2019高中物理 第三章 原子核 原子能、粒子、宇宙习题 教科版选修3-5.doc

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1、1原子能、粒子、宇宙原子能、粒子、宇宙一、选择题一、选择题 1根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是 E=mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程质子的质量为 mp，中子的质量为 mn，氦核的质量为m，下列关系式正确的是（ ） A(22)pnmmm） B(22)pnmmmC(22)pnmmm D以上关系式都不正确2氢核、中子、氘核质量分别为 m1、m2、m3，那么氢核和中子结合为氘核时释放出的能量表达 式为（ ） Am3c2 B(m1+m2)c C(m3m1m2)c2 D(m1+m2m3)c23235 92U吸收一个慢中子后，分裂成13654Xe和90 38Sr，还放出（ ） A1 个粒子

2、 B3 个中子 C10 个中子 D10 个质子4以下说法正确的是（ ） A聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大能量5关于反粒子，下列说法正确的是（ ） A电子的反粒子就是正电子，它的电荷量与电子相同，但带的是正电荷B质子的反粒子就是反质子，它的电荷量与质子相同，但带的是负电荷C粒子与它的反粒子质量相同D粒子与它的反粒子的物理性质相反6下列关于粒子分类的说法中正确的是（ ） A强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子B轻子是不参与强相互作用的粒子，每种轻子都有对应的反粒子C现代实验已经发

3、现了轻子的内部结构D媒介子是传递各种相互作用的粒子7K介子衰变的方程为：K+0，其中 K介子和 介子带负的基元电荷，0介子不 带电一个 K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹是圆弧 AP，衰变后产生的 介子 的轨迹是圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，如图所示它们的半径 RK与 R之比为 21，0介子的 轨迹未画出由此可知 的动量大小与 0的动量大小之比为（ ） 2A11 B12 C13 D16二、填空题二、填空题 8原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做_不同原子核的比结合 能不一样，_的核的比结合能最大这些核_9太阳每秒辐射的能量为 3.81026 J，则其质量每秒减少

4、_kg10一个铀核衰变为钍时释放一个粒子，已知铀核的质量是 3.8531311025 kg，钍核的质 量为 3.7865671025 kg，粒子的质量为 6.646721027 kg，在这个衰变过程中释放出的能量等 于_J （结果保留两位有效数字）11质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2和 m3，质子和中子结合成氘核时，发出一个光子， 已知普朗克常量为 h，真空中的光速为 c，则光子的频率为_12完成下列反应方程144 72NHe_1 1H；124 62CHe_1 1H；_4121 260HeCn；40 18Ar_431 200Can13一个锂核（7 3Li）受到一个质子的轰击，变成两个粒

5、子，这一过程的核反应方程是_已知一个氢原子的质量是 1.67361027 kg，一个锂原子的质量是 11.65051027 kg， 一个氦原子的质量是 6.64661027 kg，上述核反应所释放的能量等于_J （最后结果取三位 有效数字）14一个电子和一个正电子对撞发生“湮灭”而转化为一对光子设正、负电子对撞前的质量均 为 m，动能均为 Ek，光速为 c，普朗克常量为 h，则对撞过程中的质量亏损为_；转化成的光子在真空中波长=_15重核的裂变反应、链式反应、轻核的聚变反应三者中，临界体积是_的条件，107 以上的高温是_需要的条件16一个铀 235 核裂变时释放出 196 MeV 的能量，则

6、 1 kg 铀 235 完全裂变时所放出的能量为 _J，它相当于_t 优质煤完全燃烧时放出的能量 （煤的热值为 3.36106 J）3三、解答题三、解答题171993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt制取过程如下：（1）用质子轰击铍9 4Be产生快中子；（2）用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种：生成202 78Pt，放出氦原子核；生成202 78Pt，放出质子、中子写出上述核反应方程式18如下一系列核反应是在恒星内部发生的1213 67pCN，1313 76NCe，1314 67pCN，1415 78pNO，1515 87ON e，15

7、12 76pNC其中 p 为质子，为粒子，e+为正电子，为一种中微子已知质子的质量为mp=1.6726481027 kg，粒子的质量为276.644929 10mkg，正电子的质量为31 e9.11 10mkg，中微子的质量可忽略不计真空中的光速 c=3.00108 ms试计算该系列核反应完成后释放的能量19在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损 m=0.2153 u，那么，一个铀核裂变释放的 能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？20太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一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）这一核反应能释放出

8、多少能量？（3）根据太阳每秒释放能量 3.81026 J，计算每秒钟太阳的质量减少多少千克 （mp=1.0073 u，mm=4.0015 u，me=0.00055 u）21已知物体从地球上的逃逸速度2GMvR，其中 G、M、R 分别是万有引力常量、地球的质量和半径已知 G=6.671011 Nm2kg2、光速 c=3108 ms，求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞，设某黑洞的质量等于太阳的质量 M=1.981030 kg，求它可能的最大半径；（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为 0.4 kgm3，如果认为我们的宇宙是这样一个 均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光

9、在真空中的速度 c，因此任何物体都不能脱离宇宙问 宇宙的半径至少多大？22如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为 B=0.05 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN 是磁场4的左边界，在磁场中 A 处放一个放射源，内装226 86Ra（镭） ，226 86Ra放出某种放射线后衰变成222 86Rn（氡） 试写出226 86Ra衰变的方程若 A 距磁场的左边界 MN 的距离 OA=1.0 m 时，放在 MN 左侧的粒子接收器接收到垂直于边界 MN 方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距离 OA 1.0 m试推断出一个静止镭核226 86Ra衰变时放出的能量是多少？（结果保留 2 位有效数字，取 1 u

10、=1.61027 kg，电子电荷量 e=1.61019 C）【答案与解析】 一、选择题一、选择题 1 【答案】B 【解析】114 1022 H2 nHe，2m。+2m。m。 ，故 B 正确2 【答案】D 【解析】112 101HnH，2 123()Emmm c，故 D 项正确3 【答案】C 【解析】设放出的粒子的质量数为 x，电荷数为 y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒由题意可得235 113690 925438x y ，解得10 0x y 由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是 10 4 【答案】D 【解析】对 A，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应

11、物与 生成物全然不同裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互 为逆反应对 B，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反对 C，诚然，要 实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量但聚变反应一旦实现， 所释放的能量远大于所吸收的能量因此，总的说来，聚变反应还是释放热量故 D 正确 5 【答案】A、B、C、D 6 【答案】A、B、D 7 【答案】C 【解析】由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知轨道半径mvpRpBqBq，所以2 1KKpR pR5即1 2kpp又由动量守恒定律0Kppp得03 2KKpppp所以01 3

12、p p二、填空题二、填空题 8 【答案】质量亏损 中等大小 最稳定 9 【答案】4.2109 【解析】由质能方程 E=mc2知26 9 2823.8 10kg4.2 10 kg(3 10 )Emc10 【答案】1.71011 【解析】mmmm铀钍，E=mc2得：22527()(3.853131 103.786567 10256.64672 10)Emmmc铀钍82(3.0 10 ) J=8.71013 J 11 【答案】(m1+m2m3)c2h【解析】根据题意，可知反应中释放的能量以射线的形式出现。则射线的能量就是反应前后的质 量亏损，而射线的能量又与射线的频率有关容易求解反应前后的质量亏损为

13、 m=m1+m2m3释放的能量为 E=mc2=(m1+m2m3)c2光子的能量为 h=(m1+m2m3)c2光子的频率为 =(m1+m2m3)c2h解答本题，只要准确地掌握反应前后的质量亏损，也就抓住了解题的脉络12 【答案】178O 157N 9 4Be 4 2He13 【答案】714 312LiH2 He 2.781012【解析】核反应方程为 714 312LiH2 He则上述核反应过程中质量亏损为Lip2mmmm上式中的质量均可用其原子的质量来代替原子核的质量，这是因为电子质量在上述亏损式中可消 去，故m=11.65051027 kg+1.67361027 kg26.64661027 k

14、g=0.03091027 kg由爱因斯坦质能方程可算出释放的能量为 E=mc2=2.781012 J14 【答案】2m 2 khc Emc615 【答案】链式反应 轻核的聚变反应 16 【答案】8.031013 2.4104 【解析】1 kg 铀 235 完全裂变时所释放的能量为3 23619131 106.02 10196 101.6 10J8.03 10 J235相当于优质煤的质量为 13 74 68.03 10kg2.4 10 kg2.4 10 t3.36 10三、解答题三、解答题 17 【答案】见解析。【解析】 （1）9191 4150BeHBn；（2）20412023 800782H

15、gnPtHe；204120211 8007810HgnPt2 Hn18 【答案】3.951012 J 【解析】这一系列反应最终等效为 4p+2e+2设反应后释放的能量为 Q，根据质能关系和能量守恒得22242pem cm cm cQ，可得 Q=3.951012 J19 【答案】见解析。 【解析】铀核裂变时放出的能量：E=m931.5 MeV=0.2153931.5 MeV=201 MeV铀核中含有 235 个核子，所以平均每个核子放出的能量为：201MeV0.86MeV235放出的总能量除以核子的总个数，就是每个核子放出的能量 20 【答案】见解析。【解析】 （1）核反应方程是140 1214

16、 HHe2 e（2）这一核反应的质量亏损是 m=4mpm2me=0.0266 uE=m931.5 MeV=0.0266931.5 MeV=24.78 MeV（3）由 E=mc2得每秒钟太阳质量减少26 9 2823.8 104.2 10 kg(3.0 10 )Emkgc21 【答案】见解析。 【解析】 （1）由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度 v，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即 vc，所以222.93kmGMRc，即它可能的最大半径为 2.93 km7（2）把宇宙视为一普通天体，则其质量为343rMV，其中 r 为宇宙半径，为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为2GMvr，由于宇宙密度使其逃逸速度大手光速，即vc，由以上的三个关系式可得322.0 10 mGMrr22 【答案】2262224 88862RaRnHe 2.01014 J【解析】镭衰变放出粒子和氡核，在磁场中做匀速圆周运动，粒子垂直于 MN 边界射出被接 收器接收粒子在磁场中的轨迹为 14 圆周，得圆半径为 R=1.0 m由2mvBqvR得粒子的动量 mv=qBR=1.61020 kgms粒子的动能为 2 14 12.0 10J2pEm衰变过程中动量守恒，有 mv=Mv氡核反冲的动能为 21 212mEEMvM衰变过程释放出的能量为 14 12112.0 10JmEEEM