原子物理期末试题答案

　　一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分)

　　1.下列说法错误的是(  )

　　A.半衰期表示放射性元素衰变的快慢，半衰期越长，衰变越慢

　　B.同位素的核外电子数相同，因而具有相同的化学性质

　　C.阴极射线和β射线都是电子流，它们的产生机理是一样的

　　D.重核裂变过程中一定伴随着质量亏损

　　解析:由基本概念可知ABD说法是对的.阴极射线和β射线都是电子流,但产生机理不同,故应选C.

　　答案:C

　　2.下列说法中正确的是(  )

　　A.氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的动能增加，电势能增加，原子的总能量增加

　　B.α射线是原子核发出的一种粒子流，它的电离能力在α、β、γ三种射线中是最弱的

　　C.原子核反应过程中的质量亏损现象违背了能量守恒定律

　　D.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变

　　解析:氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，由于电场力做正功，电势能减少,又因氢原子放出光子，所以原子的总能量减少，故A错.α射线的电离能力在α、β、γ三种射线中是最强的，所以B错.据爱因斯坦质能方程可知，原子核反应过程中的质量亏损现象并不违背能量守恒定律，故C错.放射性元素的半衰期不因其物理、化学状态的变化而变化，故D正确。

　　答案:D

　　3.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为: ,那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的.已知 的质量为m1， 的质量为m2,则下列判断正确的是(  )

　　A.3m1＞m2  B.3m1＜m2  C.3m1=m2  D.m1=3m2

　　5.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.如图15-1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π－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(  )

　　图15-1

　　A.π－介子的运行轨迹为PENCMDP

　　B.π－介子运行一周回到P用时为

　　C.B1＝4B2

　　D.π0介子做匀速直线运动

　　解析:根据左手定则可知π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，所以选项A错误；π－介子在磁场B1中的半径 在磁场B2中的半径 由题图可知r2=2r1，所以B1＝2B2，选项C错误；π－介子运行一周回到P用时为 选项B正确；π0介子不带电，将做匀速直线运动，选项D正确.

　　答案:BD

　　6.下列说法正确的是(  )

　　A.研制核武器的钚239 由铀239 经过4次β衰变而产生

　　B.发现中子的核反应方程是

　　C.20 g的 经过两个半衰期后其质量变为15 g

　　D. 在中子轰击下，生成 和 的核反应前后，原子核的核子总数减少

　　解析: 发生2次β衰变，A错误.20 g 经过两个半衰期后其质量 C错误.在核反应中质量数、电荷数都守恒，D错误.所以只有B正确.

　　答案:B

　　7.北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术，如2008年奥运会场馆周围80%～90%的路灯利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能聚热技术.太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是(  )

　　解析:把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变，四个选项中只有A为聚变反应，B是发现质子的`核反应，C是铀核的裂变反应，D是铀核的α衰变.

　　答案:A

　　8.关于天然放射现象，以下叙述正确的是(  )

　　A.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

　　B.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

　　C.在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，β射线的电离能力最强

　　D.铀核 衰变为铅核 的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

　　解析:A选项正确，核反应方程为 B选项错误，放射性物质的半衰期只与物质本身有关，与该物质所处的物理、化学状态无关.C选项错误，在α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱；γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱.D选项错误，核反应中电荷数和质量数都守恒，则 解得 即8次α衰变和6次β衰变.

　　答案:A

　　9.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

　　B.“人造太阳”的核反应方程是

　　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

　　解析:“人造太阳”是利用海水中的21H和31H聚变而产生大量能量的.放出的能量可利用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2求出，其中Δm为质量亏损，所以A、C项正确.

　　答案:AC

　　10.静止的 衰变成 ，静止的 衰变为 ，在同一匀强磁场中的轨道如图15-2所示.由此可知(  )

　　图15-2

　　A.甲图为 的衰变轨迹，乙图为 的衰变轨迹

　　B.甲图为 的衰变轨迹，乙图为 的衰变轨迹

　　C.图中2、4为新核轨迹，1、3为粒子轨迹

　　D.图中2、4为粒子轨迹，1、3为新核轨迹

　　二、填空实验题(11题6分，12题6分)

　　11.一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场.进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图15-3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线.

　　图15-3

　　解析:从放射源射出三种射线，分别为α、β和γ射线，其中α射线被铝箔挡住，只有β和γ射线穿出，又由于γ射线不带电，所以在偏转电场中不发生偏转.综上分析，可知图中的射线a为γ射线，射线b为β射线.

　　答案:γ β

　　12.人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.请按要求回答下列问题.

　　图15-4

　　(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面作出了卓越的贡献.请选择其中的两位，指出他们的主要成绩.

　　①_______________________________________________________________；

　　②____________________________________________________________.

　　(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，图154为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途.

　　________________________________________________________________.

　　三、计算题(本题包括4小题,共48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.有数值计算的题目,答案中必须明确写出数值和单位)

　　13.(10分)在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与 核碰撞减速，在石墨中与 核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？

　　解析:设中子质量为Mn，靶核质量为M，由动量守恒定律得Mnv0=Mnv1+Mv2

　　由能量守恒得

　　解得

　　在重水中靶核质量MH=2Mn

　　在石墨中靶核质量MC=12Mn

　　与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好.

　　15.(14分)太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源

　　(1)写出这个核反应方程；

　　(2)这一核反应能释放多少能量？

　　(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？

　　(4)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年.(太阳质量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)太阳每秒钟释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒钟减少的质量为

　　(4)太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为 (年)

　　可得 则

　　答案:(1)

　　(2)3.26 MeV  (3)0.99 MeV 2.97 MeV

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