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章末綜合測評(五)
(時間:60分鐘 滿分:100分)
一、選擇題(本題共6小題,每小題6分.在每小題給出的五個選項中,有三項是符合題目要求的,選對1個得3分,選對2個得4分,選對3個得6分,每選錯1個扣3分,最低得分為0分.)
1.關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型,下列表述正確的有( )
A.U→Th+He是α衰變
B.N+He→O+H是β衰變
C.H+H→He+n是輕核聚變
D.Se→Kr+2e是重核裂變
E.U+n→Ba+Kr+3n是重核裂變
【解析】 據(jù)核反應(yīng)各類型特點可知:A、D項均為衰變,A中放出α粒子,A正確,D錯誤.B項為人工轉(zhuǎn)變,B錯誤;C項為輕核聚變,E項為重核裂變反應(yīng),C、E正確.
【答案】 ACE
2.下列說法中正確的是( )
A.采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期
B.放射性元素的半衰期不會隨物理或化學(xué)條件的變化而變化
C.約里奧—居里夫人用α粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)了中子
D.原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量
E.He+N→O+H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程
【解析】 放射性元素的半衰期由元素的原子核決定,與化學(xué)、物理狀態(tài)無關(guān),故選項A錯誤,B正確;由物理學(xué)史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的,選項C錯誤;核子結(jié)合成原子核放出核能,因此原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量大于核原子核的質(zhì)量,選項D正確;用α粒子轟擊氮核生成氧核和質(zhì)子是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗,E正確.
【答案】 BDE
3.科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚,再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量,核反應(yīng)方程分別為:X+Y→He+H+4.9 MeV和H+H→He+X+17.6 MeV,下列表述正確的有( )
A.X是中子
B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6
C.兩個核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損
D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)
E.兩個核反應(yīng)都有核能釋放,因此都有質(zhì)量虧損
【解析】 根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X是中子,A正確;Y的質(zhì)子數(shù)為3,中子數(shù)為3,B錯誤;聚變放出能量,由質(zhì)能方程可知一定有質(zhì)量虧損,該反應(yīng)為核聚變反應(yīng),C錯誤,D、E正確.
【答案】 ADE
4.熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是( )
A.輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多
B.對環(huán)境的放射性污染較裂變輕,且較容易處理
C.熱核反應(yīng)的原料在地球上儲量豐富
D.熱核反應(yīng)的速度容易控制
E.就每個核子平均釋放的能量來說,熱核反應(yīng)比重核裂變時釋放的能量多
【解析】 不能說輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多,但就每個核子平均釋放的能量來說,聚變反應(yīng)平均每個核子比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量要大3~4倍,且其原料均為氫的同位素,在地球上儲量極為豐富,其放射性污染也較裂變輕.但是,目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生,還不能控制聚變反應(yīng)的速度、和平利用聚變時釋放的核能,綜上所述,B、C、E正確,A、D錯誤.
【答案】 BCE
5.質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”,例如He是H的“鏡像核”,同樣H也是He的“鏡像核”,則下列說法正確的是( )
A.N和O互為“鏡像核”
B.N和C互為“鏡像核”
C.β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子,同時放出一個電子
D.核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中有α粒子,該反應(yīng)是α衰變
E.核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中雖有α粒子,但該反應(yīng)屬于輕核聚變
【解析】 根據(jù)“鏡像核”的定義,N和C互為“鏡像核”,選項B正確,A錯誤;β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子,同時放出一個電子,選項C正確;核反應(yīng)H+H→He+n的生成物中雖有α粒子,但該反應(yīng)是聚變反應(yīng),選項D錯誤,E正確.
【答案】 BCE
6.下列說法中正確的是( )
A.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)
B.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大,所以重核裂變要放出能量
C.只要有核反應(yīng)發(fā)生,就一定會釋放出核能
D.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,重核中中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù)
E.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,重核中中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)
【解析】 太陽的能量來自輕核聚變放出的能量,A正確.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大,B正確.核反應(yīng)是否釋放能量取決于反應(yīng)前后是否發(fā)生了質(zhì)量虧損,C錯誤.隨核子數(shù)增加,若只增加中子,中子與其他核子沒有庫侖斥力,但有相互吸引的核力,有助于維系原子核的穩(wěn)定,所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多,D錯誤,E正確.
【答案】 ABE
二、非選擇題(本題共5小題,共64分,按題目要求作答)
7.(2015江蘇高考)(8分)核電站利用原子核鏈式反應(yīng)放出的巨大能量進行發(fā)電,U是核電站常用的核燃料.U受一個中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分,并產(chǎn)生________個中子.要使鏈式反應(yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積.
【解析】 核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,且該核反應(yīng)方程為:U+n―→Ba+Kr+3n,即產(chǎn)生3個中子.臨界體積是發(fā)生鏈式反應(yīng)的最小體積,要使鏈式反應(yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積.
【答案】 3 大于
8.(12分)1993年,中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素78Pt,制取過程如下:
(1)用質(zhì)子轟擊鈹Be產(chǎn)生快中子,核反應(yīng)方程:_____________;
(2)用快中子轟擊汞80Hg,反應(yīng)過程可能有兩種:
①生成78Pt,放出氦原子核,核反應(yīng)方程:_____________________;
②生成78Pt,放出質(zhì)子、中子,核反應(yīng)方程:
___________________________________________________________;
(3)生成的鉑78Pt發(fā)生兩次β衰變,變成穩(wěn)定的原子核汞80Hg,核反應(yīng)方程:________________________________________________.
【答案】 (1)Be+H―→B+n
(2)①80Hg+n―→78Pt+He
②80Hg+n―→78Pt+2H+n
(3)78Pt―→79Au+ 0-1e;79Au―→80Hg+ 0-1e
9.(12分)同位素原子在許多方面有著廣泛的應(yīng)用,1934年,科學(xué)家在用α粒子轟擊鋁箔時,除探測到預(yù)料中的中子外,還探測到了正電子,更意外的是,拿走α放射源時,鋁箔雖不再發(fā)射中子,但仍能繼續(xù)發(fā)射正電子,而且這種放射性隨時間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣,也有一定的半衰期.
【導(dǎo)學(xué)號:67080049】
(1)寫出α粒子轟擊鋁Al產(chǎn)生中子的核反應(yīng)方程式;
(2)上述產(chǎn)生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素,寫出其產(chǎn)生正電子的核反應(yīng)方程式;
(3)簡要說明放射性同位素的應(yīng)用,并至少舉出兩個實際應(yīng)用的例子.
【解析】 (1)Al+He→P+n.
(2)P→Si+e.
(3)利用射線輻射育種,作為示蹤原子,檢查管道等.
【答案】 見解析
10.(2015海南高考)(16分)運動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2,真空中的光速為c,α粒子的速度遠小于光速.求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及α粒子的動能.
【解析】 設(shè)衰變前原子核X的速度為v0,衰變后放出的α粒子的速度為v,由動量守恒有:
Mv0=m2v
再由反應(yīng)中能量守恒有
Mv=m2v2-ΔE
由愛因斯坦質(zhì)能方程有
ΔE=Δmc2
而Δm=M-(m1+m2)
解之有
ΔE=m2v2-Mv=[M-(m1+m2)]c2
=(M-m1-m2)c2
Ekα=m2v2==c2.
【答案】 (M-m1-m2)c2 c2
11.(16分)足夠強的勻強磁場中有一個原來靜止的氡核Rn,它放射出一個α粒子后變?yōu)镻o核.假設(shè)放出的α粒子運動方向與磁場方向垂直,求:
(1)α粒子與Po核在勻強磁場中的徑跡圓半徑之比,畫出它們在磁場中運動軌跡的示意圖;
(2)α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與α粒子運動周期的關(guān)系;(設(shè)質(zhì)子和中子質(zhì)量相等)
(3)若某種放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變,則β粒子和反沖核在磁場中運動軌跡的示意圖與上述α衰變軌跡示意圖有何不同?
【解析】 (1)氡核經(jīng)α衰變的核反應(yīng)方程為:Rn→Po+He,衰變的極短過程系統(tǒng)動量守恒,設(shè)α粒子速度方向為正,則由動量守恒定律
0=mαvα-mPovPo,即mαvα=mPovPo
α粒子與反沖核在勻強磁場中,洛倫茲力提供勻速圓周運動的向心力qvB=,r=∝,
故===,示意圖如圖甲所示.
(2)它們在磁場中運動的周期T==∝,它們的周期之比為===,
即109Tα=84TPo,這樣α粒子轉(zhuǎn)109圈,Po核轉(zhuǎn)84圈,兩者才相遇.所以,α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔Δt=109Tα.
(3)若放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變,則β粒子和反沖衰變過程仍符合動量守恒定律,它們也在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,但由于β粒子帶負電,反沖核帶正電,它們兩個衰變時運動方向相反,但受的洛倫茲力方向相同,所以它們的軌跡圓是內(nèi)切的,且β粒子的軌跡半徑大于新核的軌跡半徑,其運動軌跡的示意圖如乙所示.
【答案】 (1)42∶1 見解析 (2)Δt=109Tα (3)見解析