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1、 第四章 從原子核到夸克 第五章 核能與社會(huì) (時(shí)間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分) 1．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．康普頓發(fā)現(xiàn)了電子 B．盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 C．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象 D．倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線 答案　BCD 解析　湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了倫琴射線，又叫做X射線． 2．放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究的許多方面得到廣泛應(yīng)用的原因是(　　) A．它衰變釋放的核能少，容易控制 B

2、．它衰變緩慢，應(yīng)用效果好 C．它的射線有電離作用和穿透本領(lǐng)，以及對(duì)生物組織有物理、化學(xué)效應(yīng) D．它可作為示蹤原子 答案　CD 3．下列說(shuō)法不正確的是(　　) A.H＋H→He＋n是聚變 B.U＋n→Xe＋Sr＋2n是裂變 C.Ra→Rn＋He是α衰變 D.Na→Mg＋e是裂變 答案　D 解析　原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變．衰變是指原子核放出α粒子或β粒子后，變成新的原子核的變化，如本題中的C和D兩選項(xiàng)．原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新的原子核的過(guò)程．裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像B選項(xiàng)．聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，像A選項(xiàng)．由上述知D選項(xiàng)是

3、錯(cuò)誤的． 4．原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)質(zhì)子．由此可知(　　) A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2 答案　D 解析　本題考查核反應(yīng)方程．由題意可知核反應(yīng)方程為X＋H→He＋H，反應(yīng)過(guò)程中遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可判斷A＝3，Z＝2，選項(xiàng)D正確． 5．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為He＋He―→2H＋He.關(guān)于He聚變，下列表述正確的是(　　) A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量 B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C．聚變反應(yīng)沒(méi)有質(zhì)量虧損

4、D．目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電 答案　B 解析　該聚變反應(yīng)釋放了能量，是因?yàn)榘l(fā)生了質(zhì)量虧損，A、C錯(cuò)；該聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核H，B對(duì)；目前核電站都是用重核裂變發(fā)電而不是用輕核聚變，D錯(cuò)． 6．原子核聚變可望給人類(lèi)未來(lái)提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為 6H―→kHe＋dH＋2n＋43.15 MeV 由平衡條件可知(　　) 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　根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得 12＝4k＋d＋

5、2① 6＝2k＋d② 解①②得k＝2，d＝2. 7．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說(shuō)法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程是H＋n→H＋γ B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c D．γ光子的波長(zhǎng)λ＝ 答案　B 解析　根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為：H＋n→H＋γ，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；聚變過(guò)程中輻射出γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故選項(xiàng)B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量E

6、＝(m1＋m2－m3)c2，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由E＝知，λ光子的波長(zhǎng)λ＝，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 8.U吸收一個(gè)慢中子后，分裂成Xe和Sr，還放出(　　) A．1個(gè)α粒子 B．3個(gè)中子 C．10個(gè)中子 D．10個(gè)質(zhì)子 答案　C 解析　設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過(guò)程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒．由題意可得解得 由此判斷該核反應(yīng)放出的一定是中子，且個(gè)數(shù)是10. 9．(2014新課標(biāo)Ⅱ35(1))在人類(lèi)對(duì)微觀世界進(jìn)行探索的過(guò)程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用．下列說(shuō)法符合歷史事實(shí)的是________． A．密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了基本電荷的數(shù)值 B．貝克勒爾通過(guò)對(duì)天然放射現(xiàn)

7、象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核 C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素 D．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子 E．湯姆遜通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測(cè)出了該粒子的比荷 答案　ACE 解析　密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了物體所帶的電荷量都是某一值的整數(shù)倍，測(cè)出了基本電荷的數(shù)值，選項(xiàng)A正確．貝克勒爾通過(guò)對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，明確了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．居里夫婦通過(guò)對(duì)含鈾物質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)了釙(Po)和鐳(Ra)，選項(xiàng)C正確．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．湯姆遜通過(guò)

8、陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了陰極射線是帶負(fù)電的粒子，并測(cè)出了粒子的比荷，選項(xiàng)E正確． 10．一個(gè)原來(lái)靜止的238U核發(fā)生α衰變，它的兩個(gè)產(chǎn)物在垂直于它們速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它們的軌跡和運(yùn)動(dòng)方向(圖中用箭頭表示)可能是下列圖中的(圖中半徑大小沒(méi)有按比例畫(huà))(　　) 答案　D 解析　由于發(fā)生的是α衰變，產(chǎn)物是兩個(gè)帶正電的粒子，根據(jù)動(dòng)量守恒定律Mv1＋mvα＝0，這兩個(gè)新核的運(yùn)動(dòng)方向相反，受到的洛倫茲力方向相反，即軌跡應(yīng)該是外切圓，再利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，故D項(xiàng)正確． 二、填空題(本題共4小題，共24分) 11．(6分)用α粒子轟擊氬40時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中子

9、和一個(gè)新的核，這個(gè)新的核是________，核反應(yīng)方程是________________________________．用α粒子轟擊硼10，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)具有放射性的核，這個(gè)新的核是________，這個(gè)核能放出正電子，它衰變后變成的新核為_(kāi)_______，核反應(yīng)方程是____________________________． 答案　Ca　Ar＋He→Ca＋n 7N　6C　7N→6C＋e 圖1 12. (6分)貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，揭開(kāi)了人類(lèi)研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕．如圖1中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)中分成A、B、C三束． (1)構(gòu)成A射線的粒子是_

10、_____；構(gòu)成B射線的粒子是________；構(gòu)成C射線的粒子是________． (2)三種射線中，穿透能力最強(qiáng)，經(jīng)常用來(lái)對(duì)金屬探傷的是________射線；電離作用最強(qiáng)，動(dòng)量最大，經(jīng)常用來(lái)轟擊原子核的是____________射線；當(dāng)原子核中的一個(gè)核子由中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)將放出一個(gè)________粒子． (3)請(qǐng)完成以下與上述粒子有關(guān)的兩個(gè)核反應(yīng)方程式： 90Th→91Pa＋________； ________＋Al→P＋n. 答案　(1)電子e(β粒子)　γ光子　氦核He(α粒子)　(2)γ　α　β　(3)　0－1e　He 解析　(1)由a＝可知，在電場(chǎng)中加速度最大的是電子，

11、不偏轉(zhuǎn)的是γ光子，偏轉(zhuǎn)時(shí)加速度較小的是氦核，故A射線的粒子是電子，B射線的粒子是光子，C射線的粒子是氦核． (2)三種射線中，穿透能力最強(qiáng)的是γ射線，電離作用最強(qiáng)的是α射線，在原子核中，一個(gè)核子由中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)將放出一個(gè)負(fù)電子即β粒子． (3)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得90Th→91Pa＋　0－1e He＋Al→P＋n. 13．(6分)歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9 MeV的He.(1 MeV＝1.610－13 J) (1)上述核反應(yīng)方程為_(kāi)________________________________

12、__； (2)質(zhì)量虧損為_(kāi)_______kg. 答案　(1)H＋Li→He＋He　(2)3.110－29 解析　(1)H＋Li→He＋He (2)Δmc2＝E末－E初 Δm＝＝ kg ≈3.110－29 kg 14．(6分)約里奧—居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒子，這種粒子是________.P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù).1 mg P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖2所示，請(qǐng)估算4 mg的P經(jīng)____天的衰變后還剩0.25 mg. 圖2 答案　正電子　60 解析　衰變方程為P→Si＋e，即這種

13、粒子是正電子．由圖像可以看出P的半衰期為15天，則4＝0.25，得t＝60天． 三、計(jì)算題(本題共3小題，共36分) 15．(12分)2008年北京奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館周?chē)?0%～90%的路燈利用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)來(lái)供電，奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水采用全玻璃真空太陽(yáng)能集熱技術(shù)．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽(yáng)內(nèi)部四個(gè)氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(He)和兩個(gè)正電子(e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.007 3 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.002 6 u，正電子的質(zhì)量me＝0.000 5 u,1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量． (1)寫(xiě)出該核反應(yīng)方程； (

14、2)一次這樣的熱核反應(yīng)過(guò)程中釋放出多少能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字) 答案　(1)4H→He＋2e　(2)23.85 MeV 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，該核反應(yīng)方程為： 4H→He＋2e. (2)質(zhì)量虧損： Δm＝4mp－mα－2me＝41.007 3 u－4.002 6 u－20.000 5 u＝0.025 6 u ΔE＝0.025 6931.5 MeV≈23.85 MeV. 16．(12分)(1)美國(guó)科研人員正在研制一種新型鎳銅長(zhǎng)效電池，它是采用銅和半衰期為100年的放射性同位素鎳63(Ni)兩種金屬作為長(zhǎng)壽命電池的材料，利用鎳63(Ni)發(fā)生一次β衰變變成銅(

15、Cu)，同時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63(Ni)和銅片做電池兩極．鎳63(Ni)的衰變方程為_(kāi)_____________________，16 g鎳63經(jīng)過(guò)400年還有________g尚未衰變． (2)一靜止的質(zhì)量為M的鎳核(Ni)發(fā)生β衰變，放出一個(gè)速度為v0，質(zhì)量為m的β粒子和一個(gè)反沖銅核，若鎳核發(fā)生衰變時(shí)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為β粒子和銅核的動(dòng)能．求此衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損(虧損的質(zhì)量在與粒子質(zhì)量相比時(shí)可忽略不計(jì))． 答案　(1)Ni→　0－1e＋Cu　1　(2) 解析　(1)Ni→　0－1e＋Cu；1 (2)設(shè)衰變后銅核的速度為v， 由動(dòng)量守恒得mv0＝(M－m)v 由能量守恒得Δ

16、E＝mv＋(M－m)v2 由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2，解得Δm＝ 17．(12分)钚的放射性同位素94Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)92U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)92U*立即衰變?yōu)殁櫤?2U，并放出能量為0.097 MeV的γ光子．已知：94Pu、92U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u,1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量． (1)寫(xiě)出衰變方程； (2)已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能． 答案　(1)94Pu→92U*＋He　92U*→92U＋γ(或94Pu→92U＋He＋γ)　(2)5.034

17、 MeV 解析　(1)衰變方程為 94Pu→92U*＋He① 92U*→92U＋γ② 或合起來(lái)有94Pu→92U＋He＋γ③ (2)上述衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα④ 放出的能量為ΔE＝c2Δm⑤ 此能量是鈾核92U的動(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥ 由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑦ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速率分別為vU和vα，則由動(dòng)量守恒有mUvU＝mαvα⑧ 又由動(dòng)能的定義知EU＝mUv，Eα＝mαv⑨ 由⑧⑨式得＝⑩ 由⑦⑩式得Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ] 代入題給數(shù)據(jù)得Eα≈5.034 MeV 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375