2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核綜合測(cè)試含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE8第十九章《原子核》綜合測(cè)試時(shí)間：90分鐘滿分：100分一、選擇題(1～6為單選，7～10為多選，每小題4分，共40分)1．下列說法不正確的是(D)A.eq\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B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變C.eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變解析：原子核的改變通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變．衰變是指原子核放出α粒子或β粒子后，變成新的原子核的改變，如本題中的C和D兩選項(xiàng)．原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新的原子核的過程．裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，如B選項(xiàng)．聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，如A選項(xiàng)．由上述可知D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的．2．一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m.那么下列說法中正確的有(C)A．經(jīng)過兩個(gè)半衰期后這塊礦石中基本不再含有鈾了B．經(jīng)過兩個(gè)半衰期后原來所含的鈾元素的原子核有m/4發(fā)生了衰變C．經(jīng)過三個(gè)半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩m/8D．經(jīng)過一個(gè)半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下M/2解析：經(jīng)過兩個(gè)半衰期后鈾元素的質(zhì)量還剩m/4，A、B項(xiàng)均錯(cuò)誤；經(jīng)過三個(gè)半衰期后，鈾元素的質(zhì)量還剩m/8，C項(xiàng)正確；經(jīng)過一個(gè)半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下M－eq\f(m,2)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．3．一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.下列說法正確的是(B)A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)驗(yàn)的時(shí)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：靜止的鈾核在衰變過程中遵循動(dòng)量守恒，由于系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量等大反向，即pTh＝pα，B項(xiàng)正確；因此有eq\r(2mThEkTh)＝eq\r(2mαEkα)，由于釷核和α粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動(dòng)能不等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；半衰期是有半數(shù)鈾核衰變所用的時(shí)間，并不是一個(gè)鈾核衰變所用的時(shí)間，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過程釋放能量，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，因此D項(xiàng)錯(cuò)誤．4．鈷eq\o\al(60,27)Co放射β射線變成鎳eq\o\al(60,28)Ni同位素，這種新形成的鎳同位素處于激發(fā)態(tài)，它要過渡到穩(wěn)定態(tài)將發(fā)出哪種射線(C)A．α射線B．β射線C．γ射線D．X射線解析：處于激發(fā)態(tài)的原子核要將能量以光子的形式放出去，即放射γ射線，選項(xiàng)C正確．5．如圖1所示，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)2007年2月15日公布核輻射警示新標(biāo)記，新標(biāo)記為黑框三角，內(nèi)有一個(gè)輻射波標(biāo)記、一個(gè)骷髏頭標(biāo)記和一個(gè)逃跑的人形．核輻射會(huì)向外釋放三種射線：α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電．現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)原子核原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中一個(gè)核放出一個(gè)α粒子，另一個(gè)核放出一個(gè)β粒子，得出如圖2所示的四條徑跡，則(B)A．磁場(chǎng)的方向肯定垂直于紙面對(duì)里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a(chǎn)為α粒子的徑跡D．b為β粒子的徑跡解析：衰變過程中滿意動(dòng)量守恒，釋放粒子與新核的動(dòng)量大小相等、方向相反，依據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)不難分析：若軌跡為外切圓，則為α衰變；若軌跡為內(nèi)切圓，則為β衰變．6．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理念，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1，eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2.方程式中Q1，Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,2)Heeq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是(B)A．X是eq\o\al(3,2)He，Q2>Q1B．X是eq\o\al(4,2)He，Q2>Q1C．X是eq\o\al(3,2)He，Q2<Q1D．X是eq\o\al(4,2)He，Q2<Q1解析：本題主要考查核反應(yīng)方程及質(zhì)能方程問題，由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知X應(yīng)為eq\o\al(4,2)He，所以選項(xiàng)A，C錯(cuò)．由質(zhì)量虧損多少可知Q2>Q1，所以選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)．7．下列說法正確的是(ABD)A．圖甲中，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光照耀到鋅板上時(shí)，與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，證明光具有粒子性B．圖乙為某金屬在光的照耀下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，當(dāng)入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為EC．圖丙中，用從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照耀逸出功為6.34eV的金屬鉑，不能發(fā)生光電效應(yīng)D．圖丁中由原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系知，若D和E能結(jié)合成F，結(jié)合過程肯定會(huì)釋放能量解析：光子具有能量，鋅板中的電子汲取光子后脫離鋅板，鋅板帶有正電，驗(yàn)電器鋁箔張開，說明光子的能量是一份一份的，顯示出粒子性，光電效應(yīng)能說明光具有粒子性，A正確；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，結(jié)合圖象可知縱截距的肯定值代表的是逸出功，W0＝E＝hν0，當(dāng)入射光的頻率為2ν0時(shí)，最大初動(dòng)能為Ek＝2hν0－W0＝E，B正確；圖丙中放出光子的能量，依據(jù)能級(jí)躍遷公式得出hν＝E2－E1＝10.2eV>6.34eV，所以能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；圖丁中D和E結(jié)合成F，存在質(zhì)量虧損，肯定會(huì)釋放能量，D正確．8．“軌道電子俘獲”也是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個(gè)核外電子，其內(nèi)部一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶?，從而變成一個(gè)新核(稱為子核)，并且放出一個(gè)中微子的過程．中微子的質(zhì)量很小，不帶電，很難被探測(cè)到，人們最早就是通過子核的反沖而間接證明中微子的存在的．一個(gè)靜止原子的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆樱旅娴恼f法中正確的是(AB)A．母核的質(zhì)量數(shù)等于子核的質(zhì)量數(shù)B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)C．子核的動(dòng)量與中微子的動(dòng)量相同D．子核的動(dòng)能大于中微子的動(dòng)能解析：設(shè)發(fā)生“軌道電子俘獲”的核為eq\o\al(A,Z)X，轉(zhuǎn)變?yōu)榈淖雍藶閅，則其衰變方程為eq\o\al(A,Z)X＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(A,Z－1)Y＋νe，由此可知A、B正確；衰變過程中動(dòng)量守恒，由于初動(dòng)量為零，所以子核的動(dòng)量與中微子的動(dòng)量大小相等，但方向相反，C錯(cuò)誤；由動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，因?yàn)閙子核>m中微，所以Ek中微>Ek子核，D錯(cuò)誤．9．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的元電荷e，π0介子不帶電．如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相同，以虛線MN為志向邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2.今有一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K－在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直．在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變．衰變后產(chǎn)生的π－介子沿v反方向射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中虛線所示的“心”形圖線．則以下說法正確的是(BD)A．π－介子的運(yùn)行軌跡為PENCMDPB．π－介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為T＝eq\f(2πm,eB2)C．B1＝4B2D．π0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析：依據(jù)左手定則可知，π－介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；π－介子在左側(cè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡半徑r1＝eq\f(mv′,eB1)，在右側(cè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑r2＝eq\f(mv′,eB2)，由題圖可知r2＝2r1，所以B1＝2B2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；π－介子運(yùn)行一周回到P點(diǎn)用時(shí)為T＝eq\f(2πm,eB1)＋eq\f(πm,eB2)＝eq\f(2πm,eB2)，選項(xiàng)B正確；π0介子不帶電，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確．10.eq\o\al(238,92)U放射性衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以經(jīng)一次①衰變變成eq\o\al(210,a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次②衰變變成eq\a\vs4\al(b)81Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)Tl最終都變成eq\o\al(206,82)Pb，衰變路徑如圖所示．則圖中的(AB)A．a(chǎn)＝84，b＝206B．①是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C．②是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D.eq\o\al(238,92)U經(jīng)過10次β衰變，8次α衰變可變成eq\o\al(206,82)Pb解析：①是β衰變，②是α衰變，因此a＝84，b＝206，eq\o\al(238,92)U經(jīng)過10次β衰變和8次α衰變可變成質(zhì)量數(shù)為206，電荷數(shù)為86的元素．二、填空題(每小題9分，共18分)11．天文觀測(cè)表明，幾乎全部遠(yuǎn)處的恒星(或星系)都在以各自的速度背離我們而運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體，背離我們運(yùn)動(dòng)的速度(稱為退行速度)越大；也就是說，宇宙在膨脹．不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即v＝Hr.式中H為一常量，稱為哈勃常數(shù)，已由天文視察測(cè)定．為說明上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認(rèn)為宇宙是從一個(gè)大爆炸的火球起先形成的．假設(shè)大爆炸后各星體以不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng)，并設(shè)想我們就位于其中心，則速度越大的星體現(xiàn)在離我們?cè)竭h(yuǎn)．這一結(jié)果與上述天文觀測(cè)一樣．由上述理論和天文觀測(cè)結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計(jì)算式為T＝eq\f(1,H).依據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)，哈勃常數(shù)H＝3×10－2m/s·光年，其中光年是光在一年中行進(jìn)的距離，由此估算宇宙的年齡約為1×1010年．解析：由于爆炸后各星體做的是勻速運(yùn)動(dòng)，令宇宙年齡為T，則星球現(xiàn)距我們的距離為r＝vT＝HrT，得：T＝eq\f(1,H).T＝eq\f(1,H)＝eq\f(1,3×10－2m/s·光年)＝eq\f(1光年,3×10－2m/s)＝eq\f(1×365×24×3600×3×108,3×10－2×3600×24×365)年＝1×1010年．12．人類相識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)驗(yàn)了非常曲折的過程．請(qǐng)按要求回答下列問題．(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的探討方面作出了卓越的貢獻(xiàn)．請(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成果．①盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；②玻爾把量子理論引入原子模型，并勝利說明了氫光譜．在貝可勒爾發(fā)覺自然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深化探討，如圖所示為三種射線在同一磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途.2為γ射線，金屬探傷．(2)一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放出196MeV的能量，則1kg鈾235完全裂變時(shí)所放出的能量為8.03×1013J，它相當(dāng)于2.4×104t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)放出的能量．(煤的熱值為3.36×106J/kg)解析：(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；玻爾把量子理論引入原子模型，并勝利說明了氫光譜；查德威克發(fā)覺了中子(或其他成就)．(2)1kg鈾包含的鈾核的個(gè)數(shù)n＝eq\f(m,235)×NA(NA為阿伏加德羅常數(shù))所以產(chǎn)生的能量為E＝n×196MeV＝n×196×106×1.6×10－19J≈8.03×1013J相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)煤的質(zhì)量為m煤＝eq\f(E,3.36×106)kg＝eq\f(8.03×1013,3.36×106)kg≈2.4×104t.三、計(jì)算題(共42分)13．(10分)如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質(zhì)，在靠近鉛盒的頂部加上電場(chǎng)E或磁場(chǎng)B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖．(在所畫軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線)答案：如圖所示．(曲率半徑不作要求，每種射線可只畫一條軌跡)14．(10分)2008年北京奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館四周80%～90%的路燈利用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)來供電，奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水采納全玻璃真空太陽(yáng)能集熱技術(shù)．科學(xué)探討發(fā)覺太陽(yáng)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(yáng)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＝1.0073u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.0026u，正電子的質(zhì)量me＝0.0005u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV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)答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)23.85MeV解析：(1)依據(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＝4×1.0073u－4.0026u－2×0.0005u＝0.0256uΔE＝0.0256×931.5MeV≈23.85MeV.15．(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mn＝1.6749×10－27kg.求入射光子的頻率．答案：3.94×1020Hz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＝0.0029×10－27kg.汲取的入射光子的能量為E＝Δmc2＝0.0029×10－27×(3×108)2J＝2.61×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的頻率為ν＝eq\f(E,h)＝eq\f(2.61×10－13,6.63×10－34)Hz≈3.94×1020Hz.16．(12分)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的