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章末检测
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共9小题,每小题5分,共45分)
1.(2022·新课标Ⅱ卷)在人类对微观世界进行探究的过程中,科学试验起到了格外重要的作用.下列说法符合历史事实的是
( )
A.密立根通过油滴试验测出了基本电荷的数值
B.贝克勒尔通过对自然 放射现象的争辩,发觉了原子中存在原子核
C.居里夫妇从沥青铀矿中分别出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
D.卢瑟福通过α粒子散射试验证明白在原子核内部存在质子
E.汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的试验,发觉了阴极射线是由带负电的粒子组成的,并测出了该粒子的比荷
答案 ACE
解析 密立根通过油滴试验测出了基本电荷的电量,A项正确;卢瑟福通过α粒子散射试验建立了原子核式结构模型,发觉了原子中心有一个核,B、D两项错误;居里夫妇从沥青铀矿中分别出了钋和镭两种新元素,并因此获得了诺贝尔奖,C项正确;汤姆逊通过争辩阴极射线,发觉了电子,并测出了电子的比荷,E项正确.
2.(2022·新课标全国卷Ⅰ)关于自然 放射性,下列说法正确的是
( )
A.全部元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透力量最强
E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
答案 BCD
解析 本题考查了原子核的衰变.原子序数大于83的元素才可以发生衰变,原子序数小于83的元素有的可以发生衰变,有的不行以发生衰变,A错误;放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关,B、C正确;三种射线α、β、γ穿透力量依次增加,D正确;原子核发生α或β衰变时经常伴随着γ光子的产生,但同一原子核不会同时发生α衰变和β衰变,E错误.
3.(2021·石家庄高二检测)正电子放射型计算机断层显像(PET)的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清楚图像.则依据PET原理推断下列表述正确的是
( )
A.O在人体内衰变方程是O―→N+e
B.正、负电子湮灭方程是e+e―→2γ
C.在PET中,O主要用途是作为示踪原子
D.在PET中,O主要用途是参与人体的新陈代谢
答案 ABC
解析 由题意知A、B正确,显像的原理是采集γ光子,即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子,因此O主要用途是作为示踪原子,故C对、D错.
4.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,下列有关放射性学问的说法中正确的是
( )
A.β射线与γ射线一样是电磁波,但穿透本事远比γ射线弱
B.氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后就肯定只剩下1个氡原子核
C.U衰变成Pb要经过8次β衰变和8次α衰变
D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
答案 D
解析 β射线是高速电子流,不是电磁波,其穿透本事也没有γ射线强,选项A错;半衰期只具有统计意义,对少数粒子不适用,选项B错;U―→Pb+xHe+ye,依据质量数和电荷数守恒有238=206+4x,92=82+2x-y,可解得x=8,y=6,所以要经过8次α衰变和6次β衰变,选项C错;放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内中子转化为质子时产生的,选项D正确.
5.依据爱因斯坦的争辩成果,物体的能量和质量的关系是E=mc2,这一关系叫爱因斯坦质能方程.质子的质量为mp,中子的质量为mn,氦核的质量为mα,下列关系式正确的是
( )
A.mα=(2mp+2mn) B.mα<(2mp+2mn)
C.mα>(2mp+2mn) D.以上关系式都不正确
答案 B
解析 由核反应方程2H+2n→He知,核子结合成原子核时要放出能量,即有质量亏损,故选B.
6.月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(He)”的化学元素,这是热核聚变的重要原料,科学家初步估量月球上至少有100万吨氦3,假如相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源.关于“氦3(He)”与氘核的聚变,下列说法中正确的是
( )
A.核反应方程为He+H―→He+H
B.核反应生成物的质量将大于反应物的质量
C.氦3(He)一个核子的结合能大于氦4(He)一个核子的结合能
D.氦3(He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量
答案 AD
解析 依据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为He+H―→He+H,A对;依据比结合能曲线可知氦3(He)一个核子的结合能小于氦4(He)一个核子的结合能,所以核反应中释放了能量,发生质量亏损,B、C错,D对.
7.原子核聚变可望给人类将来供应丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出热量.这几种反应的总效果可以表示为
6H―→kHe+dH+2n+43.15 MeV
由平衡条件可知
( )
A.k=1,d=4 B.k=2,d=2
C.k=1,d=6 D.k=2,d=3
答案 B
解析 依据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得
12=4k+d+2
①
6=2k+d
②
解①②得k=2,d=2.
8.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ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H+n―→H+γ
B.聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3
C.辐射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c
D.γ光子的波长 λ=
答案 B
解析 依据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知,得到的氘核为H,故A错误;聚变反应过程中辐射一个γ光子,质量削减Δm=m1+m2-m3,故B正确;由质能方程知,辐射出的γ光子的能量为E=Δmc2=(m2+m1-m3)c2,故C错误;由c=λν及E=hν得λ=
,故D错误.
9.钍核Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核,则
( )
A.铅核的符号为Pb,它比Th少8个中子
B.铅核的符号为Pb,它比Th少16个中子
C.铅核的符号为Pb,它比Th少16个中子
D.铅核的符号为Pb,它比Th少12个中子
答案 C
解析 设铅的质量数为M,核电核数为Z,则由质量数守恒可得:M=232-6×4=208.由电荷数守恒可得:Z=90-6×2+4×1=82.则铅的中子数=208-82=126,钍的中子数=232-90=142.所以铅核的中子数比钍核中子数少16个.C对.
二、填空题(本题共2小题,共15分)
10.(9分)现有三个核反应:
A.Na―→Mg+e
B.U+n―→Ba+Kr+3n
C.H+H―→He+n
则________是β衰变;________是裂变;________是聚变.
答案 A B C
解析 原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变.衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后,变成新的原子核的变化,像本题中的核反应A;原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化;裂变是重核分裂成质量较小的核,像核反应B;聚变是轻核结合成质量较大的核,像核反应C.
11.(6分)“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电荷量,但电荷的符号相反,例如正电子就是电子的“反粒子”.据此,若有反质子存在,它的质量数应为________,元电荷的电荷量是1.60×10-19C,则反质子的带电荷量大小为________.
答案 1 1.60×10-19C
解析 质子的质量数为1,带电荷量为1.60×10-19C,所以反质子的质量数为1,带电荷量也为1.60×10-19C,电性相反.
三、计算题(本题共4小题,共40分)
12.(8分)放射性同位素6C被考古学家称为“碳钟”,它可用来断定古生物的年月,此项争辩获得1960年诺贝尔化学奖.
(1)宇宙射线中高能量的中子遇到空气中的氮原子后,会形成C,C很不稳定,易发生衰变,其半衰期为5 730年,衰变时会放出β射线,试写出有关核反应方程;
(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年月约有多少年?
答案 (1)见解析
(2)17 190年
解析 (1)N+n―→C+H,C―→C+e,
(2)依题意n==0.125,
解得n=3,则t=5 730年×3=17 190年.
13.(8分)已知氘核的质量mD=3.344 6×10-27 kg.假如用入射光子照射氘核使其分为质子和中子,质子质量mp=1.672 6×10-27 kg,中子质量mn=1.674 9×10-27 kg.求入射光子的频率.
答案 3.94×1020Hz
解析 氘核分为质子和中子,增加的质量为
Δm=mp+mn-mD
=(1.672 6+1.674 9-3.344 6)×10-27 kg
=0.002 9×10-27 kg.
吸取的入射光子的能量为
E=Δmc2=0.002 9×10-27×(3×108)2 J=2.61×10-13 J.
由公式E=hν知,入射光子的频率为
ν==Hz≈3.94×1020 Hz.
14.(12分)用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核(B),产生锂核(Li)和α粒子.已知中子质量mn=1.008 665 u,硼核质量mB=10.016 77 u,锂核质量mLi=7.018 22 u,α粒子质量mα=4.002 60 u.
(1)写出该反应的核反应方程;
(2)求出该反应放出的能量ΔE;
(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能,则锂核和α粒子的动能各是多少?(1 u相当于931.5 MeV)
答案 (1)B+n―→Li+He
(2)4.30 MeV
(3)1.56 MeV 2.74 MeV
解析 依据质量数和电荷数守恒写出核反应方程,由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能,再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能.
(1)核反应方程为B+n―→Li+He.
(2)核反应过程中的质量亏损为
Δm=(10.016 77 u+1.008 665 u)-(7.018 22 u+4.002 60 u)=0.004 615 u,
释放出的能量为
ΔE=0.004 615×931.5 MeV=4.30 MeV.
(3)依据动量守恒定律有mLivLi=mαvα,
由动能定义式有EkLi=mLiv,Ekα=mαv,
联立有==,
依据能量守恒有EkLi+Ekα=ΔE=4.30 MeV,
解得锂核和α粒子的动能分别为
EkLi=1.56 MeV,Ekα=2.74 MeV.
15.(12分)如图甲所示,静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应,即Li+n―→H+He,若已知He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:
(1)H的速度大小和方向;
(2)在图乙中,已画出并标明两粒子的运动轨迹,请计算出轨道半径之比;
(3)当He旋转三周时,粒子H旋转几周?
答案 (1)大小为1.0×103 m/s,方向与v0相反
(2)3∶40 (3)2周
解析 (1)反应前后动量守恒:m0v0=m1v1+m2v2(v1为氚核速度,m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)
代入数值可解得:
v1=-1.0×103 m/s,方向与v0相反.
(2)H和He在磁场中均受洛伦兹力,做匀速圆周运动的半径之比
r1∶r2=∶=3∶40.
(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比
T1∶T2=∶=3∶2
所以它们的旋转周数之比:
n1∶n2=T2∶T1=2∶3,即He旋转三周,H旋转2周.
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