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2018年至2019年高中物理人教选修3-5练习:章末质量评估(四)

下列所述正确的是(  )
A. 强子是参与强相互作用的粒子
B. 轻子是不参与强相互作用的粒子
C. 目前发现的轻子只有8种
D. 夸克有6种,它们带的电荷量分别为元电荷的

【答案】ABD
【解析】根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三大类.强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称. 轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用,而不参与强相互作用的粒子的总称.目前发现的轻子只有6种,分别是电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子,C是错误的。故选ABD。

原子核 表示()
A. 核外有90个电子 B. 核内有234个质子
C. 核内有144个中子 D. 核内有90个核子

【答案】C
【解析】原子核其中234是质量数,90是电荷数,所以Th内有90个质子,中子数234-90=144个,质子和中子统称为核子,所以核内有234个核子,故C正确;A、B、D错误。

科学家发现在月球上含有丰富的(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为:.关于聚变下列表述正确的是(  )
A. 聚变反应不会释放能量
B. 聚变反应产生了新的原子核
C. 聚应反应没有质量亏损
D. 目前核电站都采用聚变反应发电

【答案】B
【解析】
A.核聚变会释放能量,故A错误;
B.由于该核反应的生成物有,故该反应产生了新的原子核,故B正确;
C.根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可以判断核聚变过程中存在质量亏损,故C错误;
D.目前的核电站都采用了U235的核裂变,而核聚变仍处于实验阶段,故D错误.
故选:B.

下列说法中正确的是(  )
A. 核反应堆是人工控制链式反应的装置
B. ,式中d=3
C. β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D. 4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变

【答案】A
【解析】
A.核电站的核心是核反应堆,核反应堆中核的链式反应可以在人工控制下进行,故A正确;
B.根据核反应前后电荷数守恒规律,B选项中的d=2,故B错误;
C.β衰变是原子核内释放出电子的核反应,不是核外电子的逃逸,故C错误;
D.4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后,衰变的结果有多种情况,半衰期是对大量原子核的行为的统计预测,对几个核的衰变无法预测,故D错误.
故选:A

某核反应方程为。已知(1u=931Mev), 的质量为2.0136u, 的质量为3.0180u, 的质量为4.0026u,X的质量为1.0087u,则下列说法中正确的是( )
A. X是中子,该反应释放能量,放出18.27×1016J能量
B. X是中子,该反应释放能量,放出18.90Mev能量
C. X是质子,该反应吸收能量,吸收18.90Mev能量
D. X是中子,该反应吸收能量,吸收18.27×1016 J能量

【答案】B
【解析】核反应方程为满足核电荷数守恒和质量数守恒,X的核电荷数为:1+1-2=0,质量数为:2+3-4=1,故X为中子,核反应释放能量且为: ,故B正确,ACD错误。

下面列出的是一些核反应方程:,其中(  )
A. X是质子,Y是中子,Z是正电子
B. X是正电子,Y是质子,Z是中子
C. X是中子,Y是正电子,Z是质子
D. X是正电子,Y是中子,Z是质子

【答案】D
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒知,X的电荷数为1,质量数为0,则X为正电子;Y的电荷数为0,质量数为1,则Y为中子;Z的电荷数为1,质量数为1,则Z是质子。
故选:D.

原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时,氖核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量。这几种反应的总效果可以表示为。由平衡条件可知( )
A. k="1," d=4 B. k="2," d=2 C. k="1," d=6 D. k="2," d=3

【答案】B
【解析】试题分析:在核反应的过程由质量数守恒可得…①
根据核电荷数守恒可得…②
联立①②两式解得 k=2,d=2.故B正确;

一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是
A. 核反应方程是H+n H+γ
B. 聚变反应中的质量亏损1+m2-m3
C. 辐射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c
D. γ光子的波长

【答案】B
【解析】
试题核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒;聚变反应后质量减小,放出能量;正确利用质能方程求释放的能量;掌握光子能量、频率、波长、光速之间关系.
该核反应方程质量数不守恒,A错误;聚变反应中的质量亏损,故B正确;聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出,故光子能量为E=(m1+m2-m3)c2,故C错误;根据,得光子的波长为:,故D错误.

一个原来静止的原子核,辐射出α粒子,它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动,它们的轨迹和运动方向(图中用箭头表示)可能是下图中哪一个(下图中半径大小没有按比例画)( )



【答案】D
【解析】由于发生的是α衰变,产生物是两个带正电的粒子,根据动量守恒Mv1+mvα=0知这两个新核的运动方向相反,受到的洛伦兹力方向相反,即轨迹应该是外切圆,再利用左手定则,判断洛伦兹力方向,可知选项D是正确的.

我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有:
(1)
(2)
关于这两个方程的下列说法,正确的是(   )
A. 方程(1)中k=10,方程(2)中d=1
B. 方程(2)是氢弹涉及的核反应方程
C. 方程(1)属于轻核聚变
D. 方程(2)属于α衰变

【答案】AB
【解析】
A.由电荷数和质量数守恒,可知(1)中235+1=90+136+k,得k=10;(2)中2+3=4+d,得d=1,故A正确;
BCD.(1)属于重核裂变,是原子弹的一个反应方程式,(2)属于轻核聚变,是氢弹涉及的核反应方程.故B正确.CD错误。
故选:AB

某实验室工作人员,用初速度为v0=0.09c(c为真空中的光速)的α粒子,轰击静止在匀强磁场中的钠原子核,产生了质子.若某次碰撞可看做对心正碰,碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同,质子的运动方向与新核运动方向相反,它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动.通过分析轨迹半径,可得出新核与质子的速度大小之比为1:10,已知质子质量为m.则(  )
A. 该核反应方程是
B. 该核反应方程是
C. 质子的速度约为0.225c
D. 质子的速度为0.09c

【答案】AC
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知,新原子核的质量数:m=23+4﹣1=26,核电荷数:z=11+2﹣1=12,核反应方程为,A正确B错误;质子质量为m,则α粒子、新核的质量分别为4m、26m,设质子的速度为v,对心正碰,选取α粒子运动的方向为正方向,则由动量守恒得,解得,C正确D错误.

月球的表面长期受到宇宙射线的照射,使得“月壤”中的含量十分丰富.科学家认为,是发生核聚变的极好原料,将来也许是人类重要的能源,所以探测月球意义十分重大.关于,下列说法正确的是(  )
A. 的原子核内有三个中子两个质子
B. 的原子核内有一个中子两个质子
C. 发生核聚变,放出能量,一定会发生质量亏损
D. 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起

【答案】BC
【解析】
AB.是氦元素的一种同位素,质量数是3,电荷数是2,原子核内有两个质子一个中子,故A错误、B正确;
C.发生核聚变放出能量就会有质量亏损,故C正确;
D.原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的,而不是靠万有引力紧密结合在一起的,故D错误.
故选:BC

据媒体报道,叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡,英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋().若该元素发生α衰变,其半衰期是138天,衰变方程为,则下列说法中正确的是(  )
A. X原子核含有124个中子
B. X原子核含有206个核子
C. γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
D. 100g的经276天,已衰变的质量为75g

【答案】ABD
【解析】
AB.X原子核中的核子数为210-4=206(个),中子数为206-(84-2)=124(个),故A正确,B正确;
C.γ射线是由于核反应前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出,故C错误;
D.经过两个半衰期,剩余的钋的质量为原来的四分之一,则已衰变的质量为原来的四分之三,故D正确.
故选:ABD

用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(),发生核反应后生成氚核和α粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,中子的质量为m,质子的质量可近似看成m,光速为c.
(1)写出核反应方程;
(2)求氚核和α粒子的速度大小;
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求出质量亏损.

【答案】(1) (2), (3)
【解析】
(1)根据质量数和电荷数守恒,书写核反应方程;
(2)根据动量守恒定律求解α粒子的速度;
(3)根据爱因斯坦质能方程求解核质量亏损;
(1)根据质量与电荷数守恒,则有:
(2)由动量守恒定律得
由题意得,解得:
(3)氚核和α粒子的动能之和为
释放的核能为
由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为

钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子,而铀核激发态立即衰变为铀核,并放出能量为0.097MeV的γ光子.已知:和α粒子的质量分别为mPu=239.0521u、mU=235.043 9u和mα=4.002 6u,1u的质量相当于931.5MeV的能量.
(1)写出衰变方程;
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能.

【答案】(1), (2)5.034MeV
【解析】
根据质量数守恒与电荷数守恒得衰变方程为:
(2)上述衰变过程的质量亏损为△m=mPu﹣mU﹣mα②
放出的能量为△E=c2•△m=5.2164 MeV ③
(3)此能量是铀核的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和为:△E=EU+Eα+Eγ④
由②③④式得:EU+Eα=(mPu﹣mU﹣mα)c2﹣Eγ ⑤
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα
则由动量守恒,选取U核运动的方向为正方向,有:mUvU=mαvα⑥
又由动能的定义知:EU=
又:Eα=
由⑥⑦⑧式得
由⑤⑨式得
代入题给数据得Eα≈5.034 MeV.

一静止原子核发生衰变,生成一粒子及一新核。粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场,其运动轨迹是半径为R的圆。已知粒子的质量为m,电荷量为q;新核的质量为M;光在真空中的速度大小为c。求衰变前原子核的质量。

【答案】
【解析】试题分析:设衰变产生的粒子的速度大小为v,有洛伦兹力公式和牛顿第二定律得

设衰变后新核的速度大小为V,衰变前后动量守恒,有

设衰变前原子核质量为M0.衰变前后能量守恒,由

联立上式可得

如图甲所示,静止在匀强磁场中的核俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应,即―→,若已知的速度v2=2.0×104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:

(1)的速度大小和方向.
(2)在图乙中,已画出并标明两粒子的运动轨迹,请计算出轨道半径之比.
(3)当旋转三周时,粒子旋转几周?

【答案】(1)大小为1.0×103 m/s,方向与v0相反(2)3∶40(3)2周
【解析】(1)核反应前后满足动量守恒,选取中子的初速度的方向为正方向,则有:
mnvn=mHvH+mαv2
代入数据解得:vH=-1.0×103 m/s,方向与反应前中子方向相反.
(2)α粒子和H在磁场中做匀速圆周运动,其洛伦兹力提供向心力,得:
所以:

代入数据得:
(3)周期为:
设α粒子转3周的时间内,反冲核旋转n周,则有n•TH=3Ta
代入数据得n=2周.

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