新教材適用高中物理第五章原子核測評新人教版選擇性必修第三冊

第五章測評(時間:90分鐘滿分:100分)一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24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.下列說法正確的是()A.β衰變時,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)生光電效應時,光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D.α粒子散射試驗表明核外電子軌道是量子化的答案:B解析:β衰變中產(chǎn)生的β射線事實上是原子核中的中子轉(zhuǎn)化而來的,不是原子的核外電子釋放出來的,故A錯誤。發(fā)生核反應時,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。依據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0,知光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系,不是正比,故C錯誤。依據(jù)玻爾理論可知,核外電子軌道是量子化的,故D錯誤。2.某核反應方程為

12H+13HHe+X。已知12H的質(zhì)量為2.0136uA.X是質(zhì)子,該反應釋放能量B.X是中子,該反應釋放能量C.X是質(zhì)子,該反應汲取能量D.X是中子,該反應汲取能量答案:B解析:由題目所給核反應方程,依據(jù)核反應過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律,可得

12H+

13H24He+01X,則X為中子;在該反應發(fā)生前反應物的總質(zhì)量m1=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反應后產(chǎn)物總質(zhì)量3.恒星向外輻射的能量來自其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應。核反應方程為

24He+24HeA.該核反應為裂變反應B.熱核反應中有質(zhì)量虧損,會放出巨大能量C.由于核反應中質(zhì)量數(shù)守恒,所以質(zhì)量也是守恒的D.隨意原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總是相等的答案:B解析:該核反應為聚變反應,故A錯誤。核反應中的裂變和聚變,都會有質(zhì)量虧損,都會放出巨大的能量,故B正確。核反應中質(zhì)量數(shù)守恒,質(zhì)量不守恒,故C錯誤。原子中原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不肯定相等,有的原子中相等,有的原子中不相等,有的原子沒有中子,例如氫原子核內(nèi)有一個質(zhì)子,沒有中子,故D錯誤。4.太陽能是由太陽內(nèi)部熱核聚變反應形成的,其核反應主要是()A.

13H+1B.714N+2C.92235U+01nD.92238UTh+答案:A解析:太陽內(nèi)部核聚變是氫原子核的聚變,故A正確。B項為實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的反應,C項為重核裂變,D項為α衰變,故B、C、D錯誤。5.對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2,下列說法不正確的是()A.E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B.依據(jù)ΔE=Δmc2可以計算核反應中釋放的核能C.一個中子和一個質(zhì)子結合成氘核時,釋放出核能,表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.E=mc2中的E是發(fā)生核反應中釋放的核能答案:D解析:E=mc2中的E表示物體具有的總能量,m表示物體的質(zhì)量,故A說法正確。ΔE=Δmc2表示的意義是當物體的能量增加或削減ΔE時,它的質(zhì)量也會相應地增加或削減Δm,故B說法正確。只有在出現(xiàn)質(zhì)量虧損時,才能釋放核能,故C說法正確,所以選D。6.下列說法正確的是()A.

92B.某原子核經(jīng)過一次α衰變和兩次β衰變后,核內(nèi)中子數(shù)削減4C.10個放射性元素的原子核經(jīng)過一個半衰期后,肯定有5個原子核發(fā)生衰變D.γ粒子的電離實力比α粒子的大答案:B解析:半衰期的長短是由原子核內(nèi)部本身的因素確定的,與原子所處的物理、化學狀態(tài)無關,故A錯誤。某原子核經(jīng)過一次α衰變電荷數(shù)削減2,質(zhì)量數(shù)削減4;再經(jīng)過兩次β衰變后,質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加2;所以整個過程質(zhì)量數(shù)削減4,電荷數(shù)不變,所以核內(nèi)中子數(shù)削減4,故B正確。半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,故C錯誤。三種射線中γ射線的穿透實力最強,α射線的電離實力最強,故D錯誤。7.(2024·全國乙卷)醫(yī)學治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線,而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的。對于質(zhì)量為m0的113Sn,經(jīng)過時間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m,其mm0-t圖線如圖所示。從圖中可以得到113Sn的半衰期為(A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d答案:C解析:mm0由23變?yōu)?3,正好有一半的113Sn發(fā)生衰變,經(jīng)過的時間為一個半衰期,因此113Sn的半衰期為T=t28.某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應方程為

11H+612CN+Q1,11方程中Q1、Q2表示釋放的能量,相關的原子核質(zhì)量見下表:原子核

1

2

2

6

7

7質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是()A.X是

23He,Q2>Q1 B.X是

24He,C.X是

23He,Q2<Q1 D.X是

24He,答案:B解析:

11H+612CN中質(zhì)量虧損為Δm1=(1.0078+12.0000-13.0057)u=0.0021u,依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知

11H+715N612C+X中X的電荷數(shù)為2、質(zhì)量數(shù)為4,質(zhì)量虧損為Δm2=(1.0078+15.0001-12.0000-4.0026)u=0.0053u,依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知Q1=Δm1c2、Q二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16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4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細胞基因,提高患癌癥的風險。已知钚的一種同位素

94239Pu的半衰期為24100年,其衰變方程為94239PuX+2A.X原子核中含有92個質(zhì)子B.100個

94C.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答案:AD解析:依據(jù)電荷數(shù)守恒,可知A正確。半衰期是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律,所以B錯誤。衰變時放出能量,質(zhì)量削減,C錯誤。γ光子穿透實力很強,D正確。10.關于核反應方程

90234ThPa+X+ΔE(ΔE為釋放出的核能,X為新生成粒子),已知

90234Th的半衰期為TA.

91B.91234Pa比C.n0個

90234Th經(jīng)2T時間因發(fā)生上述核反應而放出的核能為34n0ΔE(D.90234答案:BC解析:原子序數(shù)大于或等于83的元素都有放射性,A錯誤。X粒子是電子,它是由中子衰變成一個質(zhì)子而放出電子,所以此核反應為β衰變,B正確。有半數(shù)原子核發(fā)生衰變的時間為半衰期,n個

90234Th經(jīng)2T時間發(fā)生兩次衰變,C正確。ΔE不是11.能源是社會發(fā)展的基礎,發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一。下列釋放核能的反應方程,表述正確的有 ()A.

13H+1B.13H+1C.92235U+01nD.92235U+01n答案:AC解析:A、B所列反應是核聚變,不是β衰變,β衰變要放出電子,故A對,B錯。C、D兩種反應都是核裂變,故C對,D錯。12.在勻強磁場中,一個原來靜止的原子核發(fā)生了衰變,得到兩條如圖所示的徑跡,圖中箭頭表示衰變后粒子的運動方向。不計放出光子的能量,則下列說法正確的是()A.發(fā)生的是β衰變,b為β粒子的徑跡B.發(fā)生的是α衰變,b為α粒子的徑跡C.磁場方向垂直于紙面對外D.磁場方向垂直于紙面對里答案:AD解析:放射性元素放出β粒子時,β粒子與反沖核的速度相反,電性相反,則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相同,兩個粒子的軌跡應為內(nèi)切圓,故發(fā)生的是β衰變;放射性元素放出粒子時,兩帶電粒子的動量守恒,由半徑公式可得軌跡半徑與動量成正比,與電荷量成反比,而β粒子的電荷量比反沖核的電荷量小,則β粒子的半徑比反沖核的半徑大,故b為β粒子的運動軌跡,故選項A正確,選項B錯誤。由左手定則知磁場方向垂直于紙面對里,故選項D正確,選項C錯誤。三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)可研制核武器的钚239(94239Pu)可由鈾239(92239U)經(jīng)過x次β衰變而產(chǎn)生,則答案:2解析:由衰變方程

92239UPu+2-114.(8分)取質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg,中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質(zhì)量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。請計算α粒子的結合能。計算結果保留2位有效數(shù)字。答案:4.3×10-12J解析:組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差Δm=(2mp+2mn)-mα結合能ΔE=Δmc2代入數(shù)據(jù)解得ΔE=4.3×10-12J。15.(8分)靜止的氡核

86222Rn放出α粒子后變成釙核

84218Po,α粒子動能為E答案:222解析:由于動量守恒,反沖核和α粒子的動量大小相等,由Ek=p22m∝1m得,反沖核和α粒子的動能之比為4∶218,因此衰變釋放的總能量是22216.(8分)一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量mH=1.0073u,中子質(zhì)量mn=1.0087u,氚核質(zhì)量m=3.0180u。1u=931.(1)寫出聚變方程。(2)求釋放出的核能。(3)求平均每個核子釋放的能量。答案:(1)11H+20(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析:(1)聚變方程

11H+20(2)質(zhì)量虧損Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u釋放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV=6.24MeV。(3)平均每個核子放出的能量為E=ΔEn=6.17.(14分)已知

84210Po原子核的質(zhì)量為209.98287u,82206Pb原子核的質(zhì)量為205.97446u,24He原子核的質(zhì)量為4.00260u,靜止的

84(1)請寫出核反應方程。(2)求在衰變過程中釋放的能量。(3)求α粒子從Po核中射出的動能。答案:(1)84210PoPb+(2)5.41MeV(3)5.31MeV解析:(1)依據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,衰變方程為84210Po82206Pb+(2)衰變過程中質(zhì)量虧損為Δm=209.98287u-205.97446u-4.00260u=0.00581u反應過程中釋放的能量為ΔE=0.00581×931.5MeV=5.41MeV。(3)因衰變前后動量守恒,則衰變后α粒子和鉛核的動量大小相等,方向相反又p=mv=2則有2即mαEkα=mPb·EkPb則4Ekα=206EkPb又因核反應釋放的能量只能轉(zhuǎn)化為兩者的動能,故有Ekα+EkPb=ΔE=5.41MeV所以α粒子從釙核中射出的動能為Ekα=5.31MeV。18.(16分)如圖所示,某有界的勻強磁場磁感應強度為B=0.05T,磁場方向垂直于紙面對里,MN是磁場的左邊界。在磁場A處放一個放射源,內(nèi)裝的

88226Ra核放出某種射線后衰變成(1)寫出上述衰變方程。(2)若A處距磁場邊界MN的距離lOA=1.0m時,放在MN左側邊緣的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子,此時接收器距過OA的直線1.0m。已知

86222Rn、24He質(zhì)量分別為222u、4u,求一個靜止

88226Ra