第五章過關檢測(時間:90分鐘　滿分:100分)一、選擇題Ⅰ(本題共7小題,每小題4分,共28分。每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,不選、多選、錯選均不得分)1.下列有關原子結構和原子核的認識正確的是(　　)A.γ射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后,其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變DBi的半衰期是5天,100個Bi經(jīng)過10天后還剩下25個答案:B解析:γ射線是光子流,選項A錯誤;氫原子輻射光子后,從高軌道躍遷到低軌道,其繞核運動的電子速度增大,動能增大,選項B正確;太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變,選項C錯誤;半衰期是對大量原子核得出的統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)原子核不適用,選項D錯誤。2.下列表述正確的是(　　)A.HeNO+X, X表示HeBHHen是重核裂變的核反應方程C.放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)無關D.β衰變中放出的β射線是核外電子掙脫原子核的束縛而形成的答案:C解析:根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為1,質(zhì)量數(shù)為1,則X為質(zhì)子,故選項A錯誤H+HHen是輕核聚變的核反應方程,故選項B錯誤;放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)無關,故選項C正確;β衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子,電子釋放出來,故選項D錯誤。3.輕核的聚變反應會釋放大量的能量,同時聚變產(chǎn)物一般不會污染環(huán)境,是人類獲得能源的理想方式。關于核聚變反應方程Hn,下列說法正確的是(　　)A.該反應質(zhì)量數(shù)守恒,沒有質(zhì)量虧損BH和H中子數(shù)相同CH比He更穩(wěn)定DH核的比結合能比He核的小答案:D解析:核反應質(zhì)量數(shù)守恒,但反應釋放核能,有質(zhì)量虧損,故選項A錯誤H和H質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同,故選項B錯誤He核的比結合能比H核和H核的都大,故He核比H核和H核都穩(wěn)定,故選項C錯誤,D正確。4.產(chǎn)生碘131的一種方式為nI+Y+3X 。已知I、Y、n的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4,真空中的光速為c。下列說法正確的是(　　)A.方程中的X表示質(zhì)子B.方程中的X表示電子C.核反應中質(zhì)量虧損Δm=m1+m4-m2-m3D.核反應中釋放的核能ΔE=(m1-m2-m3-2m4)c2答案: D解析:由nIY+3X反應式,設X的質(zhì)量數(shù)為A、電荷數(shù)為Z,再根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒有235+1=131+102+3A,質(zhì)子數(shù)守恒有92+0=53+39+3Z,解得A=1,Z=0,即X為中子,選項A、B錯誤;由題意可知,核反應中質(zhì)量虧損Δm=m1+m4-m2-m3-3m4=m1-m2-m3-2m4,核反應中釋放的核能 ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m4)c2,選項C錯誤,D正確。5.一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.028 7 u)。已知1 u相當于931.5 MeV的能量,則(　　)A.釋放出的核能約為5.50 MeVB.核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒C.鈾核U的比結合能大于釷核Th的比結合能D.若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動能,則α粒子的動能小于釷核的動能答案:A解析:核反應中質(zhì)量虧損 Δm=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u,根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可知釋放出的核能 ΔE=0.0059×931.5MeV=5.50MeV,選項A正確;核反應過程中系統(tǒng)動量守恒,能量也守恒,選項B錯誤;鈾核U衰變過程釋放能量,生成的釷核Th更穩(wěn)定,比結合能大于鈾核的比結合能,選項C錯誤;衰變的過程中系統(tǒng)動量守恒,釷核和α粒子的動量p大小相等,又mα<mTh,根據(jù)Ek=mv2=可知 Ekα>EkTh,選項D錯誤。6.放射性元素氡Rn)經(jīng)α衰變成為釙Po,半衰期為3.8天;但勘測表明,經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后,目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石,其原因是(　　)A.目前地殼中的Rn主要來自其他放射元素的衰變B.在地球形成的初期,地殼中元素Rn的含量足夠高C.當衰變產(chǎn)物Po積累到一定量以后Po的增加會減慢Rn的衰變進程DRn主要存在于地球深處的礦石中,溫度和壓力改變了它的半衰期答案:A解析:目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石,其原因是目前地殼中的Rn主要來自其他放射元素的衰變,選項A正確,B、C錯誤;半衰期的大小與溫度、壓力無關,由原子核內(nèi)部因素決定,選項D錯誤。7.下列說法正確的是(　　)A.氫彈是利用鏈式反應制成的B.溫度升高會改變元素的半衰期C.太陽能來源于太陽內(nèi)部核裂變時釋放的核能D.核反應堆是利用重核裂變反應制成的答案:D解析:原子彈是利用鏈式反應制成的,氫彈是利用輕核聚變反應制成的,選項A錯誤;溫度升高不會改變元素的半衰期,選項B錯誤;太陽能來源于太陽內(nèi)部核聚變時釋放的核能,選項C錯誤;核反應堆是利用重核裂變反應制成的,選項D正確。二、選擇題Ⅱ(本題共3小題,每小題4分,共12分。每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)8.下列說法正確的是(　　)A.盧瑟福的α粒子散射實驗揭示了原子核有復雜的結構BTh衰變成Pb需要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變C.β衰變中產(chǎn)生的β射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的D.升高放射性物質(zhì)的溫度,不可縮短其半衰期答案:BD解析:盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結構學說,即原子有復雜的結構,故選項A錯誤;設Th經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變后變?yōu)?/span>Pb,則ThPb+He+e,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得232=208+4x,90=82+2x-y,解得x=6,y=4,故選項B正確;β衰變中產(chǎn)生的β射線實際上是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子而放出的電子,故選項C錯誤;升高放射性物質(zhì)的溫度,不可縮短其半衰期,故選項D正確。9.氘核H可通過一系列聚變反應釋放能量,其反應方程為HHe+H+n,同時釋放出43.15 MeV的能量。已知氘核H的質(zhì)量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速),氦核He質(zhì)量為3 728.4 MeV/c2,中子的質(zhì)量為939.6 MeV/c2,1 L海水中含有的氘核約為1.0×1022個,1 kg標準煤完全燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J,海水的密度為1.025 g/cm3,1 MeV=1.6×10-13 J。下列說法正確的是(　　)A.該核反應中x=2,y=2B.質(zhì)子H的質(zhì)量為960.3 MeV/c2C.1 L海水中的氘核全部反應損失的質(zhì)量約為1.3×10-7 kgD.1 L海水中的氘核全部反應釋放的能量大于一噸標準煤完全燃燒釋放的熱量答案:AC解析:根據(jù)電荷數(shù)守恒可得x=6-2×2=2,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得x+y=6×2-4×2=4,所以y=2,故選項A正確;質(zhì)子的質(zhì)量mp=MeV/c2=938.7MeV/c2,故選項B錯誤;6個氘核發(fā)生聚變反應可放出43.15MeV的能量,1L海水中含有的氘核全部聚變的次數(shù)n=×1022,1L海水中的氘核全部反應產(chǎn)生的能量E=nE0=×1022×43.15MeV=7.19×1022MeV=1.15×1010J,1L海水中的氘核全部反應損失的質(zhì)量約為Δm=kg=1.3×10-7kg,故選項C正確;氘核發(fā)生聚變反應可釋放的能量為1.15×1010J,1kg標準煤完全燃燒釋放的熱量約為2.9×107J,則m'=kg=400kg,故選項D錯誤。10.下圖為靜止的原子核在磁場中發(fā)生衰變后的軌跡,衰變后兩帶電粒子a、b的半徑之比為45∶1,兩帶電粒子a、b回旋運動的動能之比為117∶2,下列說法正確的是(　　)A.此衰變?yōu)棣了プ?/span>B.小圓為α粒子運動軌跡C.兩帶電粒子a、b的回旋周期之比為13∶10D.衰變方程為UThHe答案:AD解析:放射性元素放出α粒子時,α粒子與反沖核的速度相反,而電性相同,則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相反,兩個粒子的軌跡應為外切圓,故此衰變?yōu)棣了プ?選項A正確;帶電粒子在磁場中運動,則運動半徑為R=,則,又p=,則有,解得,根據(jù)T=,得周期之比為,選項B、C錯誤;新核Z'=90,A'=234,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,可知衰變前Z=92,A=238,故衰變方程為UTh+He,選項D正確。三、非選擇題(本題共5小題,共60分)11.(6分)100年前,盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子。后來,人們用α粒子轟擊Ni核也打出了質(zhì)子,反應方程為He+NiH+X,該反應中的X是　　　　　　(選填“電子”“正電子”或“中子”)。此后,對原子核反應的持續(xù)研究為核能利用提供了可能,目前人類獲得核能的主要方式是　　　　　(選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”)。 答案:中子　核裂變解析:由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得X應為n,即中子;核聚變目前還無法控制,所以目前獲得核能的主要方式是核裂變。12.(9分)在所有能源中核能具有能量密度大、區(qū)域適應性強的優(yōu)勢,在核電站中,核反應堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應,釋放出大量核能。核反應方程nBa+Kr+aX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種, n為中子,X為待求粒子,a為X的個數(shù),則X為　　　,a=　　　　。以mU、mBa、mKr分別表示BaKr的質(zhì)量,mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量,c為光在真空中傳播的光速,則在上述核反應過程中放出的核能ΔE=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案:n　3　(mU-mBa-mKr-2mn)c2解析:根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒,知aX的總電荷數(shù)為0,總質(zhì)量數(shù)為3,可知X為中子n,a=3,該核反應質(zhì)量虧損為Δm=mU-mBa-mKr-2mn,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,釋放的核能ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2。13.(12分)現(xiàn)在的核電站比較廣泛采用的核反應之一是U+nNd+Zr+n+e+。(1)核反應方程中的是反中微子,它不帶電,質(zhì)量數(shù)為零,試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)。(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.043 9 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,釹(Nd)核質(zhì)量為142.909 8 u,鋯核質(zhì)量為89.904 7 u;又知1 u=1.660 6×10-27kg。試計算1 kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量。答案:(1)40　90　(2)8.12×1013 J解析:(1)鋯的電荷數(shù)Z=92-60+8=40,質(zhì)量數(shù)A=236-146=90,核反應方程中應用符號Zr表示。(2)1kg鈾235的核數(shù)為n=×6.02×1023,不考慮核反應中生成的電子質(zhì)量,一個鈾核反應發(fā)生的質(zhì)量虧損為Δm=0.212u1kg鈾235完全裂變放出的能量約為E=nΔmc2=8.12×1013J。14.(15分)一靜止的鈾核U)發(fā)生α衰變變成釷核(Th),已知放出的α粒子的質(zhì)量為m,速度為v0。假設鈾核發(fā)生衰變時,釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釷核的動能。(1)試寫出鈾核衰變的核反應方程。(2)求鈾核發(fā)生衰變時的質(zhì)量虧損。(已知光在真空中的速度為c,不考慮相對論效應)答案:(1UThHe　(2)解析:(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒寫出衰變方程UThHe。(2)設釷核的質(zhì)量為mTh、反沖速度大小為v,由動量守恒定律,得0=mv0-mThv其中設質(zhì)量虧損為Δm,釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釷核的動能,則Δmc2=mThv2所以Δm=。15.(18分)太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段,它主要是由電子和He等原子核組成。維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應,核反應方程是2e+HHe+ΔE,釋放的核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能。根據(jù)目前關于恒星演化的理論,若由于聚變反應而使太陽中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%,太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段。為了簡化,假定目前太陽全部由電子和H核組成。(1)為了研究太陽演化進程,需知道目前太陽的質(zhì)量m太。已知地球半徑R=6.4×106 m,地球質(zhì)量m=6.0×1024 kg,日地中心的距離r=1.5×1011 m,地球表面處的重力加速度g=10 m/s2,1年約為3.2×107秒,利用所給的數(shù)據(jù)估算目前太陽的質(zhì)量m太。(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.672 6×10-27 kgHe質(zhì)量mα=6.645 8×10-27 kg,電子質(zhì)量me=0.9×10-30 kg,光速c=3×108 m/s,求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應所釋放的核能。(3)又知地球上與太陽垂直的每平方米截面上,每秒通過的太陽輻射能E0=1.35×103 J。試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命。(估算結果只保留1位有效數(shù)字)答案:(1)2×1030 kg　(2)4.2×10-12 J　(3)100億年解析:(1)設T為地球繞日心運動的周期,則由萬有引力定律和牛頓定律可知G=mr地球表面處的重力加速度g=Gm太=m以題給數(shù)值代入,得m太=2×1030kg。(2)根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式,該核反應每發(fā)生一次釋放的核能為ΔE=(4mp+2me-mα)c2代入數(shù)值,得ΔE=4.2×10-12J。(3)根據(jù)題給假設,在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內(nèi),發(fā)生題中所述的核聚變反應的次數(shù)為N=×10%因此,太陽總共輻射出的能量為E=N·ΔE設太陽輻射是各向同性的,則每秒內(nèi)太陽向外放出的輻射能為ε=4πr2E0所以太陽繼續(xù)保持在主星序的時間為t=由以上各式解得t=1×1010年=100億年。

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