2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核單元檢測含解析新人教版選修3-5

PAGE10-單元素養(yǎng)檢測(四)(第十九章)(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。其中1～8題為單選，9～12題為多選)1.在自然放射性物質(zhì)旁邊放置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消逝的根本緣由是()A.γ射線的貫穿作用B.α射線的電離作用C.β射線的貫穿作用D.β射線的中和作用【解析】選B。本題考查三種射線的特點。由于α射線電離作用較強，能使空氣分子電離，電離產(chǎn)生的電荷與帶電體的電荷中和。故正確選項為B。2.下列說法正確的是()A.依據(jù)自然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)B.一個氫原子從n=3的能級躍遷到n=2的能級，該氫原子汲取光子，能量增加C.鈾(U)經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛（Pb)的過程中，有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D.機場、車站等地進行平安檢查時，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了γ射線較強的穿透實力【解析】選C。依據(jù)α粒子散射試驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)；一個氫原子從n=3的能級躍遷到n=2的能級，該氫原子放出光子，能量減??；鈾(U)經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，一共有8次α衰變和6次β衰變，所以有6個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子；機場、車站等地進行平安檢查時，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了X射線較強的穿透實力。選項C正確。3.一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m。鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有()A.經(jīng)過兩個半衰期后這塊礦石中基本不再含有鈾了B.經(jīng)過兩個半衰期后原來所含的鈾元素的原子核有發(fā)生了衰變C.經(jīng)過三個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩D.經(jīng)過一個半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下【解析】選C。經(jīng)過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)當(dāng)還有；經(jīng)過三個半衰期后還剩；因為衰變產(chǎn)物大部分仍舊留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的變更。4.(2024·全國卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe，下列說法正確的是()A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)驗的時間D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量【解析】選B。依據(jù)動量守恒定律可知衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小，B正確；依據(jù)Ek=可知衰變后釷核的動能小于α粒子的動能，A錯誤；半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時間，C項錯誤，衰變后質(zhì)量虧損，因此α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，D項錯誤。5.已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩余的A和B質(zhì)量之比為 ()A.1∶4B.1∶2C.2∶1D.4∶1【解析】選B。經(jīng)過2T，對A來說是2個半衰期，A的質(zhì)量還剩，經(jīng)過2T，對B來說是1個半衰期，B的質(zhì)量還剩，所以剩余的A和B質(zhì)量之比為1∶2，選項B正確。6.(2024·山東新高考模擬)2024年是世界上首次實現(xiàn)元素人工轉(zhuǎn)變100周年。1919年，盧瑟福用氦核轟擊氮原子核，發(fā)覺產(chǎn)生了另一種元素，該核反應(yīng)方程可寫為HeNXY。以下推斷正確的是()A.m=16，n=1 B.m=17，n=1C.m=16，n=0 D.m=17，n=0【解析】選B。由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：4+14=m+1，2+7=8+n，解得：m=17，n=1。7.(2024·山東新高考模擬)秦山核電站是我國第一座核電站，其三期工程采納重水反應(yīng)堆技術(shù)，利用中子n)與靜止氘核H)的多次碰撞，使中子減速。已知中子某次碰撞前的動能為E，碰撞可視為彈性正碰。經(jīng)過該次碰撞后，中子損失的動能為 ()A.E B.E C.E D.E【解析】選B。質(zhì)量數(shù)為1的中子與質(zhì)量數(shù)為2的氘核發(fā)生彈性碰撞，滿意動能守恒和動量守恒，設(shè)中子的初速度為v0，碰撞后中子和氘核的速度分別為v1和v2，可列式：×1×=×1×+×2×，1×v0=1×v1+2×v2。解得v1=-v0，即動能減小為原來的，動能損失量為E。8.我們所說的太陽中所發(fā)生的“氫聚變”的實際過程并不是氫原子核干脆聚變?yōu)楹ぴ雍耍墙柚?、氮、氧的原子核進行的，其詳細反應(yīng)過程為如圖所示的六步循環(huán)，請依據(jù)六步循環(huán)圖，推斷下列說法正確的是()A.X粒子是電子B.Y粒子是正電子C.六步循環(huán)的總核反應(yīng)方程為D.①處所發(fā)生的核反應(yīng)方程為【解析】選D。O反應(yīng)生成N的方程為ON+e，故X為e，A錯誤；N反應(yīng)生成C的方程為NHCHe，故Y粒子為He，B錯誤；六步循環(huán)的總核反應(yīng)方程為HHe+e，故C錯誤；①處N反應(yīng)生成O的方程為NHO，D正確。9.物理學(xué)家通過對試驗的深化視察和探討，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動物理學(xué)的發(fā)展。下列說法符合事實的是 ()A.赫茲通過一系列試驗，證明了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論B.查德威克用α粒子轟擊N獲得反沖核O，發(fā)覺了中子C.貝可勒爾發(fā)覺的自然放射性現(xiàn)象，說明原子核有困難結(jié)構(gòu)D.盧瑟福通過對陰極射線的探討，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型【解析】選A、C。麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過試驗證明了麥克斯韋的電磁理論，選項A正確；盧瑟福用α粒子轟擊N，獲得反沖核O，發(fā)覺了質(zhì)子，選項B錯誤；貝可勒爾發(fā)覺的自然放射性現(xiàn)象，說明原子核具有困難結(jié)構(gòu)，選項C正確；盧瑟福通過對α粒子散射試驗的探討，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項D錯誤。10.質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如He是H的“鏡像核”，同樣H也是He的“鏡像核”，則下列說法正確的是 ()A.N和O互為“鏡像核”BN和C互為“鏡像核”C.β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時放出一個電子D.核反應(yīng)HHHen的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變【解析】選B、C。依據(jù)“鏡像核”的定義N和C互為“鏡像核”，選項B正確、A錯誤；β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時放出一個電子，選項C正確；核反應(yīng)HHHen的生成物中雖有α粒子，但該反應(yīng)是聚變反應(yīng)，選項D錯誤。11.釷Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓hPa，同時伴隨有γ射線產(chǎn)生，其衰變方程為ThPa+X，釷的半衰期為24天。則下列說法中正確的是 ()A.X為質(zhì)子B.X是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的C.γ射線是鏷原子核放出的D.16個釷Th原子核經(jīng)過48天后肯定還剩下4個【解析】選B、C。依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知，衰變方程為ThPae，X為電子，是β衰變，故A錯誤；β衰變時釋放的電子是由核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的，故B正確；放射性原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時，隱藏在核內(nèi)的能量會釋放出來，使產(chǎn)生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來，因此γ射線是鏷原子核放出的，故C正確；半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少量的原子核不適用，選項D錯誤。12.核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不行缺少，我國在完善核電平安基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可以破壞細胞基因，提高人們罹患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→XHe+γ，下列有關(guān)說法正確的是()A.X原子核中含有質(zhì)子數(shù)為92B.100個Pu經(jīng)過24100年后肯定還剩余50個C.由于衰變時釋放巨大能量，依據(jù)E=mc2，衰變過程總質(zhì)量增加D.衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透實力【解析】選A、D。依據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，則質(zhì)子數(shù)為92，故A正確；半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核才適用，故B錯誤；由于衰變時釋放巨大能量，依據(jù)E=mc2，衰變過程總質(zhì)量減小，故C錯誤；衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透實力，故D正確。二、計算題(本大題共4小題，共40分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)13.(10分)已知氘核的質(zhì)量mD=3.3446×10-27kg。假如用入射光子照耀氘核使其分為質(zhì)子和中子，質(zhì)子質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg，中子質(zhì)量m10-27【解析】氘核分為質(zhì)子和中子，增加的質(zhì)量為Δm=mp+mn-mD=(1.6726+1.6749-3.3446)×10-27kg=0.0029×10-27 (3分)汲取的入射光子的能量為ΔE=Δmc2=0.0029×10-27×(3×108)2J=2.61×10-13J。 (3分)由公式E=hν知，入射光子的頻率為ν==Hz≈3.94×1020Hz。 (4分)答案：3.94×1020Hz14.(10分)用質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O，當(dāng)質(zhì)子和重水中的氘核發(fā)生碰撞時，系統(tǒng)損失的動能假如達到核反應(yīng)所須要的能量，將發(fā)生生成He核的核反應(yīng)。(1)寫出質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O的核反應(yīng)方程。(2)當(dāng)質(zhì)子具有最小動能E1=1.4MeV時，用質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O(認(rèn)為氘核是靜止的)可發(fā)生核反應(yīng)；若用氘核轟擊一般水的固態(tài)冰(認(rèn)為質(zhì)子是靜止的)時，也能發(fā)生同樣的核反應(yīng)，求氘核的最小動能E2。已知氘核質(zhì)量等于質(zhì)子質(zhì)量的2倍?！窘馕觥?1)由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為HDHe。 (2分)(2)設(shè)質(zhì)子、氘核的質(zhì)量分別為m、M，當(dāng)質(zhì)子和氘核發(fā)生完全非彈性碰撞時，系統(tǒng)損失的動能最大，由動量守恒：mvo=(m+M)v， (2分)質(zhì)子轟擊氘核損失的動能：ΔE1=m-(m+M)v2， (1分)E1=m，解得ΔE1=E1， (1分)同理可得，氘核轟擊質(zhì)子系統(tǒng)損失的動能：ΔE2=E2， (1分)由于用質(zhì)子轟擊氘核和用氘核轟擊質(zhì)子核反應(yīng)相同，故發(fā)生核反應(yīng)所需的能量相同，由題意：ΔE1=ΔE2， (1分)=， (1分)聯(lián)立解得：E2=2.8MeV。 (1分)答案：(1HDHe(2)2.8MeV【補償訓(xùn)練】兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個氦核，同時釋放肯定的核能，若已知中子質(zhì)量為1.0087u，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u，氦核質(zhì)量為4.0026u。試計算用中子和質(zhì)子生成1kg的氦時【解析】兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成氦核的反應(yīng)方程：n+HHe質(zhì)量虧損Δm=2×1.0087u+2×1.0073u-4.0026u=0.0294u放出的核能ΔE=0.0294×931.5MeV=27.386MeV，生成1kg氦釋放的總核能：E=×6.02×1023×27.386×106×1.6×10-19J=6.59×1014J。答案：6.59×1014J15.(10分)質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子的質(zhì)量及分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，粒子源S產(chǎn)生的各種帶正電荷的粒子(速度可看成零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設(shè)粒子在P上的位置到入口處S1的距離為x。(1)設(shè)粒子質(zhì)量為m、電荷量為q、加速電壓為U、磁感應(yīng)強度大小為B，求x的大小。(2)氫的三種同位素HHH從粒子源S動身，到達照相底片的位置距入口處S1的距離之比xH∶xD∶xT為多少？【解析】(1)粒子在電場中被加速時，由動能定理得qU=mv2 ①(2分)進入磁場時洛倫茲力供應(yīng)向心力qvB= ②(2分)又x=2r ③(1分)解得x= ④(2分)(2)氫的三種同位素的質(zhì)量數(shù)分別為1、2、3，由(1)結(jié)果知，xH∶xD∶xT=∶∶=1∶∶ ⑤(3分)答案：(1)(2)1∶∶16.(10分)(2024·北京高考)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出α粒子He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程。(2)α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小。(3)設(shè)該衰變過程釋放的核