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

第五章質量評估(時間:75分鐘滿分:100分)一、單項選擇題:本題共7小題,每小題4分,共28分.在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的.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”.“反物質”是由“反粒子”構成的.“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質量和相同的電荷量,但電荷的符號相反.由此可知反氫原子是()A.由1個帶正電荷的質子和1個帶負電荷的電子構成B.由1個帶負電荷的反質子和1個帶正電荷的正電子構成C.由1個帶負電荷的反質子和1個帶負電荷的電子構成D.由1個不帶電的中子和1個帶正電荷的正電子構成解析:氫原子由一個電子和一個質子組成,根據“反物質”和“反粒子”的概念,可知反氫原子由一個帶負電荷的反質子和一個帶正電荷的正電子組成,選項B正確.答案:B2.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后,人們對射線的性質進行了深入的研究,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,能穿透厚鋁板和鉛板,③為γ射線;β射線穿透能力較強,能穿透黑紙,但不能穿透厚鋁板,②是β射線.選項C正確.答案:C3.一個

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

92235U+01nX+

3894SrA.X原子核中含有86個中子B.X原子核中含有141個核子C.因為核裂變時釋放能量,根據E=mc2,所以核裂變后的總質量數增加D.因為核裂變時釋放能量,出現(xiàn)質量虧損,所以生成物的總質量數減少解析:X原子核中的核子數為(235+1)-(94+2)=140,選項B錯誤.中子數為140-(92-38)=86,選項A正確.核裂變時釋放能量,出現(xiàn)質量虧損,但是其總質量數是不變的,選項C、D錯誤.答案:A4.在元素周期表中查到鉛的原子序數為82,一個鉛原子質量數為207,下列說法正確的是()A.鉛原子核外有82個電子,核內有207個質子B.鉛原子核外有82個電子,核內有82個質子C.鉛原子核內有82個質子,207個中子D.鉛原子核內有125個核子解析:在元素周期表中查到鉛的原子序數為82,即一個鉛原子中有82個質子,由于原子是電中性的,則核外電子有82個.根據質量數等于質子數與中子數之和可知,鉛原子核的中子數為207-82=125.選項B正確.答案:B5.關于核力,下列說法錯誤的是()A.鉛原子的核力是一種特殊的萬有引力,存在于原子核內所有的核子間B.鉛原子的原子核內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相互作用力,而萬有引力在任何有質量的物體間都存在,且遠小于核力,選項A錯誤,選項B、D正確.因為強大的核力平衡了原子核內質子間的庫侖力,所以原子核能穩(wěn)定存在,選項C正確.答案:A6.(2023·廣東)镅241(

95241Am)是火災自動報警器等設備內重要的放射源.其制備途徑的核反應過程表示為:X+94239PuPu,X+94240PuPu,94241PuY+95241A.X是質子B.X是電子C.Y是質子D.Y是電子解析:根據質量數和電荷數守恒得,X的質量數為1,電荷數為0,則X為中子;根據質量數和電荷數守恒得,Y的質量數為0,電荷數為-1,則Y是電子,故A、B、C錯誤,D正確.答案:D7.下面四幅示意圖能正確反映核反應過程的是()ABCD解析:核反應過程中,電荷數守恒,質量數守恒,用α粒子轟擊氮原子核,發(fā)現(xiàn)了質子,其核反應方程為

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

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

612C,612C的質量是12.0000u,α粒子的質量是4.0026u,已知1u=1.66×10-27kg,1u相當于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.反應過程中的質量虧損是Δm=0.0078uB.反應過程中的質量虧損是Δm=1.2948×10-29kgC.反應過程中放出的能量約為7.266MeVD.反應過程中放出的能量約為1.16×10-19J解析:其核反應方程是324HeC.其質量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078u,選項A正確.Δm=0.0078×1.66×10-27kg=1.2948×10-29kg,選項B正確.ΔE=0.0078×931.5MeV=7.2657MeV,選項C正確.ΔE=7.2657×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,選項D錯誤答案:ABC10.一個靜止的放射性原子核處于勻強磁場中,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針運動C.原來靜止的核,其原子序數為15D.放出的粒子與反沖核運動周期相同解析:衰變后產生的新核即反沖核及放出的帶電粒子在勻強磁場中均做勻速圓周運動,軌道半徑r=mvqB,因反沖核與放出的粒子動量守恒,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針運動,選項B正確.沿大圓運動的放出的粒子在衰變處由動量守恒可知其向上運動,且順時針旋轉,由左手定則可以判定放出的粒子一定帶負電荷,因此,這個衰變?yōu)棣滤プ?放出的粒子為電子,衰變方程為

QMAB+-10e,選項A錯誤.由兩圓的半徑之比為1∶16可知,B核的電荷數為16,原來的放射性原子核的電荷數為15,其原子序數為15,即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項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),一個硬幣大小的核電池,就可以讓手機不充電使用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)和兩個相同的粒子X,核反應方程是

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

93238X粒子的符號為,Y粒子的符號為.

解析:根據質量數守恒和電荷數守恒可得

92238U+

12H

93238Np+201n和答案:(2)01n12.(10分)為了驗證ΔE=Δmc2,設計了下面的實驗:用動能E1=0.9MeV的質子去轟擊靜止的鋰核

37Li,生成兩個α粒子,測得這兩個α粒子的動能之和E=19.9MeV.質子、鋰7核、α粒子的質量分別是1.0073u、7.0160u、4.0015u.1u相當于931.5MeV(1)寫出該核反應方程式;(2)計算核反應過程中釋放的能量ΔE;(3)通過計算說明ΔE=Δmc2的正確性.解析:可先計算核反應過程中的質量虧損Δm,再根據ΔE=Δmc2計算出核反應中釋放的能量ΔE,并建立一個理想模型.釋放的能量全部轉化為系統(tǒng)的動能,計算出核反應中系統(tǒng)的動能的增加量E-E1.在誤差允許的范圍內,只要釋放的能量ΔE與系統(tǒng)的動能的增加量E-E1近似相等,即可說明ΔE=Δmc2是正確的.(1)根據質量數、電荷數守恒寫出核反應方程.(2)核反應過程中的質量虧損Δm=(1.0073+7.0160-2×4.0015)u=0.0203u,根據ΔE=Δmc2計算出核反應中釋放的能量ΔE=0.0203×931.5MeV=18.9MeV.(3)由實驗知反應前后系統(tǒng)增加的動能是E-E1=(19.9-0.9)MeV=19.0MeV,這與核反應中釋放的核能在誤差允許的范圍內近似相等,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量可忽略,求α粒子的動能.解析:(1)核反應過程中,電荷數守恒,質量數守恒.衰變方程為

94239PuU+24He(2)衰變過程中,質量虧損,釋放核能,放出的能量轉化為鈾核的動能EkU、α粒子的動能Ekα和γ光子的能量Eγ.EkU+Ekα+Eγ=(mPu-mU-mα)c2,衰變過程中,系統(tǒng)動量守恒,設鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動量守恒有mUvU=mαvα,根據動量和動能的關系可知p=2m則2mUE解得α粒子的動能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),產生鋰核(37Li)和α粒子.已知中子質量mn=1.008665u,硼核質量mB=10.01677u,鋰核質量mLi=7.01822u,α粒子質量mα=4.00260u.1u相當于931(1)寫出該反應的核反應方程.(2)求出該反應放出的能量ΔE.(3)若核反應中放出的能量全部變成生成核的動能,則鋰核和α粒子的動能各是多少?解析:根據質量數和電荷數守恒寫出核反應方程,由質量虧損及物體的質量與能量的關系求出核能,再由動量守恒和能量守恒求出鋰核和α粒子的動能.(1)核反應方程為

510B+01nLi(2)核反應過程中的質量虧損為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)根據動量守恒定律有mLivLi=mαvα,由動能計算式得EkLi=12mLivEkα=12mαvα2,聯(lián)立有E根據能量守恒有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能、水能、風能、海洋能等間接的太陽能,還應包括綠色植物的光合作用固定下來的能量,即生物質能.嚴格地說,除了地熱能和原子核能地球上所有其他能源全部來自太陽能,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)太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應,這種核反應釋放出的能量就是太陽能.其核反應方程是.若mH=1.0073u,mα=4.0026u,me=0.00055u,則該反應中發(fā)生的質量虧損是u.如果1u相當于931.5MeV的能量,那么該反應中釋放的能量是MeV.由于核反應中的質量虧損,太陽的質量緩慢減小,假設地球公轉半徑不變,與現(xiàn)在相比,在很久很久以前,地球公轉的周期(選填“較長”“較短”或“沒有變化”).

(2)利用光電轉換可以將太陽能轉化為電能.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,光速為c,太陽光射到空間站經歷的時間是t,試求該太陽能電池能夠輸出的最大電功率.解析:(1)核反應方程為411HHe+210e.該核反應的質量虧損為Δm=4mH-mα-2me=4