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第十九章 原子核（B）
一、单项选择(每题3分，共24分)
1.在核反应堆中，为了使中子减速，需减速剂，而最好的减速剂是氢。这是因为（ ）
A．氢核和中子质量最接近 B．氢的电离能力最强
C．氢核轻易与中子发生核聚变形成氘核 D．氢与中子的亲和力最强，轻易吸附中子
 2.由右图可得出结论（ ）
A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量
C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量
3.下列说法正确的是( )
A．铀235只要俘获中子就能进行链式反应
B．所有的铀核俘获中子后都能裂变
C．太阳不断地向外辐射大量能量，太阳质量应不断减小，日地间距离应不断增大，地球公转速度应不断减小
D．  粒子散射实验的结果证实原子核是由质子和中子组成的
4.目前，在居室装修中经常用到花岗岩石、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。比如，有一些含有铀、钍的花岗岩石会释放出放射性惰气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线.这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病.根据放射性知识可知，下列说法中正确的是（ ）
A．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了
B．许多元素能自发地放出射线，使人们开始熟悉到原子核是有复杂结构的
C．放射性元素发生β衰变时所释放出的电子是来源于核外电子
D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，氢核与中子结合为氘核时，吸收的能量为（m1＋ m2－m3）c2
5.我国核聚变技术位居世界前列，要使氘核聚变，必须使它们之间距离接近到r0（m），也就是接近到核力能够发生作用的范围，物质的温度很高时，氘原子将变成等离子体，等离子体的分子平均动能为Ek=3k1T/2，k1叫玻耳兹曼常数，T为热力学温度，两个氘核之间的电势能Ep=ke2/r，k为静电力常量，r为电荷之间的距离，则氘核聚变的距离至少为（ ）
A．  B．  C．  D． 
6.14C是一种半衰期为5730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的  ，则该古树死亡时间距今大约( )
A.22920年 B.11460
C.5730年 D.2865年
二、多项选择（每题4分，共24分）
7、关于核力，下列说法中正确的是 ( )
A.核力是一种非凡的万有引力
B.原子核由任意两个核子内部有核力作用
C.核力是原子核所稳定存在的原因
D.核力是一种短程强作用力
8、以下说法中正确的是( )
A. α粒子散射实验说明原子具有核式结构
B. 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构
C. 浓缩铀的半衰期比天然铀的半衰期短
D. 目前的核电站是利用原子核裂变释放核能来发电的
9.“轨道电子俘获”也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，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程。中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证实中微子的存在的。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。下面的说法中正确的是（ ）
A．母核的质量数等于子核的质量数 B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量等于中微子的动量 D．子核的动能大于中微子的动能
10.科学家经常根据物理实验提出假设，并用假设解释一些客观现象，进而建立新理论．玻尔关于氢原子结构的理论便是这种研究方法的成功典范，请问玻尔理论是从下列哪些现象推出的( )
A．a粒子散射实验现象 B．慢中子轰击铀核产生的裂变现象
C．天然放射现象中的a衰变现象 D．氢原子光谱的特征谱线现象
11、已知  介子、  介子都是由一个夸克（夸克  和夸克  ）和一个反夸克（反夸克  和反夸克  ）组成的，它们的带电量如下表所示，表中  为元电荷。
下列说法正确的是：
A、 介子由夸克 和夸克 组成 B、 介子由夸克 和夸克 组成
C、 介子由夸克 和夸克 组成 D、 介子由夸克 和夸克 组成
三、填空（每题4分，共16分）
12.铀核  经过_____次  衰变和____次  衰变后变成稳定的铅核  ．
13.α、β、γ三种粒子按其质量大小的顺序是________, 按穿透能力大小的顺序是________, 按其电离本领大小的顺序是________.
14.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为  ，d夸克带电量  ，e为基元电荷。质子由 个u夸克和 个d夸克组成，中子由 个u夸克和 个d夸克组成（填“1个”或“2个”）.
15、1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用  Co放射源进行了实验验证，1957年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖， Co的衰变方程是：  ，其中  是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零，则衰变产物  的质量数为 和核电荷数分别为
四、计算题（19、20每题8分，21、22每题10分，共36分）
16．科学家发现太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的，当γ射线爆发时，在数秒钟所产生的能量，相当于太阳在过去一百亿年所发生的能量总和的一千倍左右，大致相当于将太阳全部质量转变为能量的总和．科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行了模拟，发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的"坍塌"过程，只有星球"坍塌"时所放出的能量，才可能发出这么巨大的能量，已知太阳光照射到地球上大约需要8min时间，由此来估算:宇宙中一次γ射线爆发放出的能量．（结果保留2位有效数字）
17.如图所示，静止在匀强磁场中的  Li核俘获一个速度为V0=7．7×104 m／s的中子而发生核反应， Li  n→  H  ，若已知,He的速度为V2=2．0×104 m／s，其方向跟中子反应前的速度方向相同，求：
(1) H的速度多大?
(2)在图中画出粒子 H和  He的运动轨迹，并求它们的轨道半径之比．
 (3)当粒子 He旋转了3周时，粒子阳  旋转几周?
18.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破要害技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10-27kg。
⑴写出氘和氚聚合的反应方程。
⑵试计算这个核反应释放出来的能量。
⑶若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？
（一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取二位有效数字）
19．太阳能汽车是一种环保型的“绿色”汽车，人们正致力于研究着。有一辆太阳能汽车，车上太阳能电池的太阳能集光板面积为8m2，它正对太阳时，太阳能电池可以向车上的电动机输出电压为240V、强度为10A的电流。已知电动机的线圈电阻为4Ω，太阳光垂直照射到地面的单位面积的辐射功率为1.35×103W/m2。试求：
(1)这辆车的太阳能电池的效率是多大？车上电动机将将输出多大的机械功率？
(2)这辆车的总质量为0.6×103kg，车行驶的阻力是车的重力的0.05倍，这辆车在水平路面上的最大速度是多大？
(3)太阳辐射的能量是由以下聚变反应  产生的。已知质子、α粒子，正电子的质量分别为1.6726×10-27kg，6.6458×10-27kg，9.1×10-31kg，则太阳能汽车运行1s所需的太阳能，相当于多少组以上核反应释放的能量？（g=10m/s2，真空中光速c=3.0×108m/s，结果取两位有效数字）
第十九章 原子核（B）答案
一、单选1.A（使中子减速的粒子最佳的应和它的质量接近） 2. C （由图可知，将氘核分解为质子、中子需吸收能量） 3. C（由质能方程结合圆周运动知识可知C正确） 4.B（半衰期是大量粒子的统计规律， 粒子是核中的中子转化为质子而产生） 5.（由能量关系  ） 6. B(由半衰期定义知，经历时间应为2个半衰期) 二、多选 7.CD（核力只有相邻的粒子之间具有的一种强相互作用力） 8.ABD（半衰期与物理化学状态无关，所以C错） 9.AB（中微子和子核的动量大小相等方向相反，由于它们动量相同，中微子质量较小，所以微子动能较大） 10. AD（天然放射现象说明了原子核有复杂的结构） 11。AD（分析这些粒子的电量即可作出解答，从题意知 介子、 介子都是由夸克 或夸克 中的一个和反夸克 或反夸克 中的一个组成，仔细分析表中的电量可知，只有夸克 （电量为  ）与反夸克 （电量为  ）的总电量等于 介子（  ）的电量，即 介子由 和 组成；同理 介子由 和 组成。三填空。12.8 6 （由质量数知 衰变次数  ，由电荷数守恒得 次数为  13. α、β、γ； γ、β、α； α、β、γ（由三种射线的性质可知）14.2 1 1 2(由电荷量的关系可知) 15. 60，28（由核反应方程的质量数和电荷数守恒可知） 16． 1．6×1047J（由万有引力公式  T=365×24×3600s r=3×108×480m 得m=1.8×1030kg 由E=MC2 得1．6×1047J 17．这是一个核反应跟动量守恒及洛仑兹力相结合的问题。（1）  核俘获  的过程，系统动量守恒： 
 代入数据  得  负号表示与V0的方向相反
（2）两粒子在磁场的半径之比,如图所示。
(3)由  得  所以相同时间转动的周数之比为2：3， 粒子转3周氦核转2周
18.⑴  (2)2.8×10-12J ⑶23kg
⑵ 
⑶  代入数据得 
19.（1）照射到车上的太阳能的功率为P1=P0S=1.35×103×8=1.08×104（W）
转化电能的功率为P2=UI=240×10=2.4×103 (W)
所以太阳能电池的效率为η1= 
电动机将电能转化为机械能的功率为P3=P2-I2R=2.4×103-102×4=2.0×103 (W)
(2)车所受的阻力为f=kmg=0.05×0.6×103×10=3.0×102 (N)
由P3=fVm 得 
(3)每组核反应发生的质量亏损为
每组核反应放出的能量
太阳能汽车运行1s所需的太阳能，相当于以上核反应释放的能量组数为
点评：原子核中核反应可以和力学中的动量、能量结合，也可以和一些典型的运动模型结合，例如第16题和第17题。由于核能的开发和利用具有很广阔的情景，所以核能和生产实际有很紧密的联系，例如第18题和第19题，我们要通过分析解决这类问题，提高综合应用能力。
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