物理选修3第十九章 原子核综合与测试综合训练题

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基础夯实

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．(江苏徐州市2015～2016学年高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，关于该反应，下列说法正确的是(　　)

A．X是质子

B．该反应是核聚变反应

C．U的比结合能小于Ba的比结合能

D．释放出的中子对于链式反应的发生没有作用

答案：C

解析：该反应是裂变反应，X是中子，释放的中子引起链式反应，故A、B、D错误；U的比结合能小于Ba的比结合能，C正确。

2．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是(　　)

A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成

B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成

C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成

D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成

答案：B

解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。  因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由H核和e构成的。

3．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是(　　)

①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反

②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致

③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致

④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反

A．①③ B．②③

C．③④ D．①②

答案：B

解析：中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。

4．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的He(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He＋He→2H＋He。关于He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．聚变反应会有质量亏损

D．目前核电站都采用He聚变反应发电

答案：BC

解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项B、C正确。

5．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们带电量如下表所示，表中e为元电荷。

下列说法正确的是(　　)

A．π＋由u和组成 B．π＋由d和组成

C．π－由u和组成 D．π－由d和组成

答案：AD

解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。

二、非选择题

6．产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。

答案：使轻核之间的距离减小到10－15m　把它们的温度加热到很高　热核反应　热核　4H―→He＋2e

7．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。如果太阳辐射能量的功率为P，质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mP、ma、me，真空的光速为c，则

(1)写出上述核反应方程式；

(2)计算每一次聚变所释放的能量ΔE；

(3)计算t时间内因聚变生成的α粒子数n。

答案：(1)4H→He＋2e　(2)ΔE＝(4mP－ma－me)c2

(3)

解析：(1)核反应方程式为：4H→He＋2e；

(2)核反应过程中的质量亏损Δm＝(4mP－ma－me)，根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2可知，核反应释放的能量，ΔE＝(4mP－ma－me)c2。

(3)设t时间内因聚变生成的α粒子数为n，

依据能量关系Pt＝nΔE

有，n＝＝

能力提升

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．如图所示，托卡马克(tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中错误的是(　　)

A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量和太阳发光的原理类似

B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出

C．这种装置是科学家设想的其中一种方案

D．该装置是利用聚变物质的惯性进行约束

答案：D

解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A对；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故B对，该装置是科学家设想的其中一种方案是磁约束装置，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故C对D错。

2．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ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Δm＝m1＋m2－m3

C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2

D．γ光子的波长λ＝

答案：B

解析：H＋n→H＋γ，选项A错误；由题可知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，选项C错误；由E＝hν＝h得，λ＝，选项D错误。

3．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是(　　)

A．母核的质量数小于子核的质量数

B．母核的电荷数大于子核的电荷数

C．子核的动量与中微子的动量相同

D．子核的动能大于中微子的动能

答案：B

解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误，故选B。

4．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是(　　)

A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H―→He＋n

B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n

C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2

D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2

答案：AC

解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项A正确，选项B错误。核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项C正确，选项D错误。

5．(江西南昌二中2015～2016学年高二下学期期中)K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的元电荷e，π0介子不带电，π－介子的质量为m。如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2。今有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直。在P点该介子发生了上述衰变。衰变后产生的K－介子沿v反方向射出，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线。则以下说法正确的是(　　)

A．π0介子做匀速直线运动

B．π－介子的运行轨迹为PENCMDP

C．π－介子运行一周回到P用时为t＝

D．B1＝2B2

答案：AD

解析：π0介子不带电，不受洛伦兹力作用，故做匀速直线运动，A正确；根据左手定则可知：π－介子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1时，受到的洛伦兹力方向向上，所以π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，故B错误；π－介子在整个过程中，在匀强磁场B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场B2中运动半个周期，所以T＝＋，故C错误；由图象可知，π－在匀强磁场B1中运动半径是匀强磁场B2中运动半径的一半，根据r＝可知，B1＝2B2，故D正确。

二、非选择题

6．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。

p＋C―→N　N―→C＋e＋＋ν

p＋C―→N　p＋N―→O

O―→N＋e＋＋ν　p＋N―→C＋α

其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27kg, 正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。

答案： 3.95×10－12J

解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为

4p―→α＋2e＋＋2ν

设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得

4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q

代入数值可得

Q＝3.95×10－12J