原子物理单元测试

原子物理单元测试

第 - 1 - 页 共 7 页 原子物理单元测试（B 卷） 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共 100 分，考试时间 90 分钟. 第Ⅰ卷（选择题共 40 分） 一、本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分.在每小题给出的四个选项中，有 的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得 4 分，选不全 的得 2 分，有选错或不答的得 0 分. 1 .1999 年 9 月 18 日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两 弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式是 （ ） A. N14 7 + He4 2 → O17 8 + H1 1 B. U235 92 + n1 0 → Sr90 38 + Xe136 54 +10 n1 0 C. U238 92 → Th234 90 + He4 2 D. H2 1 + H3 1 → He4 2 + n1 0 解析：本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分 别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为 BD. 答案 BD 2.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放出α 射线轰击铍时会产生粒子流 a，用粒子流 a 打击石蜡后会打出粒子流 b，经研究知道 （ ） A.a 为质子，b 为中子 B.a 为γ射线，b 为中子 C.a 为中子，b 为γ射线 D.a 为中子，b 为质子 解析：本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项 D 正确. 答案 D 3.下列说法正确的是 （ ） A.α射线和γ射线都是电磁波 B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量 解析：组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内 中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的 物理、化学状态无关，C 对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D 对. 第 - 2 - 页 共 7 页 答案 CD 4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确（ ） 解析：α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据 这个特点可以判断出只有 A 正确. 答案 A 5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在 匀强磁场中的运动轨迹，可以判定 （ ） A.原子核只可能发生β衰变 B.原子核可能发生α衰变或β衰变 C.原子核放出一个 正电子 D.原子核放出一个中子 解析：静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因 为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故 A 正确. 答案 A 6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀 235 以后的副产品，其主要成分为 铀 238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀 238 具有放射性，残留物可长期对环境起 破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结 确的是 （ ） A.铀 238 的衰变方程式为： U238 92 → Th234 90 + He4 2 B. U235 92 和 U238 92 互为同位素 C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变 D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性 解析：本题考查铀 238 的知识. 铀 238 具有放射性，放出一个α粒子，变成钍 234，A 正确. 铀 238 和铀 235 质子数相同，故互为同位素，B 正确. 核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确. 贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组 第 - 3 - 页 共 7 页 成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错. 答案 ABC 7.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座 核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是 （ ） A.它们都是利用核裂变释放原子核能 B.它们都是利用核聚变释放原子核能 C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能 D.以上说法都不正确 解析：本题考查核能的实际利用常识. 秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A 正确. 答案 A 8.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻 水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚 239（ Pu239 94 ）， 这种 Pu239 94 可以由铀 239（ U239 92 ）经过 n 次β衰变而产生，则 n 的值是 （ ） A.2 B.239 C.145 D.92 解析：本题考查核反应方程. 铀 239 衰变成 Pu239 94 的核反应方程是： U239 92 → Pu239 94 +2 e0 1- 可见，n=2. 答案 A 9.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（ ） A.γ射线的贯穿作用 B.α射线的电离作用 C.β射线的贯穿作用 D.β射线的中和作用 解析：本题考查三种射线的特点.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产 生的电荷与带电体的电荷中和.故正确选项为 B. 答案 B 10.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.以上关系都不对 解析：本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损. 故正确选项为 B. 答案 B 第Ⅱ卷（非选择题共 60 分） 二、本题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分.把答案填在题中的横线上. 11.根据宇宙大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽现风采的时期.从大爆炸的 瞬间产生夸克、轻子、胶子等粒子，到电子与原子核结合成原子，先后经历了四个时代，它 们是： 、 、 、 . 第 - 4 - 页 共 7 页 解析：根据宇宙大爆炸理论，“粒子家族”在大爆炸开始，到形成原子这 105 s 时间内， 先后经历了强子时代、轻子时代、核合成时代、复合时代. 答案强子时代轻子时代核合成时代复合时代 12.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe）而获得了 2002 年度诺贝尔物理 学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 t 四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶.电 子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为 ve+ Cl37 17 → Ar37 18 + e0 1- 已知 Cl37 17 的质量为 36.956 58 u, Ar37 18 的质量为 36.956 91 u, e0 1- 的质量为 0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为 93 1.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小 能量为 . 解析：上面核反应过程增加的质量： Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u 应吸收的能量： ΔE=Δmc2=0.000 88×931.5 MeV=0.82 MeV. 答案 0.82 MeV 13.一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量均 为 m，普朗克常量为 h，则这一对光子的频率为 . 解析：本题考查质能方程及光子论. 2mc2=2hv 则 v= h mc 2 . 答案 h mc 2 14.已知质子的质量为 1.007 227 u，中子的质量为 1.008 665 u，它们结合成碳核 C12 6 的 质量为 12.000 000 u，放出的能量为 MeV. 解析：本题考查质能方程. ΔE=Δmc2=［6×(1.007 227+1.008 665)-12］×931.5 MeV=88.8 MeV. 答案 88.8 15.一个中子和一个质子结合成氘核时要放出 2.22 MeV 的能量，这些能量以γ光子的形 式辐射出来.这一过程的核反应方程是 ，质量亏损为 kg, 此 光 子 的 波长为 m. 解析：本题考查核反应方程 及质量亏损. 核反应方程为 H1 1 + n1 0 → H2 1 +γ 由ΔE=Δmc2 得Δm= 2c E =4×10-30 kg 由ΔE=h λ c 得λ= E hc  =5.6×10-13 m. 答案 H1 1 + n1 0 → H2 1 +γ 4×10-30 5.6×10-13 三、本题共 4 小题，共 40 分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演 第 - 5 - 页 共 7 页 算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值 和单位. 16.（8 分）中子 n1 0 、质子 p1 1 、氘核 D 的质量分别为 mn、mp、mD.现用光子能量为 E 的 r 射线照射静止氘核，使之分解.用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能 相等，则中子的动能是多少？ 解析：上述核反应方程是：r+ H2 1 → H1 1 + n1 0 上述核反应因质量亏损放出的能量 ΔE=(mD-mp-mn)c2 质子和中子获得的总动能是：ΔE+E 所以中子的动能为： Ekn= 2 1 (ΔE+E)= 2 1 ［(mD-mp-mn)c2+E］. 答案 r+ H2 1 → H1 1 + n1 0 2 1 ［(mD-mp-mn)c2+E］ 17.（10 分）放射性同位素 C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代， 此项研究获得 1960 年诺贝尔化学奖. （1）宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的 C14 6 ，它很容 易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为 5 730 年.试写出此核反应方程. （2）若测得一古生物遗骸中的 C14 6 含量只有活体中的 12.5%，则此遗骸距今约有多少年？ 解析：本题考查核反应方程及它的实际应用. （1）此衰变的核反应方程： N14 7 + n1 0 → C14 6 + H1 1 C14 6 → N14 7 + e0 1- . （2）活体中的 C14 6 含量不变，生物死亡后，遗骸中的 C14 6 按其半衰期变化，设活体中 C14 6 的含量为 N0，遗骸中的 C14 6 含量为 N，由半衰期的定义得：N=( 2 1 ）  t N0 即 0.125=( 2 1 )  t 所以  t =3 t=3τ=17 190 年. 答案（1） N14 7 + n1 0 → C14 6 + H1 1 C14 6 → N14 7 + e0 1- （2）17 190 18.（10 分） U235 92 受中子轰击时会发生裂变，产生 Ba139 56 和 Kr94 36 ，同时放出能量.已知每 个铀核裂变释放的平均能量为 200 MeV. （1）写出核反应方程; （2）现在要建设发电功率为 5×105 kW 的核电站，用 U235 作核燃料，假设核裂变释放的 第 - 6 - 页 共 7 页 能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗 U235 多少千克？（阿伏加德罗常数取 6.0×1023 mol-1） 解析：（1）核反应方程 U235 92 + n1 0 → Ba139 56 + Kr94 36 +3 n1 0 +200 MeV. （2）电站一天发出的电能 E1=Pt ① 设每天消耗 U235 92 为 m kg，核裂变释放的能量为 E2=m×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235 ② 由能量转化得 E1=ηE2 ③ 由①②③式得 m=1.06 kg. 答案（1） U235 92 + n1 0 → Ba139 56 + Kr94 36 +3 n1 0 +200 MeV （2）1.06 kg 19.(12 分)1920 年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子 相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930 年发现，在真空条件下用α射线轰击铍 （ Be9 4 ）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子.经过研究发现， 这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度 小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核 的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度 vH 和被打出的氮核的最大速度 vN 之比近似等于 15∶2.若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可 以为静止，碰撞过程中没有机械能的损失.已知氢核的质量 MH 与氮核的质量 MN 之比等于 1∶14. （1）写出α射线轰击铍核的核反应方程； （2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线， 而是由中子组成的. 解析：（1） Be9 4 + He4 2 → C12 6 + n1 0 （2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电. 由②可知，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线. 由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明 它们发生的是弹性正碰.设该粒子的质量为 m，碰撞前速度为 v0，与氢核碰撞后速度为 v1，与 氮核碰撞后速度为 v2，则有 mv0=mv1+MHvH 2 1 mv0 2= 2 1 mv1 2+ 2 1 MHvH 2 解得 v H= H 02 Mm mv  同理得 vN= NMm mv  02 由题意知 2 15 N H  v v , 1 14 H N  M M 第 - 7 - 页 共 7 页 解得 m=MH 即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子. 答案（1） Be9 4 + He4 2 → C12 6 + n1 0 （2）略