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第三章 原子核单元质量评估(三) (90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,19单选,1012多选,每小题5分,共60分)1.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为OnNX。对式中X、a、b的判断正确的是()A.X代表中子,a=17,b=1B.X代表电子,a=17,b=-1C.X代表正电子,a=17,b=1D.X代表质子,a=17,b=1【解析】选C。根据质量数和电荷数守恒可得16+1=a+0,8+0=7+b,解得a=17,b=1,X为e故正确答案为C。2.关于天然放射现象,下列说法中正确的是()A.衰变说明原子核里有电子B.某原子核经过一次衰变和两次衰变后,核内中子数减少4C.放射性物质的温度升高,其半衰期将缩短D.射线的电离作用很强,可用来消除有害静电【解析】选B。衰变是原子核里一个中子转变为一个质子时放出一个电子。原子核里没有电子,A错;经过一次衰变和两次衰变,电荷数(质子数)不变,质量数减少4,即中子数减少4,B正确。半衰期只与原子核本身有关,与物理、化学状态无关,C错;粒子电离作用很强,可用来消除有害静电,D错。3.表示放射性元素碘131I)衰变的方程是()AISbHeBIXeeCIInDITeH【解析】选B。碘I)的原子核内一个中子放出一个电子变成一个质子,质量没有发生变化,核电荷数增加1,所以生成54号元素Xe,放出一个电子,B选项正确。4.有关核力的说法,正确的是()A.原子核中所有核子间都存在着核力B.中子不带电,中子之间没有相互作用力C.核力是短程力,作用范围在1.510-15m之内D.核力同万有引力没有区别,都是物体间的作用力【解析】选C。核力具有饱和性,只有相邻的核子间才有核力作用,A错;核力与核子间是否带电无关,质子与质子间,质子与中子间,中子与中子间都可以有核力作用,B错;核力是短程力,只在1.510-15m内起作用,C正确;核力是强相互作用的一种表现,D错。5.如果某放射性元素经过x次衰变和y次衰变,变成一种新原子核,则这个新原子核的质子数比放射性元素原子核的质子数减少()A.2x+yB.x+yC.x-yD.2x-y【解析】选D。每经过一次衰变,电荷数减少2,每经过一次衰变,电荷数增加1,故电荷数总的减少量为2x-y,根据电荷数和质量数守恒,知D项正确。【补偿训练】下列说法中正确的是()A.Ra衰变为Rn要经过1次衰变和1次衰变BPa衰变为Th要经过1次衰变和1次衰变CU衰变为Rn要经过4次衰变和2次衰变DU衰变为Rn要经过4次衰变和4次衰变【解析】选C。由Ra变为Rn,质量数减少4,电荷数减少2,故发生一次衰变,A错误Pa变为Th,质量数没有变化,电荷数减少1,应放出一个正电子,B错误U变为Rn,质量数减少16,发生4次衰变,4次衰变减少电荷数为8,实际减少6,故发生2次衰变,故C正确,D错误。6.钍核Th,具有放射性,它放出一个电子衰变成镤核Pa),伴随该过程放出光子,下列说法中正确的是()A.该电子就是钍原子核外的电子B.光子是衰变过程中钍核Th辐射的C.因为衰变过程中原子核的质量数守恒,所以不会出现质量亏损D.原子核的天然放射现象说明原子核是可分的【解析】选D。衰变是原子核里一个中子转变为一个质子时放出的,A错;光子是在衰变过程中由于具有多余的能量而放出的,B错;质量数守恒与质量守恒是两个不同的概念,核反应中质量有亏损,而质量数是不变的,C错;人类对原子核的探索,是从发现原子核放射性开始的,天然放射性说明原子核是可分的,D正确。7.有下列五个核反应方程:ThPaeUThHeNHeOHHHHenUnSrXe+1n对以上核反应分类如下,则分类正确的是()选项衰变裂变聚变ABCD【解析】选B。为衰变,为衰变,为人工转变,为聚变,为裂变,综上可知,B项正确。8.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为HCN+Q1H+NC+X+Q2,方程式中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核HHeHeCNN质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1下列关于Q1,Q2说法正确的是()A.X是He,Q2Q1B.X是He,Q2Q1D.X是He,Q2Q1【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)根据质量数和电荷数守恒确定新核X。(2)释放的能量由质量亏损决定。【解析】选C。根据质量数与电荷数守恒,X的质量数为1+15-12=4,的电荷数为1+7-6=2故为He。与Q1对应的质量亏损m1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7)u=0.002 1u;与Q2对应的质量亏损m2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,由于m1Q1,故C正确。9.当两个中子和两个质子结合成一个粒子时,放出28.30 MeV的能量,当三个粒子结合成一个碳(C)核时,放出7.26 MeV的能量,则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时,释放的能量约为()A.21.04 MeVB.35.56 MeVC.77.64 MeVD.92.16 MeV【解析】选D。6个中子和6个质子可结合成3个粒子,放出能量328.30 MeV=84.90 MeV,3个粒子再结合成一个碳核,放出7.26 MeV能量,故6个中子和6个质子结合成一个碳核时,释放能量为84.90 MeV+7.26 MeV=92.16 MeV。10.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.核反应方程是HnH+B.聚变反应中的质量亏损为m1+m2-m3C.辐射出的光子能量为(m3-m1-m2)c2D.辐射出的光子的波长为=【解析】选B、D。核反应方程为HnH+,A错;质量亏损m=m1+m2-m3,B正确;辐射出的光子能量为E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C错;由E=得=,故D正确。11.带电粒子进入云室会使云室中的气体分子电离,从而显示其运动轨迹。如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹,a和b是轨迹上的两点,匀强磁场B垂直纸面向里。该粒子在运动时,其质量和电量不变,而动能逐渐减少,下列说法正确的是()A.粒子先经过a点,再经过b点B.粒子先经过b点,再经过a点C.粒子带负电D.粒子带正电【解析】选A、C。由r=可知,粒子的动能越小,圆周运动的半径越小,结合粒子运动轨迹可知,粒子先经过a点,再经过b点,选项A正确;根据左手定则可以判断粒子带负电,选项C正确。【总结提升】云室中带电粒子性质的判断方法(1)明确云室中匀强磁场的方向情况。(2)明确粒子运动过程中的不变量和变化量分别是什么物理量。(3)根据带电粒子在云室中的运动轨迹形状,判断带电粒子运动过程中曲率半径的变化情况。(4)根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=及结合曲率半径的变化情况,以及运动过程中的v、q、B的变化情况,判断粒子的运动方向。(5)根据左手定则,判断出带电粒子的电性。12.“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱。它将带着中国制造的月球车,在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射,使得“月壤”中的He含量十分丰富,科学家认为He是发生核聚变的极好原料,将来He也许是人类重要的能源,所以探测月球意义十分重大。关于He,下列说法正确的是()AHe的原子核内有三个中子两个质子BHe的原子核内有一个中子两个质子CHe发生核聚变,放出能量,一定会发生质量亏损DHe原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起【解析】选B、CHe是氦元素的一种同位素,质量数是3,电荷数是2,原子核内有两个质子一个中子,所以A错误,B正确;发生核聚变放出能量就会有质量亏损,C正确;原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的,而不是靠万有引力紧密结合在一起的,D错误。二、计算题(本大题共4小题,共40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)放射性元素C射线被考古学家称为“碳钟”,可用它来测定古生物的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。(1C不稳定,易发生衰变,放出射线,其半衰期为5730年。试写出有关的衰变方程。(2)若测得一古生物遗骸中C的含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代距今约有多少年?【解析】(1)衰变方程为CNe(3分)(2)活体中C含量不变,生物死亡后C开始衰变,设活体中C的含量为m0,遗骸中为m,则由半衰期的定义得m=m0(3分)即0.125=(解得=3所以t=3=17 190年(2分)答案:(1CNe(2)17 190年14.(8分)在匀强磁场中有一个静止放置的放射性元素的原子核,当它放出一个粒子后,它们的速度方向都与磁场方向垂直。若测得粒子和反冲核的轨道半径之比为441,如图所示。则反冲核的电荷数是多少?【解析】放射性元素的原子核放出粒子的过程中动量守恒,由于初始动量为零,所以末态动量也为零,即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反,即p1=p2=p(2分)qvB=,R=,所以粒子的半径:R1=(2分)设反冲核的电荷量为Q,则反冲核的半径:R2=(2分)所以=,Q=88e。(2分)即反冲核的电荷数是88。答案:8815.(12分)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)。(已知:原子质量单位1 u=1.6710-27kg,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粒子的动能,则钍核获得的动能有多大?【解析】(1UThHe(2分)(2)质量亏损m=0.005 9 u(2分)E=mc2=0.005 9931 MeV=5.49 MeV(2分)(3)系统动量守恒,钍核和粒子的动量大小相等,即pTh+(-p)=0pTh=p(2分)EkTh=Ek=(2分)EkTh+Ek=E(1分)所以钍核获得的动能EkTh=E=E=0.09 MeV(1分)答案:(1UThHe(2)5.49 MeV(3)0.09 MeV16.(12分)如图所示,有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05 T,磁场方向垂直于纸面向里,MN是磁场的左边界。在磁场A处放一个放射源,内装Ra,放出某种射线后衰变成Rn。(1)写出上述衰变方程。(2)若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时,放在MN左侧边缘的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子,此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止Ra核衰变过程中释放的核能有多少?(取1u=1.610-27kg,e=1.610-19C,结果保留三位有效数字)【解析】(1)Ra比Rn电荷数多2个,质量数多4个,则该衰变为衰变,方程为RaRnHe(3分)(2)衰变过程中释放的粒子在磁场中做匀速圆周运动,半径R=1.0m,由2evB=得粒子的速度v=(2分)衰变过程中系统动量守恒，RnHe质量分别为222 u、4u,则222uv=4uv(2分)得Rn的速度v=v(2分)释放的核能E=222uv2+4uv2=(2分)代入数据解得E=2.0410-14J(1分)答案:(1)RaRnHe(2)2.0410-14J
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