人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第五章 原子核章末檢測(cè)試卷(五)

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1章末檢測(cè)試卷(五)(滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題8小題，每小題3分，共24分)1．下列關(guān)于原子或原子核的說(shuō)法正確的是()A．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)B．溫度升高，放射性元素的半衰期會(huì)減小C．原子核發(fā)生β衰變后，原子序數(shù)不變D．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定〖答案〗D〖解析〗天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；外界環(huán)境對(duì)半衰期無(wú)影響，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原子核發(fā)生β衰變后，原子序數(shù)增加1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)D正確．2．(2020·廣東高二月考)核電被視為人類解決能源問(wèn)題的終極方案，我國(guó)在核電應(yīng)用和研究方面目前都處于國(guó)際一流水平，以下關(guān)于輕核聚變和重核裂變的說(shuō)法正確的是()A．經(jīng)輕核聚變過(guò)程后核子的平均質(zhì)量增大B．經(jīng)重核裂變過(guò)程后原子核的比結(jié)合能減小C．經(jīng)輕核聚變過(guò)程后原子核的比結(jié)合能增大D．目前我國(guó)核電站還主要是利用輕核聚變釋放的能量來(lái)發(fā)電〖答案〗C〖解析〗輕核聚變過(guò)程放出能量，有質(zhì)量虧損，則經(jīng)輕核聚變過(guò)程后核子的平均質(zhì)量減小，原3．(2021·全國(guó)高二單元測(cè)試)下列核反應(yīng)方程中，屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是()①eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n②eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,

54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)He④eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)HA．①② B．②③C．②④ D．③④〖答案〗A〖解析〗①是輕核聚變方程，是氫彈的反應(yīng)方程；②是重核裂變方程，是原子彈的反應(yīng)方程；③是α衰變方程；④是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程．故屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是①②，選項(xiàng)A正確．4．(2020·全國(guó)卷Ⅲ改編)1934年，約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n.X會(huì)衰變成原子核Y，衰變方程為X→Y＋eq\o\al(0,1)e，則()A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C．X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多1D．X的質(zhì)量數(shù)與eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)相等〖答案〗A〖解析〗發(fā)生核反應(yīng)前后滿足質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，則可判斷X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等，X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1，A正確，B錯(cuò)誤．X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2，X的質(zhì)量數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)多3，C、D錯(cuò)誤．5．下列說(shuō)法中正確的是()A．在衰變方程eq\o\al(239,

94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ中，X原子核的質(zhì)量數(shù)是234B．核泄漏事故污染物137Cs能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(137,

55)Cs→eq\o\al(137,

56)Ba＋X，可以判斷X為正電子C．放射性物質(zhì)131I的衰變方程為eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(131,

54)Xe＋X，X為中子D．某人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)O＋X，其中X為中子〖答案〗D〖解析〗根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得，X原子核的質(zhì)量數(shù)A＝239－4＝235，A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，eq\o\al(137,

55)Cs→eq\o\al(137,

56)Ba＋X中的X為電子，B錯(cuò)誤；eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(131,

54)Xe＋X中，根據(jù)衰變過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X為β粒子，C錯(cuò)誤；人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)O＋X，由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X為中子，D正確．6．據(jù)悉我國(guó)第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)之一的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)研究已獲重要突破．該反應(yīng)堆以釷為核燃料，釷俘獲一個(gè)中子后經(jīng)過(guò)若干次β衰變轉(zhuǎn)化成鈾；鈾的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪，同時(shí)釋放巨大能量．下列說(shuō)法正確的是()A．釷核eq\o\al(232,90)Th有90個(gè)中子，142個(gè)質(zhì)子B．鈾核裂變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(233,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(142,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．放射性元素衰變的快慢與核內(nèi)部自身因素?zé)o關(guān)，由原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件決定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能減小〖答案〗B〖解析〗釷核eq\o\al(232,

90)Th有90個(gè)質(zhì)子，142個(gè)中子，故A錯(cuò)誤；根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒可知，故B正確；根據(jù)半衰期的特點(diǎn)可知，放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系，故C錯(cuò)誤；較重的核分裂成中等質(zhì)量大小的核或較輕的核合并成中等質(zhì)量大小的核的過(guò)程中會(huì)釋放一定的能量，所以核子的比結(jié)合能都會(huì)增大，故D錯(cuò)誤．7．太陽(yáng)內(nèi)發(fā)生核聚變反應(yīng)主要為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，已知部分物質(zhì)比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)關(guān)系如圖1所示，則該反應(yīng)釋放的核能約為()圖1A．5MeV B．6MeVC．24MeV D．32MeV〖答案〗C〖解析〗由題圖可知，eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能約為1.1MeV，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能約為7.1MeV，根據(jù)結(jié)合能與比結(jié)合能的定義，可知該反應(yīng)釋放的核能約為ΔE＝7.1MeV×4－1.1MeV×2×2＝24MeV，故選C.8.(2020·會(huì)寧縣第一中學(xué)高二月考)如圖2，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)靜止的氡原子核(eq\o\al(222,

86)Rn)，衰變過(guò)程中放出一個(gè)粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)外切的圓，大圓與小圓的半徑之比為42∶1，則氡核的衰變方程是()圖2A.eq\o\al(222,

86)Rn→eq\o\al(222,

87)Fr＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(222,

86)Rn→eq\o\al(218,

84)Po＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(222,

86)Rn→eq\o\al(222,

85)At＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(222,

86)Rn→eq\o\al(220,

85)At＋eq\o\al(2,1)H〖答案〗B〖解析〗粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，有：qvB＝meq\f(v2,r)，故r＝eq\f(mv,qB)；粒子衰變過(guò)程中不受外力，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故生成的兩個(gè)粒子的動(dòng)量等大、反向，故：r＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(1,q)；大圓與小圓的半徑之比為42∶1，故生成的兩個(gè)粒子的電荷量之比為1∶42；根據(jù)電荷數(shù)守恒，生成物是α粒子，則衰變方程應(yīng)該是eq\o\al(222,

86)Rn→eq\o\al(218,

84)Po＋eq\o\al(4,2)He，B正確．二、多項(xiàng)選擇題(本題4小題，每小題4分，共16分)9．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是()A．做示蹤原子是利用放射性同位素的貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì)B．做示蹤原子是利用放射性同位素放出射線可被儀器探測(cè)的特點(diǎn)C．γ射線探傷利用了γ射線貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì)D．γ射線探傷利用了γ射線電離能力很強(qiáng)的性質(zhì)〖答案〗BC〖解析〗做示蹤原子是利用了放射性同位素的射線可以被儀器探測(cè)的特點(diǎn)；γ射線探傷是利用了γ射線貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì)，故B、C正確．10．(2020·赤峰二中高二月考)對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說(shuō)法正確的是()A．獲得一定的能量，質(zhì)量也相應(yīng)的增加一定的值B．物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系C．根據(jù)ΔE＝Δm·c2，可知質(zhì)量減少能量就會(huì)增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量D．根據(jù)ΔE＝Δm·c2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能〖答案〗AD〖解析〗根據(jù)ΔE＝Δm·c2知，物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值，故A正確；根據(jù)質(zhì)能方程知，一定量的質(zhì)量和能量是相聯(lián)系的，物體有一定的質(zhì)量，就有一定量的能量，故B錯(cuò)誤；愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δm·c2，不是指質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化，故C錯(cuò)誤；公式ΔE＝Δmc2中，Δm是虧損質(zhì)量，ΔE是釋放的核能，故D正確．11．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富．已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，真空中光速為c，則下列說(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2〖答案〗BD〖解析〗由核反應(yīng)方程2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X知X應(yīng)為中子，A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)質(zhì)能方程可知，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，C錯(cuò)誤，D正確．()A．氡222的半衰期為3.8天B．繼續(xù)對(duì)該樣品進(jìn)行加熱，再經(jīng)過(guò)8.8天，僅剩eq\f(1,128)的原子核未發(fā)生衰變C．取16個(gè)氡222原子核，經(jīng)過(guò)15.2天，其中一定有15個(gè)發(fā)生衰變D．取16g氡222，經(jīng)過(guò)15.2天，其中還剩1g未發(fā)生衰變〖答案〗AD〖解析〗經(jīng)過(guò)t＝19天后，還有未衰變的原子核為1－eq\f(31,32)＝eq\f(1,32)，根據(jù)半衰期公式n余＝n原有eq\f(n余,n原)＝＝eq\f(1,32)，解得半衰期τ＝3.8天，選項(xiàng)A正確；根據(jù)半衰期公式可知，再經(jīng)過(guò)8.8天，則有n余＝n原≠eq\f(1,128)n原，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；半衰期具有統(tǒng)計(jì)意義，對(duì)大量的原子核適用，對(duì)少數(shù)的原子核不適用，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)半衰期公式有m余＝16×g＝1g，選項(xiàng)D正確．三、填空題(本題2小題，共12分)13．(6分)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)．他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素eq\o\al(30,15)P衰變成eq\o\al(30,14)Si的同時(shí)放出另一種粒子，這種粒子是________.eq\o\al(32,15)P是eq\o\al(30,15)P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù).1mgeq\o\al(32,15)P隨時(shí)間衰變的關(guān)系圖像如圖3所示，請(qǐng)估算4mg的eq\o\al(32,15)P經(jīng)過(guò)________天的衰變后還剩0.25mg.圖3〖答案〗正電子或eq\o\al(0,1)e(3分)56(3分)〖解析〗核反應(yīng)方程式為：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，由質(zhì)量數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)為0，由電荷數(shù)守恒知X的電荷數(shù)為1，所以X為正電子；由題圖知半衰期大約為14天，由公式0.25mg＝4mg×，知t＝56天．14．(6分)(2019·江蘇卷)100年前，盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子．后來(lái)，人們用α粒子轟擊eq\o\al(60,28)Ni核也打出了質(zhì)子：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(60,28)Ni→eq\o\al(62,29)Cu＋eq\o\al(1,1)H＋X，該反應(yīng)中的X是______(選填“電子”“正電子”或“中子”)．此后，對(duì)原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能．目前人類獲得核能的主要方式是________(選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”)．〖答案〗中子(3分)核裂變(3分)〖解析〗根據(jù)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得X的質(zhì)量數(shù)為1，核電荷數(shù)為零，所以X是中子．目前人類獲得核能的主要方式是核裂變．四、計(jì)算題(本題共4小題，共48分)15．(10分)eq\o\al(60,27)Co發(fā)生一次β衰變后變?yōu)镹i核，在該衰變過(guò)程中還發(fā)出頻率為ν1和ν2的兩個(gè)光子．普朗克常量為h，真空中光速為c.(1)試寫出衰變方程；(2)若該反應(yīng)產(chǎn)生的能量全部以光子的形式釋放，求出該核反應(yīng)過(guò)程中虧損的質(zhì)量．〖答案〗(1)eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(60,28)Ni(2)eq\f(hν1＋hν2,c2)〖解析〗(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變方程為eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(60,28)Ni.(4分)(2)釋放的能量ΔE＝hν1＋hν2.(2分)根據(jù)ΔE＝Δmc2(2分)得質(zhì)量虧損為Δm＝eq\f(hν1＋hν2,c2)(2分)16．(11分)用放射源釙放出的α射線轟擊鈹eq\o\al(9,4)Be時(shí)，能放出一種穿透力極強(qiáng)的中性射線，這就是所謂的鈹“輻射”.1932年，英國(guó)物理學(xué)家查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氮(氫和氮可視為靜止)，測(cè)得照射后沿鈹“輻射”方向高速運(yùn)動(dòng)的氫核和氮核的速度之比為7∶1.查德威克假設(shè)鈹“輻射”是由一種質(zhì)量不為零的中性粒子構(gòu)成的，從而通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子，為人類確定原子核的結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻(xiàn)．若已知α粒子的質(zhì)量為4.001509u，中子的質(zhì)量為1.008665u，鈹核的質(zhì)量為9.01219u，碳核的質(zhì)量為12.00000u，試寫出發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，并確定核反應(yīng)中所釋放的核能為多少？(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)〖答案〗eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n4.7MeV〖解析〗根據(jù)題意可寫出發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,

6)C＋eq\o\al(1,0)n(3分)可得核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005034u(4分)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得，該核反應(yīng)所釋放的核能為ΔE＝eq\f(931.5MeV,1u)×0.005034u≈4.7MeV(4分)17．(13分)(2020·修水縣第五中學(xué)高二月考)核動(dòng)力航空母艦的動(dòng)力來(lái)自核反應(yīng)堆，其中主要的核反應(yīng)方程式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋()eq\o\al(1,0)n(1)在括號(hào)內(nèi)填寫eq\o\al(1,0)n前的系數(shù)；(2)用m1、m2、m3均分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，m表示中子的質(zhì)量，則上述核反應(yīng)過(guò)程中一個(gè)鈾235核發(fā)生裂變產(chǎn)生的核能ΔE是多少？(真空中光速為c)(3)假設(shè)核反應(yīng)堆的功率P＝6.0×105kW，若一個(gè)鈾235核裂變產(chǎn)生的能量為2.8×10－11J，則該航空母艦在海上航行一個(gè)月需要消耗多少千克鈾235？(鈾235的摩爾質(zhì)量μ＝0.235kg/mol，一月約為t＝2.6×106s)，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)〖答案〗(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22kg〖解析〗(1)由質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，235＋1＝141＋92＋x(2分)得x＝3(1分)(2)由題意知，質(zhì)量虧損為Δm＝m1－m2－m3－2m(2分)由質(zhì)能方程可知，釋放的核能為：ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－2m)c2；(2分)(3)一個(gè)月內(nèi)核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量為E＝Pt(2分)同時(shí)：E＝eq\f(m,μ)NAΔE(2分)可得：m＝eq\f(Pt