人教版高中物理選擇性必修三 章末綜合測評5　原子核同步檢測

1、章末綜合測評(五)原子核 (時(shí)間：90分鐘分值：100分)1(4分)在人類認(rèn)識原子與原子核結(jié)構(gòu)的過程中，符合物理學(xué)史的是()A查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了盧瑟福關(guān)于中子的猜想是正確的B湯姆孫首先提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C居里夫人首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象D玻爾通過原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子A盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B、D錯(cuò)誤；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，C錯(cuò)誤；選項(xiàng)A正確。2(4分)關(guān)于原子核，下列說法正確的是()A原子核能發(fā)生衰變說明原子核內(nèi)存在電子B核反應(yīng)堆利用鎘棒吸收中子控制核反應(yīng)速度C輕核的聚變反應(yīng)可以在任何溫度下進(jìn)行D一切核反應(yīng)都只釋放核能B原子核是由質(zhì)

2、子和中子組成的，衰變是中子釋放一個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤；核反應(yīng)堆利用鎘棒吸收中子以控制核反應(yīng)速度，B正確；輕核的聚變在幾百萬度的高溫下才能進(jìn)行，C錯(cuò)誤；核反應(yīng)不都是釋放能量的反應(yīng)，也有吸收能量的反應(yīng)，D錯(cuò)誤。3(4分)硼10俘獲1個(gè)粒子，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不穩(wěn)定的，它放出y粒子變成碳13，那么，x粒子和y粒子分別為()A中子和正電子B中子和電子C質(zhì)子和正電子D質(zhì)子和中子A由核反應(yīng)方程eq oal(10, 5)Beq oal(4,2)Heeq oal(13, 7)Neq oal(1,0)n，eq oal(13, 7)Neq oal(13, 6)Ceq oal(0,1)e，

3、選項(xiàng)A正確。4(4分)太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實(shí)驗(yàn)測定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播過程中衰變成一個(gè)子和一個(gè)子。若在衰變過程中子的速度方向與中微子原來的方向一致，則子的運(yùn)動方向()A一定與子同方向B一定與子反方向C一定與子在同一直線上D不一定與子在同一直線上C中微子衰變成子和子，滿足動量守恒，子的速度方向與中微子原來的方向一致，子必定也在這條直線上，C正確。5(4分)關(guān)于核聚變，以下說法正確的是()A與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站C要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到1010 m以內(nèi)，核力才能起作用D核

4、聚變比核裂變更易控制A與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理。但核聚變不易控制，其發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行。A正確。6(4分)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚合成一個(gè)氦核的反應(yīng)方程是eq oal(2,1)Heq oal(3,1)Heq oal(4,2)Heeq oal(1,0)n，此反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為m。已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c。若1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生核反應(yīng)生成氦，則在這個(gè)核反應(yīng)中釋放的能量為()Aeq f(1,2)NAmc2BNAmc2C2NAmc2D5NAmc2B一個(gè)氘核和一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)，釋放出

5、的能量為mc2，1 mol的氘核和1 mol的氚核結(jié)合成1 mol的氦核釋放能量為NAmc2，B正確。7(4分)典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時(shí)放出x個(gè)中子：eq oal(235, 92)Ueq oal(1,0)neq oal(144, 56)Baeq oal(89,36)Krxeq oal(1,0)n，鈾235質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，鋇144質(zhì)量為m3，氪89的質(zhì)量為m4，下列說法正確的是()A該核反應(yīng)類型屬于人工轉(zhuǎn)變B該反應(yīng)放出能量(m12m2m3m4)c2Cx的值是2D該核反應(yīng)比聚變反應(yīng)對環(huán)境的污染少B該核反應(yīng)是核裂變，不是人工轉(zhuǎn)變，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程eq oal(235, 92)

6、Ueq oal(1,0)neq oal(144, 56)Baeq oal(89,36)Krxeq oal(1,0)n中根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，有：235114489x，解得：x3；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，該反應(yīng)放出能量為Emc2(m1m2m3m43m2)c2(m1m3m42m2)c2，故B正確，C錯(cuò)誤；該核反應(yīng)生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯(cuò)誤。8(6分)由圖所示可得出結(jié)論：質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和_(選填“大于”“小于”或“等于”)氘核的質(zhì)量，氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要_(選填“放出”或“吸收”)能量。解析由圖可以看出，氘核分解為質(zhì)子和中子的過程中是吸收能量的，因此兩個(gè)核子質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量。答案

7、大于吸收9(10分)太陽能資源，不僅包括直接投射到地球表面上的太陽輻射能，而且也包括所有礦物燃料能、水能、風(fēng)能等間接的太陽能資源，嚴(yán)格地說，除了地?zé)崮?、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部來自太陽能，太陽?nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這種核反應(yīng)釋放出的能量就是太陽的能源。(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)若mH1.007 3 u，mHe4.002 6 u，me0.000 55 u，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損是多少？(3)如果1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，則該反應(yīng)中釋放的能量是多少？(4)由于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，太陽的質(zhì)量緩慢減少，與現(xiàn)在相比，在很久很久以前，地球公轉(zhuǎn)

8、的周期是“較長”還是“較短”，并說明理由(假設(shè)地球公轉(zhuǎn)半徑不變)。解析(1)4eq oal(1,1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)e。(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為m4mHmHe2me41.007 3 u4.002 6 u20.000 55 u0.025 5 u。(3)該核反應(yīng)釋放的能量為E0.025 5931.5 MeV23.753 25 MeV。(4)在很久很久以前，太陽的質(zhì)量比現(xiàn)在的大，太陽和地球間的萬有引力比現(xiàn)在的大，由Fmeq blc(rc)(avs4alco1(f(2,T)eq sup12(2)R可知，很久很久以前，地球公轉(zhuǎn)的周期較短。答案(1)4eq oal(1,

9、1)Heq oal(4,2)He2eq oal(0,1)e(2)0.025 5 u(3)23.753 25 MeV(4)略10(10分)運(yùn)動的原子核eq oal(A,Z)X放出粒子后變成靜止的原子核Y。已知X、Y和粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，粒子的速度遠(yuǎn)小于光速。求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及粒子的動能。解析衰變方程是eq oal(A,Z)Xeq oal(A4,Z2)Yeq oal(4,2)He，設(shè)原子核X和粒子的動量、動能分別為p0和p2、E0和E2，根據(jù)動量守恒定律有p0p2，由粒子動能與動量的關(guān)系E0eq f(poal(2,0),2M)，E2eq f(poal(2

10、,2),2m2)，根據(jù)能量守恒，反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差EkE2E0(Mm1m2)c2，聯(lián)立以上各式解得E2eq f(M(Mm1m2),Mm2)c2。答案Ek(Mm1m2)c2eq f(M,Mm2)(Mm1m2)c211(4分)(多選)一靜止的鋁原子核eq oal(27,13)Al俘獲一速度為1.0107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq oal(28,14)Si*。下列說法正確的是()A核反應(yīng)方程為peq oal(27,13)Aleq oal(28,14)Si*B核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和D硅原子核速度的數(shù)量級為105

11、 m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致ABD核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為peq oal(27,13)Aleq oal(28,14)Si*，A正確；核反應(yīng)過程中遵從動量守恒和能量守恒，B正確；核反應(yīng)中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，C錯(cuò)誤；根據(jù)動量守恒定律有mpvpmSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，D正確。12(4分)(多選)關(guān)于核力與結(jié)合能，下列說法正確的是()A核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，可為引力也可為斥力B核力具有飽和性和短程性，重核的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)C比結(jié)合能小的原子核合成或分解成比結(jié)合能大的原

12、子核時(shí)一定釋放核能D原子核的結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定ABC由核力的概念知A、B正確；原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，比結(jié)合能小的原子核合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定發(fā)生質(zhì)量虧損釋放核能，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。13(4分)(多選)放射性元素eq oal(238, 92)U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq oal(210, 83)Bi，而eq oal(210, 83)Bi可以經(jīng)過一次衰變變成eq oal(210, a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)過一次衰變變成eq oal( b,81)Tl，eq oal(210,a)X和eq

13、oal(b,81)Tl最后都變成eq oal(206, 82)Pb，衰變路徑如圖所示。則()Aa84Bb206Ceq oal(210, 83)Bieq oal(210,a)X是衰變，eq oal(210, 83)Bieq oal( b,81)Tl是衰變Deq oal(210, 83)Bieq oal(210,a)X是衰變，eq oal(210, 83)Bieq oal( b,81)Tl是衰變ABC由eq oal(210, 83)Bieq oal(210,a)X，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是衰變，同時(shí)知a84。由eq oal(210, 83)Bieq oal( b,81)Tl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生

14、的是衰變，同時(shí)知b206。故A、B、C正確。14(4分)(多選)“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個(gè)核外電子，核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶樱雍怂プ兂梢粋€(gè)新核，并且放出一個(gè)中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電)。若一個(gè)靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計(jì))，則()A生成的新核與衰變前的原子核質(zhì)量數(shù)相同B生成新核的核電荷數(shù)增加C生成的新核與衰變前的原子核互為同位素D生成的新核與中微子的動量大小相等AD質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)相同，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，A正確；新核質(zhì)子數(shù)減少，故核電荷數(shù)減少，B錯(cuò)誤；新核與原核質(zhì)子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，

15、C錯(cuò)誤；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)初動量為零，所以生成的新核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確。15(4分)(多選)月球土壤里大量存在著一種叫作“氦3(eq oal(3,2)He)”的化學(xué)元素，這是熱核聚變的重要原料。關(guān)于“氦3(eq oal(3,2)He)”與氘核的聚變，下列說法正確的是()A核反應(yīng)方程為eq oal(3,2)Heeq oal(2,1)Heq oal(4,2)Heeq oal(1,1)HB核反應(yīng)生成物的質(zhì)量將大于反應(yīng)物的質(zhì)量C“氦3(eq oal(3,2)He)”一個(gè)核子的結(jié)合能小于氦4(eq oal(4,2)He)一個(gè)核子的結(jié)合能D“氦3(eq

16、 oal(3,2)He)”的原子核與一個(gè)氘核發(fā)生聚變將放出能量ACDA選項(xiàng)中的核反應(yīng)方程就是eq oal(3,2)He和eq oal(2,1)H發(fā)生核聚變的方程，在生成eq oal(4,2)He和eq oal(1,1)H的同時(shí)釋放大量的能量，A正確；由于核反應(yīng)的過程中釋放大量的能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，可知生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量，B錯(cuò)誤；質(zhì)量中等的核的比結(jié)合能最大，故使重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)質(zhì)量中等的核或使輕核聚變，都可使核更為穩(wěn)定并放出能量，eq oal(3,2)He一個(gè)核子的結(jié)合能小于eq oal(4,2)He一個(gè)核子的結(jié)合能，C、D正確。16(6分)我國自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽

17、”托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行，獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國家行列。該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是eq oal(2,1)Heq oal(3,1)Heq oal(4,2)Heeq oal(1,0)n，反應(yīng)原料氘(eq oal(2,1)H)富存于海水中，而氚(eq oal(3,1)H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核(eq oal(6,3)Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到。(1)請把下列用中子轟擊鋰核(eq oal(6,3)Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(eq oal(3,1)H)和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：_eq oal(1,0)n_eq oal(3,1)H。(2)在(1)中

18、，每產(chǎn)生1 g氚的同時(shí)有多少個(gè)eq oal(6,3)Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變？(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.01023 mol1)(3)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量為5.61013 J，求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損。解析(1)核反應(yīng)方程為eq oal(6,3)Lieq oal(1,0)neq oal(4,2)Heeq oal(3,1)H。(2)因?yàn)? g氚為eq f(1,3) mol，根據(jù)核反應(yīng)方程，實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的eq oal(6,3)Li也為eq f(1,3) mol，所以有2.01023個(gè)eq oal(6,3)Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變。(3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，核聚變反應(yīng)中有

19、5個(gè)核子參加了核反應(yīng)，5個(gè)核子釋放總能量E55.61013 J2.81012 J，所以質(zhì)量虧損為meq f(E,c2)eq f(2.81012,(3108)2)kg3.11029kg。答案(1)eq oal(6,3)Lieq oal(4,2)He(2)2.01023個(gè)(3)3.11029kg17(10分)為測定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8107次，這種同位素的半衰期為2天，10天以后從水庫取出1 m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？解析由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比出發(fā)，運(yùn)用半衰期知識可求出存水量。設(shè)放射性同位素原有質(zhì)量為m0，10天后其剩余質(zhì)量為m，水庫存水量為Q，10天后每立方米水中放射性元素的存量為eq f(m,Q)，由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比eq f(m0,m/Q)eq f(8107,10)，即eq f(10Q,8107)eq f(m,m0)，由半衰期公式得：mm0eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)eq sup10(eq f(t,T)由以上兩式聯(lián)立代入數(shù)據(jù)得eq f(10Q,8107)eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,