高中物理 第4章 波与粒子章末综合测评 鲁科版选修3-5

第4章 波与粒子 (时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分在每小题给出的五个选项中，有三项是符合题目要求的，选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分)1关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.UThHe是衰变B.NHeOH是衰变C.HHHen是轻核聚变D.SeKr2e是重核裂变E.UnBaKr3n是重核裂变【解析】据核反应各类型特点可知：A、D项均为衰变，A中放出粒子，A正确，D错误B项为人工转变，B错误，C项为轻核聚变，E项为重核裂变反应，C、E正确【答案】ACE2下列说法中正确的是()A采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B放射性元素的半衰期不会随物理或化学条件的变化而变化C约里奥居里夫人用粒子轰击铝箔发现了中子D原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量E.HeNOH是卢瑟福发现质子的核反应方程【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核决定，与化学、物理状态无关，故选项A错误，B正确；由物理学史可知中子是由查德威克发现的，选项C错误；核子结合成原子核放出核能，因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于核原子核的质量，选项D正确；用粒子轰击氮核生成氧核和质子是卢瑟福发现质子的实验，E正确【答案】BDE3科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XYHeH4.9 MeV和HHHeX17.6 MeV，下列表述正确的有() 【导学号：18850059】AX是中子BY的质子数是3，中子数是6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应E两个核反应都有核能释放，因此都有质量亏损【解析】根据质子数守恒和质量数守恒可知X是中子，A正确；Y的质子数为3，中子数为3，B错误；聚变放出能量，由质能方程可知一定有质量亏损，该反应为核聚变反应，C错误，D、E正确【答案】ADE4热核反应是一种理想能源的原因是()A轻核聚变比重核裂变时释放的能量多B对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C热核反应的原料在地球上储量丰富D热核反应的速度容易控制E就每个核子平均释放的能量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多【解析】不能说轻核聚变比重核裂变时释放的能量多，但就每个核子平均释放的能量来说，聚变反应平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大34倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能，综上所述，B、C、E正确，A、D错误【答案】BCE5质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如He是H的“镜像核”，同样H也是He的“镜像核”，则下列说法正确的是()A.N和O互为“镜像核”B.N和C互为“镜像核”C衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子D核反应HHHen的生成物中有粒子，该反应是衰变E核反应HHHen的生成物中虽有粒子，但该反应属于轻核聚变【解析】根据“镜像核”的定义，N和C互为“镜像核”，选项B正确，A错误；衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应HHHen的生成物中虽有粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误，E正确【答案】BCE6下列说法中正确的是() 【导学号：18850060】A太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应B中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，所以重核裂变要放出能量C只要有核反应发生，就一定会释放出核能D轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数小于质子数E轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数大于质子数【解析】太阳的能量来自轻核聚变放出的能量，A正确中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，B正确核反应是否释放能量取决于反应前后是否发生了质量亏损，C错误随核子数增加，若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多，D错误，E正确【答案】ABE二、非选择题(本题共5小题，共64分，按题目要求作答)7(8分)(2015江苏高考)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料.U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生_个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(选填“大于”或“小于”)它的临界体积【解析】核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：UnBaKr3n，即产生3个中子临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积【答案】3大于8(12分)同位素原子在许多方面有着广泛的应用，1934年，科学家在用粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是，拿走放射源时，铝箔虽不再发射中子，但仍能继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期(1)写出粒子轰击铝Al产生中子的核反应方程式；(2)上述产生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式；(3)简要说明放射性同位素的应用，并至少举出两个实际应用的例子【解析】(1)AlHePn.(2)PSie.(3)利用射线辐射育种，作为示踪原子，检查管道等【答案】见解析9(14分)(2016苏州一中检测)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(e)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量(2)研究表明，银河系的年龄约为t3.81017 s，每秒银河系产生的能量约为11037 J(即P11037 J/s)现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断(可能用到的数据：银河系质量约为M31041 kg，原子质量单位1 u1.661027 kg,1 u相当于1.51010 J的能量，电子质量me0.000 5 u，氦核质量m4.002 6 u，氢核质量mp1.007 8 u，中微子e质量为零)【解析】(1)4HHe2e2em4mpm2meEmc24.141012 J.(2)mm6.11039 kg氦的含量k2%.(3)由估算结果可知，k2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的【答案】(1)4HHe2e2e4.141012 J(2)2%(3)银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的10(15分)(2015海南高考)运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能【解析】设衰变前原子核X的速度为v0，衰变后放出的粒子的速度为v，由动量守恒有：Mv0m2v再由反应中能量守恒有Mvm2v2E由爱因斯坦质能方程有Emc2而mM(m1m2)解之有Em2v2MvM(m1m2)c2(Mm1m2)c2Ekm2v2c2.【答案】(Mm1m2)c2c211(15分)足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn，它放射出一个粒子后变为Po核假设放出的粒子运动方向与磁场方向垂直，求：(1)粒子与Po核在匀强磁场中的径迹圆半径之比，画出它们在磁场中运动轨迹的示意图；(2)粒子与Po核两次相遇的时间间隔与粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生衰变，则粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述衰变轨迹示意图有何不同？ 【导学号：18850061】【解析】(1)氡核经衰变的核反应方程为：RnPoHe，衰变的极短过程系统动量守恒，设粒子速度方向为正，则由动量守恒定律0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力qvB，r，故，示意图如图甲所示(2)它们在磁场中运动的周期T，它们的周期之比为，即109T84TPo，这样粒子转109圈，Po核转84圈，两者才相遇所以，粒子与Po核两次相遇的时间间隔t109T.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生衰变，则粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于粒子带负电，反冲核带正电，它们两个衰变时运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且粒子的轨迹半径大于新核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如乙所示【答案】(1)421见解析(2)t109T(3)见解析