高中物理人教版 (新课标)选修1第三章 核能综合与测试课后测评

第三章测评

一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分;在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对得5分,选不全得3分,有选错或不答的得0分)

1.关于天然放射现象,下列说法中正确的是(　　)

A.β衰变说明原子核里有电子

B.某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后,核内中子数减少4个

C.放射性物质的温度升高,其半衰期将缩短

D.γ射线的电离作用很强,可用来消除有害静电

解析:β衰变是一个中子衰变成一个质子并放出一个电子,原子核里没有电子,A错误。由衰变规律可知,B正确。原子核的半衰期与物理条件无关,C错误。γ射线的电离作用差,消除静电的效果不好,D错误。

答案:B

2.用α粒子轰击铝核Al),产生磷核P)和X粒子,磷核P)具有放射性,它衰变后变成硅核Si)和Y粒子,则X粒子和Y粒子分别是(　　)

A.质子H、电子e

B.质子H、正电子e

C.中子n、电子e

D.中子n、正电子e

解析:核反应方程为AlHen,衰变方程为Sie。由两方程知,X粒子是中子n,Y粒子是正电子e。D正确。

答案:D

3.若元素A的半衰期为4天,元素B的半衰期为5天,则相同质量的A和B,经过20天后,剩下的元素A、B的质量之比mA∶mB为(　　)

A.30∶31　　　　　　　　

B.3∶30

C.1∶2 

D.2∶1

解析:由m=m0(知

mA∶mB=1∶2。

选项C正确。

答案:C

4.首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是LiH→He,已知mLi=7.016 0 u,mH=1.007 8 u,mHe=4.002 6 u,则该核反应方程中的k值和质量亏损分别是(u是原子质量单位)(　　)

A.1和4.021 2 u 

B.1和2.005 6 u

C.2和0.018 6 u 

D.2和1.997 0 u

解析:由电荷数与质量数守恒可得,k=2;质量亏损Δm=mLi+mH-2mHe=0.018 6 u,选项C正确。

答案:C

5.如图所示,x为未知的放射源,L为薄铝片,若在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,则x可能是(　　)

A.α和β的混合放射源

B.纯α放射源

C.α和γ的混合放射源

D.纯γ放射源

解析:此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力。在放射源和计数器之间加上铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透力很弱的粒子,即α粒子,在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀速磁场,计数器的计数率不变,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。故正确选项为C。

答案:C

6.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放射出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是(　　)

A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个原子核

B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的

C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱

D.发生α衰变时,生成的核与原来的核相比,中子数减少了4个

解析:半衰期是对于大量原子核的统计规律,对个别原子核不适用,所以4个氡原子核经过7.6天(2个半衰期)发生衰变的个数是随机的,具有不确定性,所以选项A错误;β衰变所释放的电子实质上是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的,所以选项B正确;在α衰变和β衰变过程中要伴随着γ射线的产生,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,所以选项C正确;发生α衰变时,生成核与原来的核相比,质子数和中子数都减少了2个,所以选项D错误。

答案:BC

7.下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是(　　)

A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型

B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线

C.据图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能

D.据图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量

解析:卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型,则选项A对;放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,而γ射线不带电,它在电磁场中不会偏转,则选项B对;由题图可知,A为重核,B、C为中等质量的核,重核裂变为中等质量的核将向外释放出能量,则选项C对;而D、E为轻核,轻核聚变成较大质量的原子核时要向外释放巨大的能量,则选项D错。综上所述,选项A、B、C正确。

答案:ABC

8.核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天,会释放β射线;铯137是铯133的同位素,半衰期约为30年,发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是(　　)

A.碘131释放的β射线由氦核组成

B.铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量

C.与铯137相比,碘131衰变更慢

D.铯133和铯137含有相同的质子数

解析:β射线是高速运动的电子流,A项错误;γ光子的频率比可见光光子的频率大,所以γ光子的能量比可见光光子的能量高,B项错误;碘131的半衰期比铯137的半衰期短,碘131衰变得快,C项错误;同位素的质量数不同而质子数相同,所以铯133和铯137含有相同的质子数,D项正确。

答案:D

9.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程,表述正确的有(　　)

AHen是核聚变反应

BHen是β衰变

CBaKr+n是核裂变反应

DXeSr+n是α衰变

解析:衰变过程是原子核自发进行的,同时应产生α或β粒子,可判断出B、D是错误的,A是核聚变反应,C是核裂变反应,A、C正确。

答案:AC

10.本题中用大写字母代表原子核。E经α衰变成为F,再经β衰变成为G,再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式:

EFGH

另一系列衰变如下:

PQRS

已知P是F的同位素,则(　　)

A.Q是G的同位素,R是H的同位素

B.R是E的同位素,S是F的同位素

C.R是G的同位素,S是H的同位素

D.Q是E的同位素,R是F的同位素

解析:本题考查同位素的概念及α衰变和β衰变的规律。设同位素P、F的核电荷数为Z,质量数分别为A、A',由衰变过程,则有

H,

S。

由此衰变关系可知,R是E的同位素,S是F的同位素。故正确选项为B。

答案:B

二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)

11.核反应堆的燃料是　　　　,用石墨、重水等作为　　　　,使裂变时产生的中子速度减小,易于被铀核吸收;用镉棒　　　　以控制核反应的　　　　,再用水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量。 

解析:核电站的核反应堆中核反应的燃料是铀235,一般都是用石墨和重水等作为中子的减速剂,使铀235裂变时产生的中子的速度减小,变为慢中子易于被铀核吸收;用镉棒吸收中子以控制核反应的速度,使核反应在可控制的条件下进行,即保证核反应堆正常工作。

答案:铀235　减速剂　吸收中子　速度

12.核电站发生的核泄漏事故严重污染环境。在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性元素,它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中,有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程,它们分别是　　　　和　　　　(填入正确选项前的字母)。131I和137Cs原子核中的中子数分别是　　　　和　　　　。 

A.X1Ban

B.X2Xee

C.X3Bae

D.X4Xep

解析:由质量数和核电荷数守恒可以得出选项B、C正确。由B、C方程可知131I和137Cs原子核的核电荷数分别为53、55,所以131I的中子数为131-53=78,137Cs的中子数为137-55=82。

答案:B　C　78　82

三、解答题(本题共3小题,共34分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

13.(10分)放射性元素Ra衰变成Pb,需要经过多少次α衰变和多少次β衰变?试写出其核反应方程式。

解析:如果经过x次α衰变,新核质量数应减少4x,核电荷数减少2x;如果经过y次β衰变,新核质量数不变,核电荷数增加y。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可得

226-4x=206

88-2x+y=82

解出:x=5,y=4

所以Ra经过5次α衰变和4次β衰变而变成Pb,其核反应方程是:

RaPb+He+e。

答案:5　4RaPb+He+e

14.(12分)放射性同位元素C被考古学家称为“碳钟”,它可用来断定古生物体的年代,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C很不稳定,易发生衰变,其半衰期为5 730年,放出β射线,试写出有关核反应方程。

(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?

解析:(1e。

(2)依题意得:()n==0.125,解得n=3,则t=5 730×3年=17 190年。

答案:(1)见解析　(2)17 190年

15.(12分)现在世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术,以解决能源危机问题,热核反应中所用的燃料——氘,在地球上储量非常丰富,1 L海水中大约有0.03 g氘,如果用来进行热核反应,放出的能量约与燃烧300 L汽油相当,若氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,光速为c,阿伏加德罗常数为NA,氘的摩尔质量为m0。

(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程。

(2)质量为M的氘参与上述聚变反应可释放出多少能量?

解析:(1He。

(2)核反应的质量亏损为

Δm=2m1-m2,

ΔE=Δmc2=(2m1-m2)c2。

据题意得,质量为M的氘中的氘核数为n=。

质量为M的氘核参与聚变放出的能量为

E=。

答案:(1)见解析

(2)