原子物理期末試題答案
原子物理期末試題答案
一、選擇題(本題包括10小題,共40分.每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確,有的有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,錯(cuò)選或不選的得0分)
1.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.半衰期表示放射性元素衰變的快慢，半衰期越長(zhǎng)，衰變?cè)铰?/p>
B.同位素的核外電子數(shù)相同，因而具有相同的化學(xué)性質(zhì)
C.陰極射線和β射線都是電子流，它們的產(chǎn)生機(jī)理是一樣的
D.重核裂變過(guò)程中一定伴隨著質(zhì)量虧損
解析:由基本概念可知ABD說(shuō)法是對(duì)的.陰極射線和β射線都是電子流,但產(chǎn)生機(jī)理不同,故應(yīng)選C.
答案:C
2.下列說(shuō)法中正確的是( )
A.氫原子從較高的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)時(shí)，電子的動(dòng)能增加，電勢(shì)能增加，原子的總能量增加
B.α射線是原子核發(fā)出的一種粒子流，它的電離能力在α、β、γ三種射線中是最弱的
C.原子核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象違背了能量守恒定律
D.將放射性元素?fù)诫s到其他穩(wěn)定元素中并大幅度降低其溫度，它的半衰期不發(fā)生改變
解析:氫原子從較高的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少,又因氫原子放出光子，所以原子的總能量減少，故A錯(cuò).α射線的電離能力在α、β、γ三種射線中是最強(qiáng)的，所以B錯(cuò).據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，原子核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象并不違背能量守恒定律，故C錯(cuò).放射性元素的半衰期不因其物理、化學(xué)狀態(tài)的變化而變化，故D正確。
答案:D
3.現(xiàn)在太陽(yáng)向外輻射的能量是由于太陽(yáng)內(nèi)部氫聚變產(chǎn)生的，大約在40億年以后太陽(yáng)內(nèi)部將會(huì)啟動(dòng)另一種核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為: ,那時(shí)太陽(yáng)向外輻射的能量是由上述兩種核反應(yīng)產(chǎn)生的.已知 的質(zhì)量為m1， 的質(zhì)量為m2,則下列判斷正確的是( )
A.3m1＞m2 B.3m1＜m2 C.3m1=m2 D.m1=3m2
5.K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的元電荷e，π0介子不帶電.如圖15-1所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2.今有一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K－在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直.在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變.衰變后產(chǎn)生的π－介子沿v反方向射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡為如圖虛線所示的“心”形圖線.則以下說(shuō)法正確的是( )
圖15-1
A.π－介子的運(yùn)行軌跡為PENCMDP
B.π－介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為
C.B1＝4B2
D.π0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)
解析:根據(jù)左手定則可知π－介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；π－介子在磁場(chǎng)B1中的半徑 在磁場(chǎng)B2中的半徑 由題圖可知r2=2r1，所以B1＝2B2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；π－介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為 選項(xiàng)B正確；π0介子不帶電，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確.
答案:BD
6.下列說(shuō)法正確的是( )
A.研制核武器的钚239 由鈾239 經(jīng)過(guò)4次β衰變而產(chǎn)生
B.發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是
C.20 g的 經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后其質(zhì)量變?yōu)?5 g
D. 在中子轟擊下，生成 和 的核反應(yīng)前后，原子核的核子總數(shù)減少
解析: 發(fā)生2次β衰變，A錯(cuò)誤.20 g 經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后其質(zhì)量 C錯(cuò)誤.在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒，D錯(cuò)誤.所以只有B正確.
答案:B
7.北京奧委會(huì)接受專家的建議，大量采用對(duì)環(huán)境有益的新技術(shù)，如2008年奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館周圍80%～90%的路燈利用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水采用全玻璃真空太陽(yáng)能聚熱技術(shù).太陽(yáng)能是由于太陽(yáng)內(nèi)部高溫高壓條件下的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的，下列核反應(yīng)屬于聚變反應(yīng)的是( )
解析:把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為聚變，四個(gè)選項(xiàng)中只有A為聚變反應(yīng)，B是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)，C是鈾核的裂變反應(yīng)，D是鈾核的α衰變.
答案:A
8.關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是( )
A.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的
B.若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小
C.在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，β射線的電離能力最強(qiáng)
D.鈾核 衰變?yōu)殂U核 的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)8次α衰變和10次β衰變
解析:A選項(xiàng)正確，核反應(yīng)方程為 B選項(xiàng)錯(cuò)誤，放射性物質(zhì)的半衰期只與物質(zhì)本身有關(guān)，與該物質(zhì)所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān).C選項(xiàng)錯(cuò)誤，在α、β、γ三種射線中，α射線的電離能力最強(qiáng)，穿透能力最弱；γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱.D選項(xiàng)錯(cuò)誤，核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，則 解得 即8次α衰變和6次β衰變.
答案:A
9.據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)試.下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是( )
A.“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是
B.“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是
C.“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是ΔE=Δmc2
D.“人造太陽(yáng)”核能大小的計(jì)算公式是
解析:“人造太陽(yáng)”是利用海水中的.21H和31H聚變而產(chǎn)生大量能量的.放出的能量可利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2求出，其中Δm為質(zhì)量虧損，所以A、C項(xiàng)正確.
答案:AC
10.靜止的 衰變成 ，靜止的 衰變?yōu)?，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的軌道如圖15-2所示.由此可知( )
圖15-2
A.甲圖為 的衰變軌跡，乙圖為 的衰變軌跡
B.甲圖為 的衰變軌跡，乙圖為 的衰變軌跡
C.圖中2、4為新核軌跡，1、3為粒子軌跡
D.圖中2、4為粒子軌跡，1、3為新核軌跡
二、填空實(shí)驗(yàn)題(11題6分，12題6分)
11.一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的α、β和γ射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場(chǎng).進(jìn)入電場(chǎng)后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來(lái)方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖15-3所示，則圖中的射線a為_(kāi)_______射線，射線b為_(kāi)_______射線.
圖15-3
解析:從放射源射出三種射線，分別為α、β和γ射線，其中α射線被鋁箔擋住，只有β和γ射線穿出，又由于γ射線不帶電，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn).綜上分析，可知圖中的射線a為γ射線，射線b為β射線.
答案:γ β
12.人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過(guò)程.請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題.
圖15-4
(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面作出了卓越的貢獻(xiàn).請(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成績(jī).
�、賍______________________________________________________________；
�、赺___________________________________________________________.
(2)在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，圖154為三種射線在同一磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)從三種射線中任選一種，寫(xiě)出它的名稱和一種用途.
________________________________________________________________.
三、計(jì)算題(本題包括4小題,共48分.解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟,只寫(xiě)出最后答案的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的題目,答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位)
13.(10分)在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑.中子在重水中可與 核碰撞減速，在石墨中與 核碰撞減速.上述碰撞可簡(jiǎn)化為彈性碰撞模型.某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？
解析:設(shè)中子質(zhì)量為Mn，靶核質(zhì)量為M，由動(dòng)量守恒定律得Mnv0=Mnv1+Mv2
由能量守恒得
解得
在重水中靶核質(zhì)量MH=2Mn
在石墨中靶核質(zhì)量MC=12Mn
與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好.
15.(14分)太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)?個(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源
(1)寫(xiě)出這個(gè)核反應(yīng)方程；
(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？
(3)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少？
(4)若太陽(yáng)質(zhì)量減少萬(wàn)分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽(yáng)能存在多少年.(太陽(yáng)質(zhì)量M＝2×1030 kg,mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
解析:(1)
(2)Δm＝4×1.007 3 u－(4.001 5＋2×0.000 55) u＝0.026 6 u
ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV＝4×10－12 J.
(3)太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量為
(4)太陽(yáng)的質(zhì)量為2×1030 kg，太陽(yáng)還能存在的時(shí)間為 (年)
可得 則
答案:(1)
(2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV
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