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【单元测试 全程方略 人教】2013年高中物理选修3-5：第十九章 原子核 单元质量评估（含详解）
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上传时间: 2014-08-23
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单元质量评估（四）
第十九章
(90分钟 100分)
一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分。每小题至少一个选项符合题意)
1.关于核力与结合能，下列说法正确的是( )
A.核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力
B.核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数
C.比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能
D.原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定
2.(2012·沈阳高二检测)关于原子核，下列说法中正确的是( )
A.原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子
B.核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度
C.轻核的聚变反应可以在任何温度下进行
D.一切核反应都只释放核能
3.轨道电子俘获(EC)是指原子核俘获了其核外内层轨道电子所发生的衰变，如钒()俘获其K轨道电子后变为钛()，同时释放一个中微子νe，方程为++νe。2·1·c·n·j·y
关于上述轨道电子俘获，下列说法中正确的是( )
A.原子核内一个质子俘获电子转变为中子
B.原子核内一个中子俘获电子转变为质子
C.原子核俘获电子后核子数增加
D.原子核俘获电子后电荷数增加
4.原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。最初科学家曾认为β衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“反中微子”的粒子，反中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于β衰变的说法中正确的是( )www-2-1-cnjy-com
A.原子核发生β衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电量增加
B.原子核能够发生β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的
C.静止的原子核发生β衰变后，在“反中微子”动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反 21*cnjy*com
D.静止的原子核发生β衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和
5.(2012·泉州高二检测)变成要经过n1次α衰变，n2次β衰变，中子数减少的个数为n3，则( )【出处：21教育名师】
A.n1=6，n2=8，n3=22
B.n1=6，n2=8，n3=16
C.n1=8，n2=6，n3=22
D.n1=8，n2=6，n3=16
6.(2012·济宁高二检测)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后得到两个圆形轨迹，经测量粒子与反冲核的轨迹半径之比为42∶1，则( )【版权所有：21教育】
A.反冲核的核电荷数与粒子电荷数的比为42∶1
B.反冲核的速率与粒子速率的比为1∶42
C.反冲核的质量与粒子的质量比为42∶1
D.反冲核运动的周期与粒子的运动周期比为1∶42
7.(2012·泉州高二检测)关于原子结构和核反应的说法中有误的是( )
A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中一定不偏转的是γ射线
C.据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
D.据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
8.由图可得出结论( )
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
9.如图所示，表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法中正确的是( )
[来源:]
A.重的原子核，例如，铀核()，因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B.锂核()的核子的比结合能比铀核的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定
C.原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是每个核子的平均结合能；比结合能越大的原子核越稳定
D.以上三个表述都错误
10.由我国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如，反质子即为，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同速度通过OO′进入匀强磁场B2而形成图中的4条径迹，则( )【来源：21cnj*y.co*m】
A.1、2是反粒子径迹
B.3、4为反粒子径迹
C.2为反α粒子径迹
D.1为反α粒子径迹
二、填空题(本大题共2小题，共12分)
11.(6分)完成铀核的裂变反应方程：
+________，在核反应堆中石墨起__________的作用，镉棒起____________的作用。www.21-cn-jy.com
12.(6分)如图所示，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数(N)与原来总原子核数(N0)的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为________天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将___________(选填“变长”“不变”或“变短”)。
三、计算题(本大题共4小题，共 48分，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)
13.(8分)铋210的半衰期是5天，10 g铋210经过10天后还剩下多少g？
14.(2012·温州高二检测)(12分)一个静止的铀核(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 (原子质量为228.028 7 u)。(已知原子质量单位1 u=1.67×10-27 kg，1 u相当于931 MeV)
(1)写出核衰变反应方程。
(2)算出该核衰变反应中释放出的核能。
(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？
15.(12分)太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且也包括像所有矿物燃料能、水能、风能等间接的太阳能资源，严格地说，除了地热能、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能，太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源。
(1)写出核反应方程。
(2)若mH=1.007 3 u,mHe=4.002 6 u,me=0.000 55 u,则该反应中的质量亏损是多少u？【来源：21·世纪·教育·网】
(3)如果1 u相当于931.5 MeV的能量，则该反应中释放的能量是多少MeV？
(4)由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期是“较长”还是“较短”并说明理由(假设地球公转半径不变)。2-1-c-n-j-y
16.(16分)1920年，质子已被发现。英国物理学家卢瑟福曾预言，可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年，科学家发现在真空条件下用α射线轰击时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子。经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：
①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；④用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比近似等于15∶2。若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以认为静止，碰撞过程中没有机械能的损失。已知氢核的质量MH与氮核的质量MN之比等于1∶14。
(1)上述的三个特点中，哪个特点可以说明该射线是不带电的？哪个特点可以说明它不是γ射线？
(2)计算该射线中粒子的质量与氢核(即质子)的质量的比值，由此证明该射线中的粒子就是中子。
(3)写出α射线轰击铍核的核反应方程。
答案解析
1.【解析】选A、B、C。由核力的概念知A、B 正确；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，比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定发生质量亏损释放核能，选项C正确，D错误。21教育名师原创作品
2.【解析】选B。原子核是由质子和中子组织的，β衰变是中子释放一个电子转变为质子产生的，A错；核反应堆利用镉棒吸收中子以控制核反应速度，B正确；轻核的聚变在几百万度的高温下才能进行，C错；核反应不都是释放能量的反应，也有吸收能量的反应，D错。
3.【解析】选A。由已知核反应方程，“轨道电子俘获”后，电荷数减少，质量数不变，故B、C、D错，A正确。
4.【解析】选A、C、D。 原子核是由质子和中子组成的,故B错误;原子核发生β衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生，核反应方程为,所以A、C、D正确。
5.【解析】选C。由质量数238-206=32，可知经历了8次α衰变，电荷数82+16-92=6，发生了6次β衰变，(238-92)-(206-82)=22，中子数减少了22个，所以选项C正确。
6.【解析】选A。因为核衰变时动量守恒，而粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R=，即半径和粒子的电荷量成反比，所以A正确；仅由已知无法求得速率比、质量比、周期比，故B、C、D错。
7.【解析】选D。由人们对原子到对原子核的认识过程知A正确；由衰变遵从的规律和γ射线不带电知B正确；因为在核子结合成原子核的过程中要释放能量，质量亏损，所以新核的平均质量越小，释放的能量就越多，所以C正确，D错。
8.【解析】选C。根据题图可知氘核吸收2.23 MeV 的能量分解为质子和中子，故C正确。由质能方程知，质量与能量有简单的正比关系，氘核吸收能量，能量增大，质量变大，故A、B错；质子和中子结合成氘核质量亏损，故放出能量，D错。
9.【解析】选C。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定,故C正确,A、B、D错误。
10.【解析】选A、C。由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转；反质子、反α粒子向左偏转，故选项A正确，B错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径r=知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，故选项C正确，D错误。
11.【解析】由质量数和电荷数守恒可知，铀俘获中子发生核裂变；铀俘获一个热中子就可以裂变，但裂变反应产生的中子速度很大，所以要用石墨对裂变反应产生的中子减速以便被铀核俘获；镉棒可以吸收中子，以控制裂变反应的速度。21·cn·jy·com
答案： 减速剂 控制裂变反应的速度
12.【解析】半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，所以本题的半衰期为3.8天,且半衰期是由核内自身的因素决定的，与其他因素无关, 所以若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期是不变的。21cnjy.com
答案：3.8 不变
13.【解析】由半衰期计算公式m=得
m=10×g (4分)
=2.5 g (4分)
答案：2.5 g
14.【解析】(1) (3分)
(2)质量亏损Δm=0.005 9 u
ΔE=Δmc2=0.005 9×931 MeV=5.49 MeV (3分)
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，
pTh+(-pα)=0,即pTh=pα,
又因为EkTh=,Ekα=,且EkTh+Ekα=ΔE,
所以钍核获得的动能
EkTh==×ΔE=0.09 MeV。 (3分)
答案：(1) (2)5.49 MeV
(3)0.09 MeV
【总结提升】衰变的动量与能量
(1)在α衰变和β衰变过程中，系统满足动量守恒，若发生衰变的原子核是静止的，则衰变产生的新核与α粒子(或β粒子)的动量等大反向，即新核动量大小等于衰变粒子动量大小。21·世纪*教育网
(2)在衰变过程中产生的核能一般通过质能方程来计算。如果释放的核能全部转化为生成物的动能，则可通过动量守恒和机械能守恒来计算。
15.【解析】(1) (3分)
(2)核反应的质量亏损为Δm=4mH-mHe-2me
=4×1.007 3 u-4.002 6 u-2×0.000 55 u
=0.025 5 u。 (3分)
(3)该核反应释放的能量为
ΔE=0.025 5×931.5 MeV=23.75 MeV。 (3分)
(4)在很久很久以前，太阳的质量比现在大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由F=m()2R可知，很久很久以前，地球公转的周期较短。 (3分)版权所有
答案：(1)
(2)0.025 5 u (3) 23.75 MeV (4)较短
16.【解题指南】解答本题应把握以下三点：
(1)根据射线在任何方向的磁场中不偏转及速度小于光速判断射线电性以及是否为γ射线。
(2)根据动量守恒、机械能守恒计算射线粒子与氢核质量比。
(3)根据电荷数守恒、质量数守恒写核反应方程。
【解析】(1)由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电。 (2分)21教育网
由②可知，因为该射线速度小于光速，所以它不是γ射线。 (3分)
(2)由③④可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰。设该粒子的质量为m，碰撞前速度为v0，与氢核碰撞后速度为v1，与氮核碰撞后速度为v2，则有21*cnjy*com
mv0=mv1+MHvH (2分)
(2分)
解得vH=
同理得vN=
由题意知
所以m=MH (2分)
即该粒子的质量与氢核(质子)的质量相近，因此这种粒子是中子。
(2分)
(3) (3分)
答案：(1)见解析 (2)见解析 (3)
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