定有电场力大于洛伦兹力,α粒子射到b点,故A、C正确. 【答案】 AC 二、非选择题(本题共4小题,共52分.计算题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.) 9.(10分)1919年卢瑟福通过如图4所示的实验装置,第一次完成了原子核的人工转变,并由此发现______.图中A为放射源发出的______粒子,B为________气.完成该实验的下面核反应方程:________+__________→17 8O+________.
图4 【解析】 人类第一次完成原子核的人工转变的实验,是用α粒子轰击氮核发现质子的实验,由此可知,该实验发现了质子,图中A为α粒子,B为氮气,其核反应方程为42He+14 7N→17 8O+11H. 【答案】 质子 α 氮 42He 14 7N 11H 10.(12分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,它可以用来判定古生物体的年代,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后,会形成很不稳定的14 6C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5 730年.试写出此衰变的核反应方程. (2)若测得一古生物遗骸中的14 6C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸距今约有多少年? 【解析】 (1)此衰变的核反应方程: 14 7 N+10n→14 6 C+11H
14 6 C→14 7 N+0-1e.
(2)活体中的14 6 C含量不变,生物死亡后,遗骸中的14 6 C按其半衰期变化,设活体中14 6C的含量为N0,遗骸中的14 6C含量为N,由半衰期的定义得:
N=(12)tτN0,即0.125=(12)tτ.
所以tτ=3,τ=5 730年,t=17 190年. 【答案】 (1)14 7 N+10n→14 6 C+11H 14 6 C→14 7 N+0-1e (2)17 190年 11.(14分)氘核与氚核的聚变反应:21H+31H→42He+10n+17.6×106eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,求: (1)这一过程的质量亏损是多少千克? (2)1 g氘核完全参与上述反应,共释放多少核能?(阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1)
【解析】 (1)Δm=ΔEc2=17.6×106×1.6×10-193×1082 kg=3.13×10-29 kg. (2)氘的摩尔质量为2×10-3 kg/mol,则1 g氘核的数目为 n=mHMNA=12×6.0×1023=3×1023(个),这些氘完全反应共释放的能量为 E=nΔE=3×1023×17.6×106×1.6×10-19 J=8.45×1011J. 【答案】 (1)3.13×10-29kg (2)8.45×1011J 12.(16分)设有钚的同位素离子23994Pu静止在匀强磁场中,该离子沿与磁场垂直的方向射出α粒子以后,变成铀的一个同位素离子,同时放出能量为E=0.09 MeV的光子. (1)试写出这一过程的核衰变方程. (2)光子的波长为多少? (3)若不计光子的能量,则铀核与α粒子在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU为多少? (4)若不计光子的动量,则α粒子的动能为多少?(钚核质量m1=238.999 65 u,铀核质量m2=234.993 470 u,α粒子的质量为m3=4.001 509 u,h=6.63×10-34J·s,1 u相当于931.5 MeV) 【解析】 (1)核衰变过程为:23994Pu―→23592U+42He
(2)由E=hν=hcλ可得光子的波长
λ=hcE=6.63×10-34×3×1080.09×106×1.6×10-19m
=1.38×10-11m (3)设衰变后,铀核速度为v2,α粒子的速度为v3,根据动量守恒有m2v2-m3v3=0,
可见RαRU=m3v3m2v2·q2q3=461. (4)由能量守恒定律知,铀核与α粒子的总动能Ek=EkU+Ekα=931.5×(m1-m2-m3)-E=4.261 MeV.