原子物理单元测试说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，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，有选错或不答的得0分.1 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式是 （ ）A.N 147+He 42→O 178+H 11B. U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10C.U 23892→Th 23490+He 42 D. H 21+H 31→He 42+n 1解析：本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为BD.答案BD2.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（P o ）放出α射线轰击铍时会产生粒子流a ，用粒子流a 打击石蜡后会打出粒子流b ，经研究知道 （ ）A.a 为质子，b 为中子B.a 为γ射线，b 为中子C.a 为中子，b 为γ射线D.a 为中子，b 为质子解析：本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D 正确. 答案D3.下列说法正确的是 （ ） A.α射线和γ射线都是电磁波B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量解析：组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的物理、化学状态无关，C 对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D 对.答案CD4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确（ ）解析：α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据这个特点可以判断出只有A 正确.答案A5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可以判定 （ ）A.原子核只可能发生β衰变B.原子核可能发生α衰变或β衰变C.原子核放出一个正电子D.原子核放出一个中子解析：静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故A 正确.答案A6.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：U 23892→Th 23490+He 42B.U 23592和U 23892互为同位素C.人患皮肤癌和白血病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 解析：本题考查铀238的知识.铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A 正确. 铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B 正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确.贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错. 答案ABC7.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是 （ ）A.它们都是利用核裂变释放原子核能B.它们都是利用核聚变释放原子核能C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能D.以上说法都不正确解析：本题考查核能的实际利用常识.秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A 正确. 答案A8.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚239（Pu 23994），这种Pu 23994可以由铀239（U 23992）经过n 次β衰变而产生，则n 的值是（ ）A.2B.239C.145D.92 解析：本题考查核反应方程.铀239衰变成Pu 23994的核反应方程是：U 23992→Pu 23994+2e 01-可见，n =2.答案A9.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（ ） A.γ射线的贯穿作用 B.α射线的电离作用 C.β射线的贯穿作用 D.β射线的中和作用解析：本题考查三种射线的特点.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和.故正确选项为B.答案B10.质子的质量为mp ，中子的质量为mn ，氦核的质量为m α，下列关系式正确的是 （ ） A.m α=2m p +2m n B.m α＜2m p+2m n C.m α＞2m p +2m n D.以上关系都不对 解析：本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损.故正确选项为B.答案B第Ⅱ卷（非选择题共60分）二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.根据宇宙大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽现风采的时期.从大爆炸的瞬间产生夸克、轻子、胶子等粒子，到电子与原子核结合成原子，先后经历了四个时代，它们是： 、 、 、 .解析：根据宇宙大爆炸理论，“粒子家族”在大爆炸开始，到形成原子这105s 时间内，先后经历了强子时代、轻子时代、核合成时代、复合时代.答案强子时代轻子时代核合成时代复合时代12.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe ）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯（C 2Cl 4）溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为v e +Cl 3717→Ar 3718+e 01-已知Cl 3717的质量为36.956 58 u, Ar 3718的质量为36.956 91 u, e 01-的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 .解析：上面核反应过程增加的质量：Δm =36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u 应吸收的能量：ΔE =Δmc 2=0.000 88×931.5 MeV=0.82 MeV. 答案0.82 MeV13.一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量均为m ，普朗克常量为h ，则这一对光子的频率为 .解析：本题考查质能方程及光子论.2mc 2=2hv 则v =hmc 2.答案hmc 214.已知质子的质量为1.007 227 u ，中子的质量为1.008 665 u ，它们结合成碳核C126的质量为12.000 000 u ，放出的能量为 MeV.解析：本题考查质能方程.ΔE =Δmc 2=［6×(1.007 227+1.008 665)-12］×931.5 MeV=88.8 MeV. 答案88.815.一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22 MeV 的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来.这一过程的核反应方程是 ，质量亏损为 kg,此光子的波长为 m.解析：本题考查核反应方程及质量亏损.核反应方程为H 11+n 10→H 21+γ 由ΔE =Δmc 2得Δm =2c E =4×10-30kg由ΔE =hλc 得λ=Ehc ∆=5.6×10-13m. 答案H 11+n 10→H 21+γ4×10-305.6×10-13三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）中子n 10、质子p 11、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的r 射线照射静止氘核，使之分解.用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？解析：上述核反应方程是：r +H 21→H 11+n 10 上述核反应因质量亏损放出的能量ΔE =(m D -m p -m n )c 2质子和中子获得的总动能是：ΔE +E 所以中子的动能为：E kn =21(ΔE +E )= 21［(m D -m p -m n )c 2+E ］. 答案r +H 21→H 11+n 10 21［(m D -m p -m n )c 2+E ］17.（10分）放射性同位素C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，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，会形成很不稳定的C 146，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年.试写出此核反应方程.（2）若测得一古生物遗骸中的C 146含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？解析：本题考查核反应方程及它的实际应用.（1）此衰变的核反应方程：N 147+n 10→C 146+H 11C 146→N 147+e 01-.（2）活体中的C 146含量不变，生物死亡后，遗骸中的C 146按其半衰期变化，设活体中C146的含量为N 0，遗骸中的C 146含量为N ，由半衰期的定义得：N =(21）τt N 0即0.125=(21)τt所以τt=3 t =3τ=17 190年.答案（1）N 147+n 10→C 146+H 11 C 146→N 147+e 01-（2）17 19018.（10分）U 23592受中子轰击时会发生裂变，产生Ba 13956和Kr 9436，同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.（1）写出核反应方程;（2）现在要建设发电功率为5×105kW 的核电站，用U 235作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗U 235多少千克？（阿伏加德罗常数取6.0×1023mol -1）解析：（1）核反应方程U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV.（2）电站一天发出的电能E 1=Pt ①设每天消耗U 23592为m kg ，核裂变释放的能量为E 2=m ×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235 ② 由能量转化得E 1=ηE 2③由①②③式得m =1.06 kg.答案（1）U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV（2）1.06 kg19.(12分)1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（Be 94）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子.经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度v H 和被打出的氮核的最大速度v N 之比近似等于15∶2.若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以为静止，碰撞过程中没有机械能的损失.已知氢核的质量M H 与氮核的质量M N 之比等于1∶14.（1）写出α射线轰击铍核的核反应方程；（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成的.解析：（1）Be 94+He 42→C 126+n 10（2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电. 由②可知，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线.由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰.设该粒子的质量为m ，碰撞前速度为v 0，与氢核碰撞后速度为v 1，与氮核碰撞后速度为v 2，则有mv 0=mv 1+M H v H21mv 02=21mv 12+21M H v H 2解得v H =H2M m mv +同理得v N =NM m mv +02由题意知215N H =v v ,114H N =M M 解得m =M H即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子.答案（1）Be 94+He 42→C 126+n 10（2）略。