單元測評(四)原子核(時間：90分鐘滿分：100分)第Ⅰ卷(選擇題，共48分)一、選擇題(本題有12小題，每小題4分，共48分．)1．(多選題)關于威耳遜云室探測射線，下述正確的是()A．威耳遜云室內充滿過飽和蒸氣，射線經過時可顯示出射線運動的徑跡B．威耳遜云室中徑跡粗而直的是α射線C．威耳遜云室中徑跡細而長的是γ射線D．威耳遜云室中顯示粒子徑跡原因是電離，所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負解析：云室內充滿過飽和蒸氣，射線經過時把氣體電離，過飽和蒸氣以離子為核心凝結成霧滴，霧滴沿射線的路線排列，顯示出射線的徑跡，故A項正確；由于α粒子的電離本領大，貫穿本領小，所以α射線在云室中的徑跡粗而直，即B項正確；由于γ射線的電離本領很弱，所以在云室中一般看不到它的徑跡，而細長徑跡是β射線的，所以C項錯誤；把云室放在磁場中，由射線徑跡的彎曲方向就可以判斷射線所帶電荷的正負，所以D項錯誤．答案：AB2．(多選題)eq\o\al(228,88)Ra是鐳eq\o\al(226,88)Ra的一種同位素，對于這兩個鐳的原子而言，下列說法正確的有()A．它們具有相同的質子數和不同的質量數B．它們具有相同的中子數和不同的原子序數C．它們具有相同的核電荷數和不同的中子數D．它們具有相同的核外電子數和不同的化學性質解析：同位素具有相同的質子數不同的質量數，并且化學性質相同．答案：AC3．一塊含鈾的礦石質量為M，其中鈾元素的質量為m.鈾發生一系列衰變，最終生成物為鉛．已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有()A．經過兩個半衰期后這塊礦石中基本不再含有鈾了B．經過兩個半衰期后原來所含的鈾元素的原子核有m/4發生了衰變C．經過三個半衰期后，其中鈾元素的質量還剩m/8D．經過一個半衰期后該礦石的質量剩下M/2解析：經過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應該還有m/4；經過三個半衰期后還剩m/8；因為衰變產物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質量沒有太大的改變．答案：C\o\al(238,92)U衰變為eq\o\al(222,86)Rn要經過m次α衰變和n次β衰變，則m、n分別為()A．2,4 B．4,2C．4,6 D．16,6解析：由于β衰變不改變質量數，則m＝eq\f(238－222,4)＝4，α衰變使電荷數減少8，但由eq\o\al(238,92)U衰變為eq\o\al(222,86)Rn，電荷數減少6，說明經過了2次β衰變，故B項正確．答案：B5．(多選題)用蓋革—米勒計數器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數器與放射源之間，計數器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關于射線性質及它的半衰期的說法正確的是()A．放射源射出的是α射線B．放射源射出的是β射線C．這種放射性元素的半衰期是5天D．這種放射性元素的半衰期是天解析：因厚紙板能擋住這種射線，知這種射線是穿透能力最差的α射線，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數與單位時間內衰變的次數成正比，10天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數只有原來的四分之一，由半衰期公式知已經過了兩個半衰期，故半衰期是5天．答案：AC6．一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核的反應方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，此反應過程產生的質量虧損為Δm.已知阿伏伽德羅常數為NA，真空中的光速為c.若1mol氘和1mol氚完全發生核反應生成氦，則在這個核反應中釋放的能量為()\f(1,2)NAΔmc2 B．NAΔmc2C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2解析：一個氘核和一個氚核結合成一個氦核時，釋放出的能量為Δmc2,1mol的氘核和1mol的氚核結合成1mol的氦核釋放能量為NAΔmc2.答案：B7．在核反應方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋kX中()A．X是質子，k＝9 B．X是質子，k＝10C．X是中子，k＝9 D．X是中子，k＝10解析：235＋1＝90＋136＋10,92＋0＝38＋54＋0，說明X的電荷數是0，質量數是1，是中子，選項D正確．答案：D8．核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化，這是因為()A．原子核帶正電，電子帶負電，電荷間存在很大的庫侖力B．核子具有質量且相距很近，存在很大的萬有引力C．核子間存在強大的核力D．核子間存在著復雜磁力解析：核反應中核能的變化是因為核子間存在著特別強大的核力，不是因為萬有引力，也不是因為庫侖力或磁場力，這些力與核力相比都很小，故僅C正確．答案：C9．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近()A．1036kg C．1013kg 解析：根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(E,c2)＝eq\f(4×1026,3×108)kg≈109kg.答案：D10．太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數目只有理論的三分之一，后來科學家發現中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子．若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向()A．一定與μ子同方向B．一定與μ子反方向C．一定與μ子在同一直線上D．不一定與μ子在同一直線上解析：中微子衰變成μ子和τ子，滿足動量守恒，μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，τ子必定也在這條直線上．答案：C11．14C測年法是利用14C衰變規律對古生物進行年代測定的方法．若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質量，m0為t＝0時14 A B C D解析：據半衰期的計算公式知，經時間t，剩余的14C的質量為m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)，對應圖象為一指數函數圖象，C選項符合題意．答案：C12．(多選題)用質子轟擊鋰核(73Li)生成兩個α粒子，以此進行有名的驗證愛因斯坦質能方程的實驗．已知質子的初動能是MeV，質子、α粒子和鋰核的質量分別是3u、5u和0u．已知1u相當于MeV，則下列敘述中正確的是()A．此反應過程質量減少3uB．生成的兩個α粒子的動能之和是MeV，與實驗相符C．核反應中釋放的能量是MeV，與實驗相符D．若生成的兩個α粒子的動能之和是MeV，與實驗相符解析：此反應的質量虧損Δm＝3u＋0u－2×5u＝3u，釋放的能量ΔE＝Δm×MeV＝MeV，故A項錯，C項正確；由能量守恒可知，釋放的能量ΔE及反應前質子的動能轉化成兩個α粒子的總動能，Ek＝MeV＋MeV＝MeV，故B項錯，D項正確．答案：CD第Ⅱ卷(非選擇題，共52分)二、計算題(本題有4小題，共52分．解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數值計算的題，答案中必須明確寫出數值和單位)13．(10分)“原子質量單位”是原子物理中常用的一個特殊單位，符號為u,1u＝6×10－27kg.已知12C原子的質量是000u，一個12C解析：6個中子的總質量6mn＝6×665u＝990u(2分)6個氫原子的總質量6mH＝6×825u＝950u(2分)中子和氫原子的質量和6mn＋6mH＝940u(2分)12C原子核的質量mC＝質量虧損Δm＝6mn＋6mH－mC＝940u＝×10－28kg12C原子核的結合能ΔE＝Δmc2＝×10－28×(3×108)2J＝×10－11答案：×10－1114．(13分)eq\o\al(3,1)H的質量是050u，質子的質量是277u，中子質量是665u．求：(1)一個質子和兩個中子結合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結合能和比結合能各是多少？(3)如果這些能量是以光子形式放出，則光子的頻率是多少？解析：(1)一個質子和兩個中子結合成氚核的反應方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，(2分)反應前各核子總質量為mp＋2mn＝277u＋2×665u＝607u，反應后新核的質量為mH＝050u，質量虧損為Δm＝607u－050u＝557u．(2分)因反應前的總質量大于反應后的總質量，故此核反應為放能反應．(1分)釋放的核能為ΔE＝557×MeV＝MeV.(2分)(2)氚核的結合能即為ΔE＝MeV，(1分)它的比結合能為eq\f(E,3)＝MeV.(2分)(3)放出光子的頻率為ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f×106××10－19,×10－34)Hz＝×1021Hz.(3分)答案：(1)放出能量MeV(2)MeVMeV(3)×1021Hz15．(14分)在茫茫宇宙空間存在大量宇宙射線，對航天員構成了很大的威脅，現有一束射線(含有α、β、γ三種射線)，(1)在不影響β和γ射線的情況下，如何用最簡單的方法除去α射線；(2)余下的這束射線經過如圖所示的一個使它們分開的磁場區域，請畫出β和γ射線進入該磁場區域后軌跡的示意圖．(3)用磁場可以區分β和γ射線，但不能把α射線從γ射線束中分離出來，為什么？(已知α粒子的質量約是β粒子質量的8000倍，α射線速度約為光速的十分之一，β射線速度約為光速)．解析：(1)由于α射線貫穿能力很弱，用一張紙放在射線前即可除去α射線．(4分)(2)β射線帶負電，由左手定則可知向上偏轉，γ射線方向不變，軌跡如圖所示．(4分)(3)α粒子和電子在磁場中偏轉，據R＝eq\f(mv,Bq)，對α射線R1＝eq\f(mαvα,Bqα)，對β射線R2＝eq\f(mβvβ,Bqβ)，故eq\f(R1,R2)＝eq\f(mαvαqβ,mβvβqα)＝400.(4分)α射線穿過此磁場時，半徑很大，幾乎不偏轉，故與γ射線無法分離．(2分)答案：(1)用一張紙放在射線前即可除去α射線(2)見解析圖(3)α射線的圓周運動的半徑很大，幾乎不偏轉，故與γ射線無法分離．16．(15分)一個靜止的氮核eq\o\al(14,7)N俘獲一個速度為×107m/s的中子生成一個復核A，A又衰變成B、C兩個新核．設B、C的速度方向與中子速度方向相同，B的質量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一勻強磁場中做圓周運動的半徑比為RB∶RC＝11∶(1)C核的速度大小；(2)根據計算判斷C核是什么核；(3)寫出核反應方程．解析：(1)設中子的質量為m，則氮核的質量為14m，B核的質量為11m，C核的質量為4m，根據動量守恒可得：mv0＝11mvB＋4m代入數值解得vC＝3×106(2)根據帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑公式：R＝eq\f(mv,qB)可得：eq\f(RB,RC)＝eq\f(mBvBqC,mCvCqB)＝eq\f(11,30)(3分)所以eq\f(qC