高中 物理 必修第三冊(cè) 第五章 原子核《章末過(guò)關(guān)檢測(cè)(五)》教學(xué)設(shè)計(jì)

章末過(guò)關(guān)檢測(cè)(五)(時(shí)間：75分鐘分值：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1．我國(guó)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(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(90),\s\do1(38))Sr＋eq\o\al(\s\up1(136),\s\do1(54))Xe＋keq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(2)eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋deq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n下列關(guān)于這兩個(gè)方程的說(shuō)法，正確的是()A．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1B．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1C．方程(1)屬于輕核聚變D．方程(2)屬于α衰變解析：選A。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，方程(1)中箭頭左側(cè)的質(zhì)量數(shù)之和為236，箭頭右側(cè)應(yīng)有90＋136＋k＝236，解得k＝10，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，方程(2)中應(yīng)滿足2＋3＝4＋d，解得d＝1，A正確，B錯(cuò)誤；方程(1)為重核裂變，方程(2)為輕核聚變，C、D錯(cuò)誤。2．關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是()A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量B．中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能解析：選D。核裂變釋放的能量來(lái)源于裂變過(guò)程的質(zhì)量虧損，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程，其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子時(shí)吸收的能量，A錯(cuò)誤，D正確；發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，鈾塊的體積必須大于其臨界體積，否則中子從鈾塊中穿過(guò)時(shí)，可能碰不到原子核，則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，B錯(cuò)誤；重核裂變時(shí)，核子數(shù)守恒，C錯(cuò)誤。3．“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)中的可控?zé)岷朔磻?yīng)的聚變方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，反應(yīng)原料氘(eq\o\al(2,1)H)富存于海水中，氚(eq\o\al(3,1)H)可以用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)得到，則關(guān)于中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)和一個(gè)新核，下列說(shuō)法正確的是()A．該核反應(yīng)方程為eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,1)HB．核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)，但穿透能力較弱C．在中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)的核反應(yīng)生成物中有α粒子，故該核反應(yīng)屬于α衰變D．核聚變的條件是要達(dá)到高溫高壓的熱核反應(yīng)狀態(tài)，故核聚變過(guò)程不能釋放出核能答案：B4．用回旋加速器對(duì)質(zhì)子加速，質(zhì)子經(jīng)加速后以Ek的動(dòng)能轟擊靜止的鋰原子核，其核反應(yīng)方程為：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。已知質(zhì)子質(zhì)量為m1，鋰原子核的質(zhì)量為m2，α粒子的質(zhì)量為m3，光速為c。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動(dòng)能，則兩α粒子的總動(dòng)能為()A．(m1＋m2－m3)c2＋Ek B．(m3－m1－m2)c2＋EkC．(m1＋m2－2m3)c2 D．(m1＋m2－2m3)c2＋Ek解析：選D。根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)子轟擊鋰原子釋放的能量為ΔE＝Δmc2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2根據(jù)質(zhì)子加速后的能量為Ek，則兩α粒子的總動(dòng)能E＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2＋Ek故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。5．太陽(yáng)能量來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部氫核的聚變。設(shè)某次聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H結(jié)合成1個(gè)氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，同時(shí)釋放出正電子eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e。已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，則此次核反應(yīng)釋放的能量E等于()A．(4mp－mα－me)c2 B．(4mp－mα－2me)c2C．(4mp＋mα－me)c2 D．(4mp＋mα－2me)c2解析：選B。根據(jù)氫核的聚變過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知其核反應(yīng)方程為4eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e，反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為Δm＝4mp－mα－2me，導(dǎo)致反應(yīng)后核子的平均質(zhì)量小于反應(yīng)前核子的平均質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)能方程可得此次核反應(yīng)釋放的能量，ΔE＝(4mp－mα－2me)c2。6．下列核反應(yīng)方程中錯(cuò)誤的是()A．α衰變方程eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．查德威克發(fā)現(xiàn)中子eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1())6C＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nC．重核裂變eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))U→eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nD．輕核聚變eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n解析：選C。eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，238＝234＋4，92＝90＋2，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，A正確；eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，4＋9＝12＋1，2＋4＝6＋0，B正確；重核裂變必有中子去撞擊鈾核，反應(yīng)物中應(yīng)該有中子，C錯(cuò)誤；eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，2＋3＝4＋1，1＋1＝2＋0，D正確。7.一種常見(jiàn)的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘和氚聚合成氦，并釋放一個(gè)中子。已知氘核質(zhì)量為2.0136u，氚核質(zhì)量為3.0160u，氦核質(zhì)量為4.0026u，中子質(zhì)量為1.0087u，1u相當(dāng)于931MeV。若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生能量的50%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則每年消耗的氘的質(zhì)量約為(1年按3.2×107s計(jì)算，1MeV＝1.6×10－13J)()A．23.6kg B．11.7kgC．35.1kg D．46.8kg解析：選A。由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝2.7×10－12J每年消耗的總能量可表示為Pt，每年消耗的氘的質(zhì)量m＝eq\f(Pt,0.5×0.5×6.02×1023×ΔE)≈23.6kg，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)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(gè)選項(xiàng)中，有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)8．美國(guó)科研人員正在研制一種新型鎳銅長(zhǎng)效電池，它是采用半衰期長(zhǎng)達(dá)100年的放射性同位素鎳63(eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni)和銅兩種金屬作為長(zhǎng)效電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時(shí)釋放電子給銅片，用鎳63和銅片作電池兩極，為外接負(fù)載提供電能。下面有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A．鎳63的衰變方程是eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(27))CuB．鎳63的衰變方程是eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(64),\s\do1(29))CuC．外接負(fù)載時(shí)鎳63的電勢(shì)比銅片高D．該電池內(nèi)電流方向是從銅片到鎳片解析：選CD。eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni的衰變方程為eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(29))Cu，A、B錯(cuò)誤；電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)方向，在電池內(nèi)部電流從銅片到鎳片，鎳片電勢(shì)高，C、D均正確。9．關(guān)于原子核衰變放出的α、β、γ三種射線，下列說(shuō)法正確的是()A．α射線是高速氦核流，其電離本領(lǐng)很強(qiáng)B．β射線是高速電子流，它是核外電子受激發(fā)形成的C．β射線的電離本領(lǐng)很強(qiáng)，穿透能力很弱D．γ射線是波長(zhǎng)很短的電磁波，其穿透本領(lǐng)比X射線還強(qiáng)解析：選AD。α射線是高速氦核流，其電離本領(lǐng)很強(qiáng)，穿透本領(lǐng)很弱，A正確；β射線是高速電子流，β射線是由中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)放出電子形成的，B錯(cuò)誤；電離本領(lǐng)是α射線最強(qiáng)，γ射線最弱，穿透能力是γ射線最強(qiáng)，α射線最弱，β射線均處于居中位置，C錯(cuò)誤；γ射線是波長(zhǎng)很短的電磁波，其穿透本領(lǐng)比X射線還強(qiáng)，D正確。10．釷(eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th)是一種放射性金屬元素，帶鋼灰色光澤，質(zhì)地柔軟，廣泛分布在地殼中，是一種前景十分可觀的能源材料。已知釷發(fā)生衰變的半衰期為24天，關(guān)于釷的衰變，下列說(shuō)法正確的是()A．衰變放出的γ射線具有很強(qiáng)的電離能力B．釷原子發(fā)生一次β衰變，原子核放出一個(gè)電子C．β射線是高速電子流，它的穿透能力比α射線強(qiáng)D．現(xiàn)在有80個(gè)釷原子，經(jīng)過(guò)96天后，未衰變的釷原子個(gè)數(shù)為5個(gè)解析：選BC。衰變放出的γ射線是高能電磁波，電離能力弱，故A錯(cuò)誤；釷原子發(fā)生一次β衰變，核內(nèi)一個(gè)中子變?yōu)橘|(zhì)子，釋放一個(gè)電子，故B正確；β射線是高速電子流，它的穿透能力比α射線強(qiáng)，故C正確；半衰期是大量統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，對(duì)少量的粒子沒(méi)有意義，故D錯(cuò)誤。11．輕核聚變的一個(gè)核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，若已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為m2，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，則下列說(shuō)法正確的是()A．eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H在常溫下就能夠發(fā)生聚變B．X是中子C．這個(gè)反應(yīng)釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2D．我國(guó)大亞灣核電站是利用輕核的聚變釋放的能量來(lái)發(fā)電的解析：選BC。eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H在高溫下才能夠發(fā)生聚變，A錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，X是中子，B正確；這個(gè)反應(yīng)釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C正確；我國(guó)大亞灣核電站是利用核裂變釋放的能量來(lái)發(fā)電的，D錯(cuò)誤。三、非選擇題(本題共6小題，共56分)12．(6分)放射性元素eq\o\al(\s\up1(210),\s\do1(84))Po衰變?yōu)閑q\o\al(\s\up1(206),\s\do1(82))Pb，此衰變過(guò)程的核反應(yīng)方程是________________；用此衰變過(guò)程中發(fā)出的射線轟擊eq\o\al(\s\up1(19),\s\do1(9))F，可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子，此核反應(yīng)過(guò)程的方程是________________。解析：根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可以求出新生射線為eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，另一粒子為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H。方程式中一定要使用箭頭，不能用等號(hào)。答案：2eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(84))Po→eq\o\al(\s\up1(206),\s\do1(82))Pb＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))Heeq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(19),\s\do1(9))F→eq\o\al(\s\up1(22),\s\do1(10))Ne＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H13．(6分)氘核和氚核可發(fā)生核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋X，式中X是某種粒子。已知：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He和粒子X(jué)的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝eq\f(931.5MeV,c2)，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X(jué)是______，該反應(yīng)釋放出的能量為_(kāi)_____MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得X是eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(或中子)。核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u所以該反應(yīng)釋放出的能量為ΔE＝Δmc2≈17.6MeV。答案：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(或中子)17.614．(10分)鈾238的半衰期是4.5×109年，假設(shè)一塊礦石中含有2kg鈾238。(1)經(jīng)過(guò)45億年后還剩下多少鈾238？假設(shè)發(fā)生衰變的鈾238均變成了鉛206，則此礦石中含有多少鉛？(2)若測(cè)出某塊礦石中的鈾、鉛含量比為119∶309，求此礦石的年齡。解析：(1)45億年即4.5×109年，由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))知剩余的鈾238質(zhì)量為m＝2×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))kg＝1kg；在此45億年中將有1kg鈾238發(fā)生衰變并獲得了鉛206，故有m′＝eq\f(206,238)(m0－m)，則m′＝eq\f(206,238)kg≈0.866kg，即礦石中含有鉛0.866kg。(2)設(shè)此礦石中鈾238原來(lái)的質(zhì)量為m0，此礦石的年齡為t，則現(xiàn)在剩余的鈾238為m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，那么在時(shí)間t內(nèi)發(fā)生了衰變的鈾238為m0－m＝，設(shè)鉛206的質(zhì)量為mx，則eq\f(238,m0－m)＝eq\f(206,mx)，即mx＝eq\f(206,238)，所以現(xiàn)在礦石中的鈾、鉛含量之比為，解得t＝2τ＝90億年。答案：(1)1kg0.866kg(2)90億年15．(10分)三個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C，已知碳原子的質(zhì)量為12.0000u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u。(1u＝1.66×10－27kg)(1)寫(xiě)出核反應(yīng)的方程；(2)這個(gè)核反應(yīng)放出的能量是多少焦？(3)這個(gè)能量合多少M(fèi)eV?解析：(1)3eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C；(2)Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078uΔm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.2948×10－29kgΔE＝Δmc2≈1.165×10－12J；(3)ΔE＝eq\f(1.165×10－12,1.6×10－19)eV≈7.28×106eV＝7.28MeV。答案：(1)3eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C(2)1.165×10－12J(3)7.28MeV16．(12分)eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H的質(zhì)量是3.016050u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007277u，中子的質(zhì)量是1.008665u。(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？(3)如果這些能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s?解析：(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程式是eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝