高中物理人教版5第十九章原子核單元測試 章末質(zhì)量評估(四)

章末質(zhì)量評估(四)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本大題共10小題，每小題3分，共30分．每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1．關(guān)于近代物理，下列說法正確的是()A．β衰變時(shí)，β射線是原子的核外電子釋放出來的B．組成原子核的核子質(zhì)量之和大于原子核的質(zhì)量C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明核外電子軌道是量子化的解析：β衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子核中的中子轉(zhuǎn)化而來的不是原子內(nèi)部核外電子釋放出來的，故A錯(cuò)誤；發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，總要有質(zhì)量虧損，故組成原子核核子的質(zhì)量之和大于原子核的質(zhì)量，B正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比，故C錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾理論可知，核外電子軌道是量子化的，故D錯(cuò)誤．故選B.答案：B2．建材中的放射性物質(zhì)衰變生成具有放射性的氡氣，會(huì)使人導(dǎo)致肺癌，降低居室中放射性污染的方法是()A．勤開門窗通風(fēng)換氣 B．利用其他元素中和C．加熱使放射性物質(zhì)分解D．勤向地面灑水答案：A3．放射性元素(eq\o\al(222,)86Rn)經(jīng)α衰變變成釙(eq\o\al(218,)84Po)，半衰期約為天，但勘測表明，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,)86Rn的礦石，其原因是()A．目前地殼中的eq\o\al(222,)86Rn主要來自于其他放射性元素的衰變B．在地球形成初期，地殼中的元素eq\o\al(222,)86Rn的含量足夠多C．當(dāng)衰變產(chǎn)物eq\o\al(218,)84Po積累到一定量以后，eq\o\al(218,)84Po的增加會(huì)減慢eq\o\al(222,)86Rn的衰變進(jìn)程\o\al(222,)86Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期答案：A4．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)，它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為：eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.關(guān)于eq\o\al(3,2)He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚應(yīng)反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電解析：由于核聚變過程中存在質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可以判斷核聚變會(huì)釋放能量，故A錯(cuò)誤；由于該核反應(yīng)的生成物有eq\o\al(4,2)He和eq\o\al(1,1)H，故該反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核，故B正確；目前的核電站都采用了U235的核裂變，而核聚變?nèi)蕴幱趯?shí)驗(yàn)階段，故D錯(cuò)誤．故選B.答案：B5．下列說法中正確的是()A．核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝3C．β衰變中產(chǎn)生的β射線是原子核外電子掙脫原子核束縛后形成的D．4個(gè)放射性元素的原子核經(jīng)過一個(gè)半衰期后一定還剩下2個(gè)沒有發(fā)生衰變解析：核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆中核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工控制下進(jìn)行，A項(xiàng)正確；根據(jù)核反應(yīng)前后電荷數(shù)守恒規(guī)律，B選項(xiàng)中的d＝2，B項(xiàng)不正確；β衰變是原子核內(nèi)釋放出電子的核反應(yīng)，不是核外電子的逃逸，C項(xiàng)不正確；4個(gè)放射性元素的原子核經(jīng)過一個(gè)半衰期后，衰變的結(jié)果有多種情況，半衰期是對大量原子核的行為的統(tǒng)計(jì)預(yù)測，對幾個(gè)核的衰變無法預(yù)測，D項(xiàng)不正確．答案：A6．新華社合肥2006年9月28日電，世界領(lǐng)先水平的我國新一代“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置EAST于28日在安徽合肥首次放電成功，這意味著人類在核聚變能研究利用領(lǐng)域又邁出了新的一步．關(guān)于核聚變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10－15m以內(nèi)，D．地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核解析：與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔，故A正確；世界上已經(jīng)有利用核裂變能來發(fā)電的核電站，故B錯(cuò)誤；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用，故C正確；地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核，故D答案：B7．下面列出的是一些核反應(yīng)方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,)5B＋Y，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋Z，其中()A．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子B．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子C．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子D．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知X為正電子，Y為中子，Z為質(zhì)子，故D正確．答案：D8．原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋MeV由平衡條件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得12＝4k＋d＋2，①6＝2k＋d.②解①②得k＝2，d＝2.答案：B9．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射中的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波長λ＝eq\f(h,（m1＋m2－m3）c2)解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；聚變過程中輻射出γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故選項(xiàng)B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由E＝eq\f(hc,λ)知，γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3)c，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：B10．一個(gè)原來靜止的238U核發(fā)生α衰變，它的兩個(gè)產(chǎn)物在垂直于它們速度方向的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，它們的軌跡和運(yùn)動(dòng)方向(圖中用箭頭表示)可能是下列圖中的(圖中半徑大小沒有按比例畫)()解析：由于發(fā)生的是α衰變，產(chǎn)物是兩個(gè)帶正電的粒子，根據(jù)動(dòng)量守恒定律Mv1＋mvα＝0，可得這兩個(gè)新核的運(yùn)動(dòng)方向相反，受到的洛倫茲力方向相反，即軌跡應(yīng)該是外切圓，再利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，故D項(xiàng)正確．答案：D二、多項(xiàng)選擇題(本大題共4小題，每小題4分，共16分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對得4分，漏選得2分，錯(cuò)選或不選得0分)11．我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋keq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,0)n關(guān)于這兩個(gè)方程的下列說法，正確的是()A．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1B．方程(2)是氫彈涉及的核反應(yīng)方程C．方程(1)屬于輕核聚變D．方程(2)屬于α衰變解析：由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知(1)中235＋1＝90＋136＋k，得k＝10；(2)中2＋3＝4＋d，得d＝1，故A正確；(1)屬于重核裂變，是原子彈的一個(gè)反應(yīng)方程式，(2)屬于輕核聚變，是氫彈涉及的核反應(yīng)方程．故B正確．答案：AB12．關(guān)于核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是裂變解析：A方程是α衰變方程，選項(xiàng)A正確；B方程是人工轉(zhuǎn)變方程，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C方程是輕核聚變方程，選項(xiàng)C正確；D方程是β衰變方程，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：AC13.月球的表面長期受到宇宙射線的照射，使得“月壤”中的eq\o\al(3,2)He含量十分豐富．科學(xué)家認(rèn)為，eq\o\al(3,2)He是發(fā)生核聚變的極好原料，將來eq\o\al(3,2)He也許是人類重要的能源，所以探測月球意義十分重大．關(guān)于eq\o\al(3,2)He，下列說法正確的是()\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有三個(gè)中子兩個(gè)質(zhì)子\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有一個(gè)中子兩個(gè)質(zhì)子\o\al(3,2)He發(fā)生核聚變，放出能量，一定會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損\o\al(3,2)He原子核內(nèi)的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起解析：eq\o\al(3,2)He是氦元素的一種同位素，質(zhì)量數(shù)是3，電荷數(shù)是2，原子核內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)子一個(gè)中子，所以A錯(cuò)誤、B正確；發(fā)生核聚變放出能量就會(huì)有質(zhì)量虧損，C正確；原子核內(nèi)的核子是靠核力緊密結(jié)合在一起的，而不是靠萬有引力緊密結(jié)合在一起的，D錯(cuò)誤．答案：BC14．據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙(eq\o\al(210,84)Po)．若該元素發(fā)生α衰變，其半衰期是138天，衰變方程為eq\o\al(210,84)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則下列說法中正確的是()A．X原子核含有124個(gè)中子B．X原子核含有206個(gè)核子C．γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級向較低能級躍遷時(shí)發(fā)出的D．100g的eq\o\al(210,84)Po經(jīng)276天，已衰變的質(zhì)量為75g解析：X原子核中的核子數(shù)為210－4＝206(個(gè))，B項(xiàng)正確．中子數(shù)為206－(84－2)＝124(個(gè))，A項(xiàng)正確．γ射線是由于核反應(yīng)前后因質(zhì)量虧損釋放的能量以γ光子的形式放出，C項(xiàng)錯(cuò)．經(jīng)過兩個(gè)半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D項(xiàng)正確．答案：ABD三、非選擇題(本題共4小題，共54分．解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)15．(12分)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部四個(gè)氫核(eq\o\al(1,1)H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(eq\o\al(4,2)He)和兩個(gè)正電子(eq\o\al(0,＋1)e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝3u，α粒子的質(zhì)量mα＝6u，正電子的質(zhì)量me＝5u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于MeV的能量．(1)寫出該核反應(yīng)方程．(2)一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少能量(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)?解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，該核反應(yīng)方程為：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e.(2)質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me＝4×3u－6u－2×5u＝6u.ΔE＝6×MeV≈MeV.答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)MeV16．(14分)钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*立即衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U，并放出能量為MeV的γ光子．已知：eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝1u、mU＝9u和mα＝6u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于MeV的能量．(1)寫出衰變方程；(2)已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能．解析：(1)衰變方程為：eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U*＋eq\o\al(4,2)He，①eq\o\al(235,92)U*→eq\o\al(235,92)U＋γ.②合起來有eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ.③(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損Δm＝mPu－mU－mα，④放出的能量ΔE＝Δmc2，⑤此能量是鈾核eq\o\al(235,92)U的動(dòng)能EkU、α粒子的動(dòng)能Ekα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝EkU＋Ekα＋Eγ，⑥由④⑤⑥式，得EkU＋Ekα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ，⑦設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速率分別為vU和vα，由動(dòng)量守恒，有mUvU＝mαvα，⑧又由動(dòng)能的定義知EkU＝eq\f(1,2)mUveq\o\al(2,U)，Ekα＝eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α).⑨由⑧⑨式得eq\f(EkU,Ekα)＝eq\f(mα,mU).⑩由⑦⑩式得Ekα＝eq\f(mU,mU＋mα)[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]．代入題給數(shù)據(jù)得Ekα≈MeV.答案：(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U*＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(235,92)U*→eq\o\al(235,92)U＋γ(或eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ)(2)MeV17．(14分)(2023·海南卷)一靜止原子核發(fā)生α衰變，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，其運(yùn)動(dòng)軌跡是半徑為R的圓．已知α粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，新核的質(zhì)量為M，光在真空中的速度大小為c.求衰變前原子核的質(zhì)量．解析：設(shè)衰變產(chǎn)生的α粒子的速度大小為v，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,R).①設(shè)衰變后新核的速度大小為v1，衰變前后動(dòng)量守恒，有：0＝Mv1－mv.②設(shè)衰變前原子核質(zhì)量為M0，衰變前后能量守恒，有：M0c2＝Mc2＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋mc2＋eq\f(1,2)mv2.③聯(lián)立以上三式解得：M0＝(M＋m)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1＋\f(（qBR）2,2Mmc2))).答案：(M＋