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高中物理人教版 (新课标)选修3第十九章 原子核综合与测试课后作业题
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修3第十九章 原子核综合与测试课后作业题，共8页。试卷主要包含了选择题，填空题，论述·计算题等内容，欢迎下载使用。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，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．某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是eq \x(导学号 96140496)( )
答案：B
解析：设这些同位素的质子数为Z，由A＝N＋Z可知，当中子数N增大时，质量数A也增大，选项A、D均错误；而元素的质子数Z不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，选项B正确，C错误。
2．(河北衡水中学2015～2016学年高二上学期调研)如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是eq \x(导学号 96140497)( )
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
答案：D
解析：γ射线是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误。α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确。
3．(黄石市有色一中2015～2016学年高二下学期期中)一质量为M的矿石中含有放射性元素钚，其中钚238的质量为m，已知钚的半衰期为88年，那么下列说法中正确的是eq \x(导学号 96140498)( )
A．经过176年后，这块矿石中基本不再含有钚
B．经过176年后，原来含有钚元素的原子核有eq \f(m,4)发生了衰变
C．经过264年后，钚元素的质量还剩eq \f(m,8)
D．经过88年后该矿石的质量剩下eq \f(m,2)
答案：C
解析：半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间，经过176年后，也就是2个半衰期，则还剩eq \f(m,4)质量的原子核没有发生衰变，故A、B错误；经过264年后，也就是3个半衰期，钚元素的质量还剩eq \f(m,8)，故C正确；经过88年后该矿石的质量不变，只是其中钚238的质量变成eq \f(m,2)，故D错误。故选C。
4．若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：
Eeq \(――→,\s\up7(α))Feq \(――→,\s\up7(β))Geq \(――→,\s\up7(α))H
另一系列衰变如下：
Peq \(――→,\s\up7(β))Qeq \(――→,\s\up7(β))Req \(――→,\s\up7(α))S
已知P和F是同位素，则eq \x(导学号 96140499)( )
A．Q和G是同位素，R和H是同位素
B．R和E是同位素，S和F是同位素
C．R和E是同位素，S和H是同位素
D．Q和E是同位素，R和F是同位素
答案：B
解析：由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
n＋2Eeq \(――→,\s\up7(α))nFeq \(――→,\s\up7(β))n＋1Geq \(――→,\s\up7(α))n－1H
nPeq \(――→,\s\up7(β))n＋1Qeq \(――→,\s\up7(β))n＋2Req \(――→,\s\up7(α))nS
由此可以看出R和E是同位素，S和F是同位素，Q和G是同位素。
5．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核eq \\al(30,15)P，放出一个正电子后变成原子核eq \\al(30,14)Si，下列各图中近似反映正电子和Si核轨迹的图是eq \x(导学号 96140500)( )
答案：B
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核的运动方向一定相反，且由于它们都带正电，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨迹，选项C、D错。因为由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝meq \f(v2,r)，所以半径r＝eq \f(mv,qB)。衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中正电子和Si核做匀速圆周运动的半径与它们的电量成反比，即eq \f(re,rSi)＝eq \f(qSi,qe)＝14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故选项B正确，选项A错误。
6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：
eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7)N＋Q1 eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X＋Q2
方程式中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
以下推断正确的是eq \x(导学号 96140501)( )
A．X是eq \\al(3,2)He，Q2>Q1B．X是eq \\al(4,2)He，Q2>Q1
C．X是eq \\al(3,2)He，Q2答案：B
解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为eq \\al(4,2)He，所以A、C错。由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以B正确，D错，正确答案为B。
7．(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)下列关于核反应及衰变的表述正确的有eq \x(导学号 96140502)( )
A．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是轻核聚变
B． X＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H中，X表示eq \\al(3,2)He
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D． β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
答案：AC
解析：根据反应方程中的守恒量可判B错；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，C正确；β衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D错。
8．一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍。则下列判断中正确的是eq \x(导学号 96140503)( )
A．核反应方程为eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(28,14)Si
B．核反应方程为eq \\al(27,14)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(27,14)Si＋eq \\al(1,0)n
C．硅原子核速度的数量级为107m/s
D．硅原子核速度的数量级为105m/s
答案：AD
解析：核反应方程为eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(28,14)Si，由动量守恒定律得m×1.4×107＝28mv′，解得v′＝5×105m/s，因此选项A、D正确。
9．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素eq \\al(239, 94)Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为eq \\al(239, 94)Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是eq \x(导学号 96140504)( )
A．X原子核中含有92质子
B．100个eq \\al(239, 94)Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
答案：AD
解析：根据“电荷数”守恒，可知A选项正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所以B错；放出能量质量减少，C错；γ光子穿透能力很强，D正确。
10．(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)下列四幅图的有关说法中正确的是eq \x(导学号 96140505)( )
A．甲图中，球m1以速度v碰静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于重核的裂变
答案：BD
解析：甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后m2的速度不大于v，故A错误；乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故B正确；丙图中，由左手定则可知，甲带正电，则甲射线由α粒子组成，乙不带电，射线乙是γ射线，丙射线粒子带负电，则丙射线由电子组成，故C错误；图丁中链式反应属于重核裂变，故D正确，故选B、D。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共2小题，每小题7分，共14分。把答案直接填在横线上)
11．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。eq \x(导学号 96140506)
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图甲)。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是________。
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后( )
A．沉入海底B．放至沙漠
C．运到月球D．深埋地下
(3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。
答案：(1)混凝土 (2)D (3)β γ(或β和γ)
12．(1)在核反应eq \\al(1,0)n＋X→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为________。若eq \\al(1,0)n、X核、eq \\al(3,1)H和eq \\al(4,2)He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________。eq \x(导学号 96140507)
(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是________________。
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是______________________________。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li [m1＋mX－(m3＋m4)]c2 (2)见解析 (3)见解析
解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为eq \\al(6,3)Li，核反应后的质量亏损
Δm＝m1＋mX－(m3＋m4)，
所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2。
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。
三、论述·计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(10分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次，若将它注射到一位病人的血管中，15h后从该病人身上抽取10mL血液，测得血样每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期为5h，此病人全身血液总量为多少L。eq \x(导学号 96140508)
答案：3.75
解析：两次测量的时间间隔为15h，即3个半衰期。第一次测量时每分钟衰变6000次，3个半衰期后，每分钟衰变次数应为eq \f(6000,23)＝750(次)，现10mL血液中每分钟衰变2次，故血液总量应是eq \f(750,2)×10mL＝3750mL＝3.75L。
14．(11分)(浙江温州十校联合体2015～2016学年高二下学期期末)静止在匀强磁场中的eq \\al(6,3)Li核俘获一个运动方向垂直于磁场速度大小为7.7×104m/s的中子，若发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq \\al(4,2)He)。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹如图所示， 核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40:3。则：eq \x(导学号 96140509)
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求产生的未知新粒子的速度。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H (2)1×103m/s 方向与中子速度方向相反
解析：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H
(2)设中子(eq \\al(1,0)n)、氦核(eq \\al(4,2)He)、氘核(eq \\al(3,1)H)的质量分别为m1、m2、m3，速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3
设粒子做匀速圆周运动的半径为r，由qvB＝meq \f(v2,r)，得
r＝eq \f(mv,qB)
因eq \f(r2,r3)＝eq \f(40,3)，可得：v2＝20v3
由径迹图象可知v2与v1同向，v3与v1反向，即
m1v1＝20m2v3－m3v3，
得v3＝1×103m/s，方向与中子速度方向相反。
15．(12分)已知铀235核裂变时的核反应方程为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，一个铀235核裂变时，能释放200MeV的能量，则1kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为2.94×107J/kg的煤所放出的能量？eq \x(导学号 96140510)
答案：8.2×1013J 2789t
解析：首先求出1kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知求解。
1 kg铀235中含有的原子核数为eq \f(1000,235)×6.02×1023个＝2.562×1024个。
每个铀核裂变能放出200MeV的能量，则1kg铀核裂变能释放ΔE＝2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026MeV＝5.124×1032×1.6×10－19J＝8.2×1013J，
设与1kg铀235相当的的优质煤的质量为m，则有
m＝eq \f(8.2×1013,2.94×107)kg＝2.789×106kg＝2789 t。
16．(13分)(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2，正对太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。eq \x(导学号 96140511)
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(eq \\al(4,2)He)，写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？
(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27kg，则m＝1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？
(4)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？(太阳的质量为2×1030kg，结果保留一位有效数字)
答案：(1)4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e (2)15% (3)1.3×1011s (4)5×109年
解析：(1)核反应方程：4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e
(2)效率是：η1＝eq \f(UI,P0S)＝15%
(3)∵ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.15×10－12J
而eq \f(mNAΔE,4M)＝(UI－I2R)t
解得t＝1.30×1011s
(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝0.4×1010kg
太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为
t＝eq \f(ΔM,Δm)＝eq \f(2×1030×3×10－4,0.4×1010)s＝1.5×1017s＝5×109年。
原子核
eq \\al(1,1)H
eq \\al(3,2)He
eq \\al(4,2)He
eq \\al(12, 6)C
eq \\al(13, 7)N
eq \\al(15, 7)N
质量/u
1.0078
3.0160
4.0026
12.0000
13.0057
15.0001
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，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．某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是eq \x(导学号 96140496)( )
答案：B
解析：设这些同位素的质子数为Z，由A＝N＋Z可知，当中子数N增大时，质量数A也增大，选项A、D均错误；而元素的质子数Z不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，选项B正确，C错误。
2．(河北衡水中学2015～2016学年高二上学期调研)如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是eq \x(导学号 96140497)( )
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
答案：D
解析：γ射线是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误。α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确。
3．(黄石市有色一中2015～2016学年高二下学期期中)一质量为M的矿石中含有放射性元素钚，其中钚238的质量为m，已知钚的半衰期为88年，那么下列说法中正确的是eq \x(导学号 96140498)( )
A．经过176年后，这块矿石中基本不再含有钚
B．经过176年后，原来含有钚元素的原子核有eq \f(m,4)发生了衰变
C．经过264年后，钚元素的质量还剩eq \f(m,8)
D．经过88年后该矿石的质量剩下eq \f(m,2)
答案：C
解析：半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间，经过176年后，也就是2个半衰期，则还剩eq \f(m,4)质量的原子核没有发生衰变，故A、B错误；经过264年后，也就是3个半衰期，钚元素的质量还剩eq \f(m,8)，故C正确；经过88年后该矿石的质量不变，只是其中钚238的质量变成eq \f(m,2)，故D错误。故选C。
4．若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：
Eeq \(――→,\s\up7(α))Feq \(――→,\s\up7(β))Geq \(――→,\s\up7(α))H
另一系列衰变如下：
Peq \(――→,\s\up7(β))Qeq \(――→,\s\up7(β))Req \(――→,\s\up7(α))S
已知P和F是同位素，则eq \x(导学号 96140499)( )
A．Q和G是同位素，R和H是同位素
B．R和E是同位素，S和F是同位素
C．R和E是同位素，S和H是同位素
D．Q和E是同位素，R和F是同位素
答案：B
解析：由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
n＋2Eeq \(――→,\s\up7(α))nFeq \(――→,\s\up7(β))n＋1Geq \(――→,\s\up7(α))n－1H
nPeq \(――→,\s\up7(β))n＋1Qeq \(――→,\s\up7(β))n＋2Req \(――→,\s\up7(α))nS
由此可以看出R和E是同位素，S和F是同位素，Q和G是同位素。
5．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核eq \\al(30,15)P，放出一个正电子后变成原子核eq \\al(30,14)Si，下列各图中近似反映正电子和Si核轨迹的图是eq \x(导学号 96140500)( )
答案：B
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核的运动方向一定相反，且由于它们都带正电，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨迹，选项C、D错。因为由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝meq \f(v2,r)，所以半径r＝eq \f(mv,qB)。衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中正电子和Si核做匀速圆周运动的半径与它们的电量成反比，即eq \f(re,rSi)＝eq \f(qSi,qe)＝14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故选项B正确，选项A错误。
6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：
eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7)N＋Q1 eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X＋Q2
方程式中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
以下推断正确的是eq \x(导学号 96140501)( )
A．X是eq \\al(3,2)He，Q2>Q1B．X是eq \\al(4,2)He，Q2>Q1
C．X是eq \\al(3,2)He，Q2
解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为eq \\al(4,2)He，所以A、C错。由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以B正确，D错，正确答案为B。
7．(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)下列关于核反应及衰变的表述正确的有eq \x(导学号 96140502)( )
A．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是轻核聚变
B． X＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H中，X表示eq \\al(3,2)He
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D． β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
答案：AC
解析：根据反应方程中的守恒量可判B错；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，C正确；β衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D错。
8．一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍。则下列判断中正确的是eq \x(导学号 96140503)( )
A．核反应方程为eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(28,14)Si
B．核反应方程为eq \\al(27,14)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(27,14)Si＋eq \\al(1,0)n
C．硅原子核速度的数量级为107m/s
D．硅原子核速度的数量级为105m/s
答案：AD
解析：核反应方程为eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(28,14)Si，由动量守恒定律得m×1.4×107＝28mv′，解得v′＝5×105m/s，因此选项A、D正确。
9．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素eq \\al(239, 94)Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为eq \\al(239, 94)Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是eq \x(导学号 96140504)( )
A．X原子核中含有92质子
B．100个eq \\al(239, 94)Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
答案：AD
解析：根据“电荷数”守恒，可知A选项正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所以B错；放出能量质量减少，C错；γ光子穿透能力很强，D正确。
10．(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)下列四幅图的有关说法中正确的是eq \x(导学号 96140505)( )
A．甲图中，球m1以速度v碰静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于重核的裂变
答案：BD
解析：甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后m2的速度不大于v，故A错误；乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故B正确；丙图中，由左手定则可知，甲带正电，则甲射线由α粒子组成，乙不带电，射线乙是γ射线，丙射线粒子带负电，则丙射线由电子组成，故C错误；图丁中链式反应属于重核裂变，故D正确，故选B、D。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共2小题，每小题7分，共14分。把答案直接填在横线上)
11．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。eq \x(导学号 96140506)
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图甲)。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是________。
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后( )
A．沉入海底B．放至沙漠
C．运到月球D．深埋地下
(3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。
答案：(1)混凝土 (2)D (3)β γ(或β和γ)
12．(1)在核反应eq \\al(1,0)n＋X→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为________。若eq \\al(1,0)n、X核、eq \\al(3,1)H和eq \\al(4,2)He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________。eq \x(导学号 96140507)
(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是________________。
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是______________________________。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li [m1＋mX－(m3＋m4)]c2 (2)见解析 (3)见解析
解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为eq \\al(6,3)Li，核反应后的质量亏损
Δm＝m1＋mX－(m3＋m4)，
所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2。
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。
三、论述·计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(10分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次，若将它注射到一位病人的血管中，15h后从该病人身上抽取10mL血液，测得血样每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期为5h，此病人全身血液总量为多少L。eq \x(导学号 96140508)
答案：3.75
解析：两次测量的时间间隔为15h，即3个半衰期。第一次测量时每分钟衰变6000次，3个半衰期后，每分钟衰变次数应为eq \f(6000,23)＝750(次)，现10mL血液中每分钟衰变2次，故血液总量应是eq \f(750,2)×10mL＝3750mL＝3.75L。
14．(11分)(浙江温州十校联合体2015～2016学年高二下学期期末)静止在匀强磁场中的eq \\al(6,3)Li核俘获一个运动方向垂直于磁场速度大小为7.7×104m/s的中子，若发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq \\al(4,2)He)。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹如图所示， 核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40:3。则：eq \x(导学号 96140509)
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求产生的未知新粒子的速度。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H (2)1×103m/s 方向与中子速度方向相反
解析：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H
(2)设中子(eq \\al(1,0)n)、氦核(eq \\al(4,2)He)、氘核(eq \\al(3,1)H)的质量分别为m1、m2、m3，速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3
设粒子做匀速圆周运动的半径为r，由qvB＝meq \f(v2,r)，得
r＝eq \f(mv,qB)
因eq \f(r2,r3)＝eq \f(40,3)，可得：v2＝20v3
由径迹图象可知v2与v1同向，v3与v1反向，即
m1v1＝20m2v3－m3v3，
得v3＝1×103m/s，方向与中子速度方向相反。
15．(12分)已知铀235核裂变时的核反应方程为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，一个铀235核裂变时，能释放200MeV的能量，则1kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为2.94×107J/kg的煤所放出的能量？eq \x(导学号 96140510)
答案：8.2×1013J 2789t
解析：首先求出1kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知求解。
1 kg铀235中含有的原子核数为eq \f(1000,235)×6.02×1023个＝2.562×1024个。
每个铀核裂变能放出200MeV的能量，则1kg铀核裂变能释放ΔE＝2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026MeV＝5.124×1032×1.6×10－19J＝8.2×1013J，
设与1kg铀235相当的的优质煤的质量为m，则有
m＝eq \f(8.2×1013,2.94×107)kg＝2.789×106kg＝2789 t。
16．(13分)(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2，正对太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。eq \x(导学号 96140511)
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(eq \\al(4,2)He)，写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？
(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27kg，则m＝1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？
(4)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？(太阳的质量为2×1030kg，结果保留一位有效数字)
答案：(1)4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e (2)15% (3)1.3×1011s (4)5×109年
解析：(1)核反应方程：4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e
(2)效率是：η1＝eq \f(UI,P0S)＝15%
(3)∵ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.15×10－12J
而eq \f(mNAΔE,4M)＝(UI－I2R)t
解得t＝1.30×1011s
(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝0.4×1010kg
太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为
t＝eq \f(ΔM,Δm)＝eq \f(2×1030×3×10－4,0.4×1010)s＝1.5×1017s＝5×109年。
原子核
eq \\al(1,1)H
eq \\al(3,2)He
eq \\al(4,2)He
eq \\al(12, 6)C
eq \\al(13, 7)N
eq \\al(15, 7)N
质量/u
1.0078
3.0160
4.0026
12.0000
13.0057
15.0001
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