志鸿优化设计高中物理 第十九章 过关检测（含解析）新人教版选修3-5

第十九章过关检测

(时间:45分钟 满分:100分)

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

1.由原子核的衰变规律可知( )

A.放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线 B.放射性元素发生β衰变时,新核的化学性质不变 C.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制

D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质量数不变,核电荷数增加1 答案:C

解析:一次衰变不可能同时产生α射线和β射线,只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线;原子核发生衰变后,新核的核电荷数发生了变化,故新核(新的物质)的化学性质应发生改变;发生正电子衰变,新核质量数不变,核电荷数减少1。

2.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( ) A.夸克、轻子、胶子等粒子 B.质子和中子等强子

C.光子、中微子和电子等轻子 D.氢核、氘核、氦核等轻核 答案:A

解析:宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再之后是中子和质子组成氘核,并形成氢核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确,B、C、D的产生都在A之后,故B、C、D错误。

3.太阳放出的大量中微子向地球飞来,但实验测定的数目只有理论的三分之一,后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致,则τ子的运动方向( ) A.一定与μ子同方向 B.一定与μ子反方向

C.一定与μ子在同一直线上 D.不一定与μ子在同一直线上 答案:C

解析:中微子衰变成μ子和τ子,满足动量守恒,μ子的速度方向与中微子原来的方向一致,τ子的运动方向必定也在这条直线上,选项C是正确的。 4.(2013·天津理综)下列说法正确的是( )

A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B.α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流 C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 答案:C

解析:原子核发生衰变时遵循电荷数守恒、质量数守恒的规律,选项A错误;γ射线是不带电的高速光子流,选项B错误;由氢原子跃迁规则可知,原子向基态跃迁时只能辐射出特定频率的光子,选项C正确;光电子的最大初动能与入射光的频率及金属的种类有关,与入射光的强度无关,选项D错误。

5.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 N+Q1C+X+Q2

方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表: 原子核 质量/u H He He C N N 1.007 3.016 4.002 12.000 13.005 15.000 8 0 6 0 7 1 以下推断正确的是( )

A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1 C.X是He,Q2

解析:由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒知:X是He,排除A、C选项;由题知:前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,而后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,故Q2>Q1,D错误,B正确。

6.月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3He)”的化学元素,这是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3He)”与氘核的聚变,下列说法中正确的是( ) A.核反应方程为HeHHeH

B.核反应生成物的质量将大于反应物质量

C.氦3He)一个核子的结合能大于氦4He)一个核子的结合能 D.氦3He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 答案:AD

解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为HeHHeH,A对;根据比结合能曲线可知氦3He)一个核子的结合能小于氦4He)一个核子的结合能,所以核反应中释放了能量,质量发生亏损,B、C错,D对。

7.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式,即原子核俘获一个核外电子,核内一个质子变为中子,原子核衰变成一个新核,并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)。若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计),则( ) A.生成的新核与衰变前的原子核质量数相同 B.生成新核的电荷数增加

C.生成的新核与衰变前的原子核互为同位素 D.生成的新核与中微子的动量大小相等 答案:AD

解析:发生“轨道电子俘获”时,一个质子变为中子,质子与中子的总量不变,所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同,选项A正确;新核质子数减少,故核电荷数减少,选项B错误;新核与原核质子数不同,不能称它们互为同位素,选项C错误;以静止原子核及被俘获电子为系统,系统动量守恒,系统初动量为零,所以生成的新核与中微子的动量大小相等,方向相反,选项D正确。

8.下列说法正确的是( ) AHe是α衰变方程

BHe+γ是核聚变反应方程 CThHe是核裂变反应方程

DHeAln是原子核的人工转变方程 答案:BD

解析:原子核放出α粒子是衰变,A项不是α衰变,C项是α衰变,A、C两项都错误。本题B、D两项正确。

二、填空题(每小题10分,共20分,把答案填在相应的横线上)

9.碘131核不稳定,会发生β衰变,其半衰期为8天。

(1)碘131核的衰变方程I→ (衰变后的元素用X表示)。 (2)经过 天有75%的碘131核发生了衰变。 答案:(1e (2)16

解析:(1)衰变过程遵循核电荷数和质量数守恒,有

I→e。

(2)根据半衰期的定义可知,经2个半衰期的时间即16天,共有的碘发生了衰变。

10.一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为 。该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为 。 答案H

解析:设某原子核的质量数为x,核电荷数为y,根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得:x+1=2,0+y=1,联立两式解得:x=1,y=1,该原子核为质子,核反应方程式为H。核反应放出能量为Q时, H的比结合能为。

三、计算题(每小题16分,共32分)

11.回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展。当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”,它在医疗诊断中,常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得,同时还产生另一粒子,试写出核反应方程。若碳11的半衰期τ为20 min,经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几?(结果取两位有效数字) 答案He 1.6%

解析:核反应方程为

He

设碳11原有质量为m0,经过t=2.0 h剩余的质量为m,根据半衰期定义有 =(=(≈1.6%。

12.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种: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,由恒星内部氢核聚变反应生成的。

(1)把轻核聚变反应简化为4个氢核H)聚变成氦核He),同时放出两个正电子e)和两个中微子(ν),请写出氢核聚变反应的方程式,并计算一次反应释放的能量。

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(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×10s,每秒钟银河系产生的能量约为1×10J(即

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P=1×10 J/s),现假定该能量全部来自于上述轻核聚变反应,试估算银河系中氦的质量(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。

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〔可能用到的数据:银河系质量为M=3×10 kg,原子质量单位1 u=1.66×10 kg,1 u相当于

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1.5×10 J的能量,电子质量Me=0.000 5 u,氦核质量Mα=4.002 6 u,氢核质量MH=1.007 8 u,中微子(ν)质量为零。〕

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答案:(1)He+e+2ν 4.2×10 J (2)6×10 kg (3)宇宙诞生后不久产生的 解析:(1)核反应方程式:He+e+2ν

其质量亏损为Δm=4MH-Mα-2Me=0.028 11 u 所以一次反应释放的能量

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ΔE=Δmc=0.028 11×1.5×10 J

-12

=4.2×10 J。

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(2)银河系中氦的质量m=·Mα=6×10 kg。 (3)银河系中氦的质量占银河系质量的百分比 k=×100%=2% 显然k=2%<25%

所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的。