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2019年高中物理 第3章 原子核與放射性綜合檢測(cè) 魯科版選修3-5 一、選擇題(本大題共7個(gè)小題，每小題6分．每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分．) 1．有關(guān)放射性同位素P的下列說法中正確的是(　　) A.P與X互為同位素 B.P與其同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì) C．用P制成化合物后它的半衰期變短 D．含有P的磷肥釋放正電子，可用來作示蹤原子，以便觀察磷肥對(duì)植物的影響 【解析】　同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)，化學(xué)性質(zhì)相同，A錯(cuò)，B對(duì)；半衰期與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，C錯(cuò)，D對(duì)． 【答案】　BD 2．關(guān)于β衰變中所放出的電子，下列說法正確的是(　　) A．由于它是從原子核中釋放出來的，所以它是原子核的組成部分 B．它是核外電子從內(nèi)層軌道躍遷時(shí)放出的 C．當(dāng)它通過空氣時(shí)，電離作用很強(qiáng) D．它的貫穿本領(lǐng)較強(qiáng) 【解析】　雖然β衰變中的電子是從原子核中釋放出來的，但電子不是原子核的組成部分，原子核由質(zhì)子和中子組成，中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出電子，方程為n―→H＋　0－1e.根據(jù)β射線的性質(zhì)知D正確． 【答案】　D 3．天然放射現(xiàn)象說明(　　) A．原子不是單一的基本粒子 B．原子核不是單一的基本粒子 C．原子內(nèi)部大部分是空的 D．原子是由帶正電和帶負(fù)電的基本粒子組成的 【解析】　天然放射現(xiàn)象是自發(fā)地從原子核里放出粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾略氐默F(xiàn)象，說明原子核不是單一的基本粒子，B正確．α粒子散射現(xiàn)象說明原子內(nèi)大部分是空的．A、C項(xiàng)雖正確但不是天然放射現(xiàn)象說明的． 【答案】　B 4．(xx白沙模擬)如圖1所示是原子核人工轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn) 圖1 裝置示意圖，A是α粒子源，F(xiàn)是鋁箔，S是熒光屏，在容器中充入氮?dú)夂螅罶上出現(xiàn)閃光，該閃光產(chǎn)生的原因是(　　) A．α粒子射到屏S上產(chǎn)生的 B．α粒子轟擊氮核后產(chǎn)生的某種粒子射到屏上產(chǎn)生的 C．α粒子轟擊鋁箔F上打出的某種粒子射到屏上產(chǎn)生的 D．粒子源中放出的γ射線射到屏上產(chǎn)生的 【解析】　該實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是N＋He→O＋H 這是原子核的第一次人工轉(zhuǎn)變，世界第一次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)，而本題出現(xiàn)的閃光是α粒子從氮核里打出的質(zhì)子穿過鋁箔射到屏上產(chǎn)生的． 【答案】　B 圖2 5．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里有一個(gè)原來靜止的放射性碳14，它所放射的粒子與反沖核的軌跡是兩個(gè)相切的圓，圓的半徑比為5∶1，如圖2所示，那么碳的衰變方程是(　　) A.C―→He＋Be B.C―→　0－1e＋B C.C―→e＋N D.C―→H＋B 【解析】　由于兩個(gè)軌跡為外切圓，放出的粒子和反沖核方向相反，由左手定則可知，它們必均為正電荷；而衰變過程中兩者動(dòng)量大小相等，方向相反，由于qBv＝，則R＝因半徑之比為5∶1，它們的電量之比為1∶5，由此可知D正確． 【答案】　D 圖3 6．(xx漳州檢測(cè))如圖3所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．則下面說法中正確的有(　　) A．打在圖中a、b、c三點(diǎn)的依次是α射線、γ射線和β射線 B．α射線和β射線的軌跡是拋物線 C．α射線和β射線的軌跡是圓弧 D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑可能只剩下b 【解析】　由左手定則可知，粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓?。捎讦亮Ｗ铀俣燃s是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場(chǎng)中不可能都做直線運(yùn)動(dòng)，本題選A、C. 【答案】　AC 7．地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對(duì)目前發(fā)現(xiàn)最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算．測(cè)得該巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖4所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的總原子數(shù)．由此可以判斷下列選項(xiàng)正確的是 (　　) 圖4 A．鈾238的半衰期為90億年 B．地球的年齡大約為45億年 C．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4 D．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3 【解析】　據(jù)題意，巖石中鈾含量是形成初期的，即有半數(shù)發(fā)生衰變，由圖像＝時(shí)時(shí)間約為45億年，即半衰期也是地球的大致年齡，故B正確，A錯(cuò)誤；90億年時(shí)有的鈾衰變?yōu)殂U，故鈾、鉛原子數(shù)之比為1∶3，所以D正確，C錯(cuò)誤． 【答案】　BD 二、非選擇題(本大題共5小題，共58分．按題目要求作答．解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位．) 8．(8分)(xx南通高二檢測(cè))放射性元素Th經(jīng)過________次α衰變和________次β衰變變成了穩(wěn)定元素Pb. 【解析】　由于β衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)．因?yàn)槊窟M(jìn)行一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，所以α衰變的次數(shù)為： x＝次＝6次 再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判斷β衰變的次數(shù).6次α衰變，電荷數(shù)應(yīng)減少26＝12個(gè)，而每進(jìn)行一次β衰變，電荷數(shù)增加1，所以β衰變的次數(shù)為 y＝[12－(90－82)]次＝4次 【答案】　6　4 9．(10分)如圖5所示在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的鐳()發(fā)生一次α衰變，生成氡(Rn)時(shí)可能的徑跡圖，其中α粒子的徑跡是________，新核的徑跡為________，核反應(yīng)方程為________． 圖5 【解析】　由動(dòng)量守恒定律可知86Rn與He的運(yùn)動(dòng)方向相反，故軌跡為外切圓，由r＝＝可知，電荷量小的He軌道半徑大． 【答案】　c　d　88Ra―→86Rn＋He 10．(12分)1934年，約里奧居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除了測(cè)到預(yù)料中的中子外，還觀察到了正電子．正電子的質(zhì)量跟電子的質(zhì)量相同，帶一個(gè)單位的正電荷，跟電子的電性正好相反，是電子的反粒子．更意外的是，拿走α粒子放射源以后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍然繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期．原來，鋁箔被α粒子擊中后發(fā)生了如下反應(yīng)：Al＋He→P＋n.這里的P就是一種人工放射性同位素，正電子就是它衰變過程中放射出來的． (1)寫出放射性同位素P放出正電子的核衰變方程． (2)放射性同位素P放出正電子的衰變稱為正β衰變．我們知道原子核內(nèi)只有中子和質(zhì)子，那么正β衰變中的正電子從何而來？ 【解析】　(1)正β衰變過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，P放出正電子的核衰變方程為P→Si＋e. (2)原子核內(nèi)只有質(zhì)子和中子，沒有電子，也沒有正電子，正β衰變是原子核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)換成一個(gè)中子，同時(shí)放出一個(gè)正電子，其衰變方程為：H→e＋n. 【答案】　(1)P→Si＋e (2)一個(gè)質(zhì)子衰變成一個(gè)中子時(shí)放出一個(gè)正電子 11．(14分)靜止的Li俘獲一個(gè)速度為7.7106 m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生兩個(gè)新粒子，其中一個(gè)粒子為He，它的速度大小是8106 m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同． (1)寫出此核反應(yīng)的方程式． (2)求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個(gè)粒子的速度大小是多大及方向如何？ 【解析】　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以寫出方程為 Li＋n→He＋H. (2)用m1、m2和m3分別表示n、He和H的質(zhì)量，用v1、v2和v3分別表示中子、氦核和氚核的速度，由動(dòng)量守恒定律得 m1v1＝m2v2＋m3v3，v3＝ 代入數(shù)值得v3＝－8.1106 m/s 即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為8.1106 m/s，方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反． 【答案】　(1)Li＋n→He＋H (3)8.1106 m/s　與反應(yīng)前中子的速度方向相反 12．(14分)靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè)B核俘獲了一個(gè)速度為v＝7.3104 m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個(gè)新核．測(cè)得α粒子的速度為2104 m/s，方向與反應(yīng)前中子運(yùn)動(dòng)的方向相同，且與磁感線方向垂直． (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)畫出核反應(yīng)生成的兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖(磁感線方向垂直于紙面向外)； (3)求α粒子與新核軌道半徑之比； (4)求α粒子與新核運(yùn)動(dòng)周期之比． 【解析】　(1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得： B＋n→He＋Li. (2)由動(dòng)量守恒定律可以求出新核的速度大小為103 m/s，方向和α粒子的速度方向相反，由于α粒子和新核都帶正電，由左手定則知，它們的運(yùn)動(dòng)方向都是順時(shí)針方向，如圖所示． (3)由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式r＝可求得α粒子和新核的軌道半徑之比是120∶7. (4)由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式T＝可求得α粒子和新核的運(yùn)動(dòng)周期之比是6∶7. 【答案】　(1)B＋n→He＋Li (2)見解析圖 (3)120∶7 (4)6∶7