1、第十九章 原子核 第I卷（选择题）一、本题共16小题，每小题4分，共64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，有选错或不选的得0分.1静止的氡核Rn放出粒子后变成钋核Po，粒子动能为E.若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为()A. B0C. D.2.天然放射物质的放射线包含三种成分，下面的说法中错误的是（ ）A一层厚的黑纸可以挡住a射线，不能挡住射线和射线B某原子核在放出粒子后会变成另一种元素的原子核C三种射线中对气体电离作用最强的是a射线D 粒子是电子，但不是原来绕核旋转
2、的核外电子3.在核反应方程式中AX是质子，k=9BX是质子，k=10CX是中子，k=9 DX是中子，k=10 4.用粒子轰击铍时得到原子核C，同时放出一种射线，关于这种射线的说法与事实不相符的是A它来自原子核 B它能穿透十几厘米厚的铅板C它在磁场中运动时不发生偏转D它是一种带电的粒子流5.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：B和互为同位素C人患皮肤癌和白血病
3、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6.一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为。已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c。若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为ANABNA C2NAD5NA7.如图所示是发现中子的实验过程，关于“不可见射线”的性质和从石蜡中“打出的粒子”的名称，下述说法中正确的是 A这种“不可见射线”是质子流，从石蜡中“打出的粒子”是中子B这种“不可见射线”是中子流，从石蜡中“打出的粒子”是质子C这种“不可见射线”是射线，从石蜡中“打出的粒子”是中子D这种“不可见射线”是射
4、线，从石蜡中“打出的粒子”是质子8.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是 （ ）A阴极射线带负电 B阴极射线带正电C阴极射线的比荷比质子的比荷大 D阴极射线的比荷比质子的比荷小9.以下哪些实验现象可以说明原子核内部有复杂的结构：Aa粒子散射实验 B伦琴射线的发现C元素发光时产生明线光谱的现象 D天然放射现象10.下列关于放射性现象的说法中，正确的是()A原子核发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4B原子核发生衰变时，生成核与粒子的总质量等于原来的原子核的质量C原子核发生衰变时，生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1D单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的11.下列核
5、反应方程中属于衰变的是（ ）A BC D12.现已建成的核电站的能量来自于()A天然放射性元素衰变放出的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂变放出的能量D化学反应放出的能量13.下列关于放射线的说法中正确的是： A放射线可以用来进行工业探伤 B放射线可以使细胞发生变异C放射性同位素可以用来做示踪原子D放射线对人体无害 14.图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是 Aa为射线，b为射线 Ba为射线，b为射线Cb为射线，c为射线 Db为射线，c为射线15.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种衰变后，释放出来的粒子和反冲核
6、在磁场中运动的轨迹，可以判断()A原子核发生衰变B原子核发生衰变C大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹D大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹16.2011年3月11日，日本大地震引发了福岛核电站核泄漏事故，下列关于核电站的说法正确的是（ ） A核电站利用核聚变反应时释放的能量进行发电 B核电站利用海洋的潮汐能发电 C核能是可再生能源 D核泄漏释放的放射性物质发出的射线对人体是有危害的第II卷（非选择题）二、计算题17.（18分）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2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内
7、部的氢核聚变反应生成的。（1）把氢核反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（ve），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=3.81017s，每秒钟银河系产生的能量约为11037J（即P=11037J/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。（可能用到数据：银河系质量约为M=31041kg，原子质量单位1u=1.661027kg，1u相当于1.51010J的能量，电子质量me=0.0005u，氦核质
8、量m=4.0026u，氢核质量mP=1.0078u，中微子ve质量为零）18.氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1=5.310-11m，能量E1=-13.6ev ，若电子处于量子数n=4的激发态，求：（1）向下跃迁，可以放出几种光子？（2）跃迁时辐射出光波最长的波长为多少nm？19.两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)已知氘核的质量mD2.01360 u，氦核的质量mHe3.0150 u，中子的质量mn1.0087 u .(1)写出聚变方程并计算释放的核能(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转化为动能，则产生的氦核和中子的动能各
9、为多大？20.（20分）当质量为的质点距离个质量为、半径为的质量均匀分布的致密天体中心的距离为() 时，其引力势能为，其中为万有引力常量设致密天体是中子星，其半径，质量（，为太阳的质量)11Kg的物质从无限远处被吸引到中子星的表面时所释放的引力势能为多少?2在氢核聚变反应中，若参加核反应的原料的质量为，则反应中的质量亏损为0.0072 ，问1kg的原料通过核聚变提供的能量与第1问中所释放的引力势能之比是多少?3天文学家认为：脉冲星是旋转的中子星，中子星的电磁辐射是连续的，沿其磁轴方向最强，磁轴与中子星的自转轴方向有一夹角（如图所示），在地球上的接收器所接收到的一连串周期出现的脉冲是脉冲星的电磁
10、辐射。试由上述看法估算地球上接收到的两个脉冲之间的时间间隔的下限。21.（14分）核聚变能以氘、氚等为燃料，具有安全、洁净、资源无限三大优点，是最终解决人类能源危机的最有效手段。（1）两个氘核结合成一个氦核时，要放出某种粒子，同时释放出能量，写出核反应的方程。若氘核的质量为m1, 氦核的质量为m2，所放出粒子的质量为m3，求这个核反应中释放出的能量为多少？ （2）要使两个氘核能够发生聚变反应，必须使它们以巨大的速度冲破库仑斥力而碰到一起，已知当两个氘核恰好能够彼此接触发生聚变时，它们的电势能为（其中e为氘核的电量，R为氘核半径，为介电常数,均为已知），则两个相距较远（可认为电势能为零）的等速氘
11、核，至少具有多大的速度才能在相向运动后碰在一起而发生聚变？（3）当将氘核加热成几百万度的等离子状态时就可以使其获得所需速度。有一种用磁场来“约束”高温等离子体的装置叫做“托卡马克”，如图所示为其“约束”原理图：两个同心圆的半径分别为r1和r2，等离子体只在半径为r1的圆形区域内反应，两圆之间的环形区内存在着垂直于截面的匀强磁场。为保证速率为v的氘核从反应区进入磁场后不能从磁场区域的外边界射出，所加磁场磁感应强度的最小值为多少？（不考虑速度大小对氘核质量的影响）22. (12分) 已知氘核质量为2.0136 u，中子的质量为1.0087 u，核的质量为3.015 u(1) 写出两氘核聚变成的核反
12、应方程；(2) 计算上述核反应中释放的核能；(3) 若两氘核以相等的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为生成物的动能，则生成物的动能各是多少？试卷答案1.C2.B3.D解析：235+1=90+136+10，92+0=38+54+0，说明X的电荷数是0，质量数是1，是中子。答案D。4.D5.ABC6.B提示：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为，1mol的氘核和1mol的氚核结合成1mol的氦核释放能量为。7.B解析：粒子轰击铍核可打出中子，中子轰击石蜡可打出质子，答案B。8.AC9.D10.D11.B12.C13.ABC 14.C15.AC16.
13、D17.解析：（1）氢核聚变核反应方程为核反应中的质量亏损由质能方程得代入数据得（2）氢核聚变反应生成的氦核总质量氦的含量（3）由估算结果可知，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。18.（1）6种（2）1972nm19.0mHevHemnvn，反应前后总能量守恒，得mHevmnvE2Ek0，解得EkHe0.99 MeV，Ekn2.97 MeV.20.解析：1. 根据能量守恒定律，质量为的物质从无限远处被吸引到中子星的表面时所释放的引力势能应等于对应始末位置的引力势能的改变，故有 （1）代入有关数据得 （2）2. 在氢核聚变反应中，每千克质量的核反应原料提供的能量为
14、 （3）所求能量比为 （4）3根据题意，可知接收到的两个脉冲之间的时间间隔即为中子星的自转周期，中子星做高速自转时，位于赤道处质量为的中子星质元所需的向心力不能超过对应的万有引力，否则将会因不能保持匀速圆周运动而使中子星破裂，因此有 （5）式中 （6）为中子星的自转角速度，为中子星的自转周期由（5）、（6）式得到 （7）代入数据得 （8）故时间间隔的下限为21.解析:（1） （2分） （2分）(2)一个氘核的动能为， （1分）两个等速的氘核相向碰撞后恰能发生聚变，则它们的动能都转化为电势能 （2分）解得 （1分）(3)氘核沿反应区切线方向射入磁场，偏转后恰好又与磁场外边界相切返回，此圆周运动的轨迹半径最小，所求出的磁感应强度最大，此磁感应强度即为保证速率为v的氘核沿不同方向从反应区进入磁场后不能从磁场区域的外边界射出的最小值2分 （3分） （2分）解得 （1分）22.(1) 应用质量数守恒和核电荷数守恒得核反应方程为：(2) 由题给条件可求出质量亏损为： 释放的核能为：(3) 因为该反应中释放的核能全部转化为机械能即转化为核和中子的动能。若设核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得，解方程组，可得
