新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第五章原子核質(zhì)量評估新人教版選擇性必修第三冊

第五章質(zhì)量評估(時(shí)間:75分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題:本題共7小題,每小題4分,共28分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的.1.為了探究宇宙起源,“阿爾法磁譜儀”將在太空中尋找“反物質(zhì)”.“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的.“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量,但電荷的符號相反.由此可知反氫原子是()A.由1個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B.由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成C.由1個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D.由1個(gè)不帶電的中子和1個(gè)帶正電荷的正電子構(gòu)成解析:氫原子由一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子組成,根據(jù)“反物質(zhì)”和“反粒子”的概念,可知反氫原子由一個(gè)帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和一個(gè)帶正電荷的正電子組成,選項(xiàng)B正確.答案:B2.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后,人們對射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究,發(fā)現(xiàn)α、β、γ射線的穿透能力不同.下圖為這三種射線穿透能力的比較,圖中射線①②③分別是()A.γ、β、α射線B.β、γ、α射線C.α、β、γ射線 D.γ、α、β射線解析:α射線穿透能力最弱,不能穿透比較厚的黑紙,①為α射線;γ射線穿透能力最強(qiáng),能穿透厚鋁板和鉛板,③為γ射線;β射線穿透能力較強(qiáng),能穿透黑紙,但不能穿透厚鋁板,②是β射線.選項(xiàng)C正確.答案:C3.一個(gè)

92235U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的核裂變反應(yīng),其核裂變方程為

92235U+01nX+

3894SrA.X原子核中含有86個(gè)中子B.X原子核中含有141個(gè)核子C.因?yàn)楹肆炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以核裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因?yàn)楹肆炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少解析:X原子核中的核子數(shù)為(235+1)-(94+2)=140,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.中子數(shù)為140-(92-38)=86,選項(xiàng)A正確.核裂變時(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.答案:A4.在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82,一個(gè)鉛原子質(zhì)量數(shù)為207,下列說法正確的是()A.鉛原子核外有82個(gè)電子,核內(nèi)有207個(gè)質(zhì)子B.鉛原子核外有82個(gè)電子,核內(nèi)有82個(gè)質(zhì)子C.鉛原子核內(nèi)有82個(gè)質(zhì)子,207個(gè)中子D.鉛原子核內(nèi)有125個(gè)核子解析:在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82,即一個(gè)鉛原子中有82個(gè)質(zhì)子,由于原子是電中性的,則核外電子有82個(gè).根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和可知,鉛原子核的中子數(shù)為207-82=125.選項(xiàng)B正確.答案:B5.關(guān)于核力,下列說法錯(cuò)誤的是()A.鉛原子的核力是一種特殊的萬有引力,存在于原子核內(nèi)所有的核子間B.鉛原子的原子核內(nèi)只有相鄰的核子間才有核力作用C.鉛原子的核力是原子核能穩(wěn)定存在而不“分崩離析”的原因D.鉛原子的核力是一種短程強(qiáng)相互作用力,其作用的范圍約為10-15m解析:核力是僅存在于相鄰核子間的短程強(qiáng)相互作用力,而萬有引力在任何有質(zhì)量的物體間都存在,且遠(yuǎn)小于核力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B、D正確.因?yàn)閺?qiáng)大的核力平衡了原子核內(nèi)質(zhì)子間的庫侖力,所以原子核能穩(wěn)定存在,選項(xiàng)C正確.答案:A6.(2023·廣東)镅241(

95241Am)是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器等設(shè)備內(nèi)重要的放射源.其制備途徑的核反應(yīng)過程表示為:X+94239PuPu,X+94240PuPu,94241PuY+95241A.X是質(zhì)子B.X是電子C.Y是質(zhì)子D.Y是電子解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,則X為中子;根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得,Y的質(zhì)量數(shù)為0,電荷數(shù)為-1,則Y是電子,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確.答案:D7.下面四幅示意圖能正確反映核反應(yīng)過程的是()ABCD解析:核反應(yīng)過程中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒,用α粒子轟擊氮原子核,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,其核反應(yīng)方程為

714N+24HeO+11H,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.用α粒子轟擊鈹原子核,發(fā)現(xiàn)了中子,其核反應(yīng)方程為

24He+49BeC答案:A二、多項(xiàng)選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求.全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分.8.太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變,太陽中存在的主要元素是氫,氫核的聚變反應(yīng)可以看作4個(gè)氫核(11H)結(jié)合成1個(gè)氦核(24He).下表中列出了部分粒子的質(zhì)量,已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量,粒子質(zhì)子pα粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087A.核反應(yīng)方程式為411HHe+2B.核反應(yīng)方程式為411HHe+2C.4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.0266uD.核聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8MeV解析:根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.質(zhì)量虧損為Δm=(4×1.0073-4.0015-2×0.00055)u=0.0266u,根據(jù)ΔE=Δmc2可知ΔE=24.8MeV,選項(xiàng)C、D正確.答案:ACD9.在某些恒星內(nèi),3個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)

612C,612C的質(zhì)量是12.0000u,α粒子的質(zhì)量是4.0026u,已知1u=1.66×10-27kg,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量,真空中的光速為3.0×108m/s,電子電荷量為1.6×10-19C,A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=0.0078uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.2948×10-29kgC.反應(yīng)過程中放出的能量約為7.266MeVD.反應(yīng)過程中放出的能量約為1.16×10-19J解析:其核反應(yīng)方程是324HeC.其質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078u,選項(xiàng)A正確.Δm=0.0078×1.66×10-27kg=1.2948×10-29kg,選項(xiàng)B正確.ΔE=0.0078×931.5MeV=7.2657MeV,選項(xiàng)C正確.ΔE=7.2657×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案:ABC10.一個(gè)靜止的放射性原子核處于勻強(qiáng)磁場中,由于發(fā)生了衰變而在磁場中形成如圖所示的兩個(gè)圓形徑跡,兩圓半徑之比為1∶16,下列判斷正確的是()A.該原子核發(fā)生了α衰變B.反沖原子核沿小圓逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)C.原來靜止的核,其原子序數(shù)為15D.放出的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)周期相同解析:衰變后產(chǎn)生的新核即反沖核及放出的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑r=mvqB,因反沖核與放出的粒子動(dòng)量守恒,而反沖核電荷量較大,所以其半徑較小,并且反沖核帶正電荷,由左手定則可以判定反沖核沿小圓逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確.沿大圓運(yùn)動(dòng)的放出的粒子在衰變處由動(dòng)量守恒可知其向上運(yùn)動(dòng),且順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由左手定則可以判定放出的粒子一定帶負(fù)電荷,因此,這個(gè)衰變?yōu)棣滤プ?放出的粒子為電子,衰變方程為

QMAB+-10e,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.由兩圓的半徑之比為1∶16可知,B核的電荷數(shù)為16,原來的放射性原子核的電荷數(shù)為15,其原子序數(shù)為15,即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項(xiàng)C正確.由周期公式T=2πmqB可知,因電子與反沖核的比荷不同,答案:BC三、非選擇題:共54分.11.(6分)核電池又叫“放射性同位素電池”(如圖所示),一個(gè)硬幣大小的核電池,就可以讓手機(jī)不充電使用5000年.燃料中钚(94238Pu)是一種人造同位素,(1)用氘核(12H)轟擊鈾核(92238U)生成镎核(93238Np)和兩個(gè)相同的粒子X,核反應(yīng)方程是

92238U+(2)镎核(93238Np)放出一個(gè)粒子Y后轉(zhuǎn)變成钚核(94238Pu),核反應(yīng)方程是

93238X粒子的符號為,Y粒子的符號為.

解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得

92238U+

12H

93238Np+201n和答案:(2)01n12.(10分)為了驗(yàn)證ΔE=Δmc2,設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn):用動(dòng)能E1=0.9MeV的質(zhì)子去轟擊靜止的鋰核

37Li,生成兩個(gè)α粒子,測得這兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和E=19.9MeV.質(zhì)子、鋰7核、α粒子的質(zhì)量分別是1.0073u、7.0160u、4.0015u.1u相當(dāng)于931.5MeV(1)寫出該核反應(yīng)方程式;(2)計(jì)算核反應(yīng)過程中釋放的能量ΔE;(3)通過計(jì)算說明ΔE=Δmc2的正確性.解析:可先計(jì)算核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm,再根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的能量ΔE,并建立一個(gè)理想模型.釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動(dòng)能,計(jì)算出核反應(yīng)中系統(tǒng)的動(dòng)能的增加量E-E1.在誤差允許的范圍內(nèi),只要釋放的能量ΔE與系統(tǒng)的動(dòng)能的增加量E-E1近似相等,即可說明ΔE=Δmc2是正確的.(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程.(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm=(1.0073+7.0160-2×4.0015)u=0.0203u,根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的能量ΔE=0.0203×931.5MeV=18.9MeV.(3)由實(shí)驗(yàn)知反應(yīng)前后系統(tǒng)增加的動(dòng)能是E-E1=(19.9-0.9)MeV=19.0MeV,這與核反應(yīng)中釋放的核能在誤差允許的范圍內(nèi)近似相等,證明了方程ΔE=Δmc2是正確的.答案:(1)11H+37Li224He(2)18.13.(10分)钚的放射性同位素

94239Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤?/p>

92235U和α粒子,并放出能量為0.097MeV的γ光子.已知

94239Pu核、92235U核、α粒子的質(zhì)量分別為mPu=239.0521u,mU=235.0439u,mα=4(1)寫出衰變方程;(2)若衰變放出光子的動(dòng)量可忽略,求α粒子的動(dòng)能.解析:(1)核反應(yīng)過程中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒.衰變方程為

94239PuU+24He(2)衰變過程中,質(zhì)量虧損,釋放核能,放出的能量轉(zhuǎn)化為鈾核的動(dòng)能EkU、α粒子的動(dòng)能Ekα和γ光子的能量Eγ.EkU+Ekα+Eγ=(mPu-mU-mα)c2,衰變過程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,設(shè)鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動(dòng)量守恒有mUvU=mαvα,根據(jù)動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系可知p=2m則2mUE解得α粒子的動(dòng)能Ekα=5.03MeV.答案:(1)94239PuU+24He+γ14.(14分)用速度幾乎是0的慢中子轟擊靜止的硼核(510B),產(chǎn)生鋰核(37Li)和α粒子.已知中子質(zhì)量mn=1.008665u,硼核質(zhì)量mB=10.01677u,鋰核質(zhì)量mLi=7.01822u,α粒子質(zhì)量mα=4.00260u.1u相當(dāng)于931(1)寫出該反應(yīng)的核反應(yīng)方程.(2)求出該反應(yīng)放出的能量ΔE.(3)若核反應(yīng)中放出的能量全部變成生成核的動(dòng)能,則鋰核和α粒子的動(dòng)能各是多少?解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程,由質(zhì)量虧損及物體的質(zhì)量與能量的關(guān)系求出核能,再由動(dòng)量守恒和能量守恒求出鋰核和α粒子的動(dòng)能.(1)核反應(yīng)方程為

510B+01nLi(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm=(10.01677u+1.008665u)-(7.01822u+4.00260u)=0.004615u,釋放出的能量為ΔE=0.004615×931.5MeV≈4.30MeV.(3)根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mLivLi=mαvα,由動(dòng)能計(jì)算式得EkLi=12mLivEkα=12mαvα2,聯(lián)立有E根據(jù)能量守恒有EkLi+Ekα=ΔE=4.30MeV,解得EkLi=1.56MeV,Ekα=2.74MeV.答案:(1)510B+01nLi+24He(2)4.30MeV(3)1.15.(14分)太陽能不僅包括直接射到地球表面的太陽輻射能,還包括所有的化石燃料的化學(xué)能、水能、風(fēng)能、海洋能等間接的太陽能,還應(yīng)包括綠色植物的光合作用固定下來的能量,即生物質(zhì)能.嚴(yán)格地說,除了地?zé)崮芎驮雍四艿厍蛏纤衅渌茉慈縼碜蕴柲?這也被稱為“廣義太陽能”,以便與僅指太陽輻射能的“狹義太陽能”相區(qū)別.(1)太陽內(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能.其核反應(yīng)方程是.若mH=1.0073u,mα=4.0026u,me=0.00055u,則該反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損是u.如果1u相當(dāng)于931.5MeV的能量,那么該反應(yīng)中釋放的能量是MeV.由于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損,太陽的質(zhì)量緩慢減小,假設(shè)地球公轉(zhuǎn)半徑不變,與現(xiàn)在相比,在很久很久以前,地球公轉(zhuǎn)的周期(選填“較長”“較短”或“沒有變化”).

(2)利用光電轉(zhuǎn)換可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能.若地球附近某空間站上的太陽能電池接收板的面積是S,光電轉(zhuǎn)化效率為η.已知太陽輻射的總功率為P,太陽輻射穿過太空的能量損失忽略不計(jì),光速為c,太陽光射到空間站經(jīng)歷的時(shí)間是t,試求該太陽能電池能夠輸出的最大電功率.解析:(1)核反應(yīng)方程為411HHe+210e.該核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm=4mH-mα-2me=4