高中物理 第4章 波与粒子章末综合测评 鲁科版选修3-5

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第4章 波与粒子 (时间：60分钟　满分：100分) 一、选择题(本题共6小题，每小题6分．在每小题给出的五个选项中，有三项是符合题目要求的，选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分．) 1．关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　) A.U→Th＋He是α衰变 B.N＋He→O＋H是β衰变 C.H＋H→He＋n是轻核聚变 D.Se→Kr＋2e是重核裂变 E.U＋n→Ba＋Kr＋3n是重核裂变 【解析】　据核反应各类型特点可知：A、D项均为衰变，A中放出α粒子，A正确，D错误．B项为人工转变，B错误，C项为轻核聚变，E项为重核裂变反应，C、E正确． 【答案】　ACE 2．下列说法中正确的是(　　) A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B．放射性元素的半衰期不会随物理或化学条件的变化而变化 C．约里奥—居里夫人用α粒子轰击铝箔发现了中子 D．原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量 E.He＋N→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应方程 【解析】　放射性元素的半衰期由元素的原子核决定，与化学、物理状态无关，故选项A错误，B正确；由物理学史可知中子是由查德威克发现的，选项C错误；核子结合成原子核放出核能，因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于核原子核的质量，选项D正确；用α粒子轰击氮核生成氧核和质子是卢瑟福发现质子的实验，E正确． 【答案】　BDE 3．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有(　　) 【导学号：18850059】 A．X是中子 B．Y的质子数是3，中子数是6 C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应 E．两个核反应都有核能释放，因此都有质量亏损 【解析】　根据质子数守恒和质量数守恒可知X是中子，A正确；Y的质子数为3，中子数为3，B错误；聚变放出能量，由质能方程可知一定有质量亏损，该反应为核聚变反应，C错误，D、E正确． 【答案】　ADE 4．热核反应是一种理想能源的原因是(　　) A．轻核聚变比重核裂变时释放的能量多 B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C．热核反应的原料在地球上储量丰富 D．热核反应的速度容易控制 E．就每个核子平均释放的能量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多 【解析】　不能说轻核聚变比重核裂变时释放的能量多，但就每个核子平均释放的能量来说，聚变反应平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能，综上所述，B、C、E正确，A、D错误． 【答案】　BCE 5．质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如He是H的“镜像核”，同样H也是He的“镜像核”，则下列说法正确的是(　　) A.N和O互为“镜像核” B.N和C互为“镜像核” C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子 D．核反应H＋H→He＋n的生成物中有α粒子，该反应是α衰变 E．核反应H＋H→He＋n的生成物中虽有α粒子，但该反应属于轻核聚变 【解析】　根据“镜像核”的定义，N和C互为“镜像核”，选项B正确，A错误；β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应H＋H→He＋n的生成物中虽有α粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误，E正确． 【答案】　BCE 6．下列说法中正确的是(　　) 【导学号：18850060】 A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应 B．中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，所以重核裂变要放出能量 C．只要有核反应发生，就一定会释放出核能 D．轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数小于质子数 E．轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数大于质子数 【解析】　太阳的能量来自轻核聚变放出的能量，A正确．中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，B正确．核反应是否释放能量取决于反应前后是否发生了质量亏损，C错误．随核子数增加，若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多，D错误，E正确． 【答案】　ABE 二、非选择题(本题共5小题，共64分，按题目要求作答) 7．(8分)(2015江苏高考)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料.U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积． 【解析】　核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，即产生3个中子．临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积． 【答案】　3　大于 8．(12分)同位素原子在许多方面有着广泛的应用，1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是，拿走α放射源时，铝箔虽不再发射中子，但仍能继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期． (1)写出α粒子轰击铝Al产生中子的核反应方程式； (2)上述产生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式； (3)简要说明放射性同位素的应用，并至少举出两个实际应用的例子． 【解析】　(1)Al＋He→P＋n. (2)P→Si＋e. (3)利用射线辐射育种，作为示踪原子，检查管道等． 【答案】　见解析 9．(14分)(2016苏州一中检测)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条：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，由恒星内部的氢核聚变反应生成的． (1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量． (2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.81017 s，每秒银河系产生的能量约为11037 J(即P＝11037 J/s)．现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(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． (可能用到的数据：银河系质量约为M＝31041 kg，原子质量单位1 u＝1.6610－27 kg,1 u相当于1.510－10 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mp＝1.007 8 u，中微子νe质量为零．) 【解析】　(1)4H→He＋2e＋2νe Δm＝4mp－mα－2me ΔE＝Δmc2＝4.1410－12 J. (2)m＝mα＝6.11039 kg 氦的含量k＝＝＝2%. (3)由估算结果可知，k＝2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的． 【答案】　(1)4H→He＋2e＋2νe　4.1410－12 J　(2)2%　(3)银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 10．(15分)(2015海南高考)运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能． 【解析】　设衰变前原子核X的速度为v0，衰变后放出的α粒子的速度为v，由动量守恒有： Mv0＝m2v 再由反应中能量守恒有 Mv＝m2v2－ΔE 由爱因斯坦质能方程有 ΔE＝Δmc2 而Δm＝M－(m1＋m2) 解之有 ΔE＝m2v2－Mv＝[M－(m1＋m2)]c2 ＝(M－m1－m2)c2 Ekα＝m2v2＝＝c2. 【答案】　(M－m1－m2)c2　c2 11．(15分)足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn，它放射出一个α粒子后变为Po核．假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直，求： (1)α粒子与Po核在匀强磁场中的径迹圆半径之比，画出它们在磁场中运动轨迹的示意图； (2)α粒子与Po核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等) (3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变轨迹示意图有何不同？ 【导学号：18850061】 【解析】　(1)氡核经α衰变的核反应方程为：Rn→Po＋He，衰变的极短过程系统动量守恒，设α粒子速度方向为正，则由动量守恒定律 0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPo α粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力qvB＝，r＝∝， 故＝＝＝，示意图如图甲所示． (2)它们在磁场中运动的周期T＝＝∝，它们的周期之比为＝＝＝， 即109Tα＝84TPo，这样α粒子转109圈，Po核转84圈，两者才相遇．所以，α粒子与Po核两次相遇的时间间隔Δt＝109Tα. (3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于β粒子带负电，反冲核带正电，它们两个衰变时运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且β粒子的轨迹半径大于新核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如乙所示． 【答案】　(1)42∶1　见解析　(2)Δt＝109Tα　(3)见解析