新教材2025版高中物理第五章原子核單元素養(yǎng)評價新人教版選擇性必修第三冊

單元素養(yǎng)評價(五)原子核(時間：75分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分．每小題只有一個選項符合題目要求)1．太陽不斷地向外輻射能量，中心溫度仍能達(dá)到1.5×107K，其主要緣由是太陽內(nèi)部進(jìn)行著猛烈的()A．衰變反應(yīng)B．人工核反應(yīng)C．裂變反應(yīng)D．熱核反應(yīng)2．一個放射性元素的原子核，發(fā)生一次α衰變，它的()A．質(zhì)子數(shù)削減2，中子數(shù)不變B．質(zhì)子數(shù)增加2，中子數(shù)不變C．質(zhì)子數(shù)增加2，中子數(shù)增加2D．質(zhì)子數(shù)削減2，中子數(shù)削減23．鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是()A．使快中子變慢中子B．使慢中子變快中子C．使反應(yīng)速度加快D．限制反應(yīng)速度4．下列說法正確的是()A．電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子B．最早發(fā)覺的輕子是電子，最早發(fā)覺的強(qiáng)子是中子C．τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子D．夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位5．2024年12月30日，中科院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變試驗裝置(EAST)在7000萬℃的高溫下實現(xiàn)1056s的長脈沖高參數(shù)等離子體運行．若某次聚變反應(yīng)是4個氫核eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H結(jié)合成1個氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，同時釋放出正電子eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e.已知氫核的質(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)釋放的能量為()A．(4mp－mα－me)c2B．(4mp－mα－2me)c2C．(4mp＋mα－me)c2D．(4mp＋mα－2me)c26．核電池又稱“放射性同位素電池”，利用衰變放出的射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏瞥桑茖W(xué)家利用eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm→eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm＋X反應(yīng)制成核電池，已知eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm的半衰期約為2.6年，eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm、eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm原子核及X粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m，真空中的光速為c，則()A．射線粒子X的符號是eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eB．5.2年后全部eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核均已衰變C．每個eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2D．單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能始終保持不變7．2024年5月，中國科學(xué)院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變試驗裝置(EAST)取得新突破，勝利實現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，創(chuàng)建托卡馬克試驗裝置運行新的世界紀(jì)錄，向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步．等離子體狀態(tài)不同于固體、液體和氣體的狀態(tài)，被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)．當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時，假如溫度進(jìn)一步上升，幾乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子，此時物質(zhì)稱為等離子體．在自然界里，火焰、閃電、極光中都會形成等離子體，太陽和全部恒星都是等離子體．下列說法不正確的是()A.核聚變釋放的能量源于等離子體中離子的動能B．可以用磁場來約束等離子體C．盡管等離子體整體是電中性，但它是電的良導(dǎo)體D．提高托卡馬克試驗裝置運行溫度有利于克服等離子體中正離子間的庫侖斥力二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分．全部選對得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)8．下列關(guān)于核反應(yīng)的說法中正確的是()A．核電站是利用重核裂變產(chǎn)生的能量，所以重核裂變平均核子放出的能量要比輕核聚變平均核子放出的能量多B．輕核聚變產(chǎn)生的廢料具有放射性，為了防止核污染應(yīng)用水泥包袱深埋海底C．隨著科技的發(fā)展，將來可能實現(xiàn)汽車不再燒油，而改燒海水D．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)9．釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa，同時伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa＋X，釷的半衰期為24天，則下列說法中正確的是()A．X為質(zhì)子B．X為電子C．X是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的D．1g釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th經(jīng)過120天后還剩0.3125g10．原來靜止的質(zhì)量為m1的原子核eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X處在勻強(qiáng)磁場中，經(jīng)α衰變后變成質(zhì)量為m2的原子核Y，α粒子的質(zhì)量為m3，其速度方向垂直于磁場，動能為E0，假定原子核X衰變時釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動能，質(zhì)子、中子質(zhì)量視為相等，則下列說法正確的是()A．核Y與α粒子在磁場中運動的周期之比為eq\f(A－4,2（Z－2）)B．核Y與α粒子在磁場中運動的半徑之比為eq\f(Z－2,2)C．此衰變過程中的質(zhì)量虧損為m2＋m3－m1D．此衰變過程中釋放的核能為eq\f(AE0,A－4)三、非選擇題(本題共5小題，共54分)11.(6分)自然界里放射性核元素并非一次衰變就達(dá)到穩(wěn)定，而是發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，直到穩(wěn)定的核元素而終止，這就是級聯(lián)衰變．某個釷系的級聯(lián)衰變過程如圖(N軸表示中子數(shù)，Z軸表示質(zhì)子數(shù))，圖中Pb→Bi的衰變是________衰變，從eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th到eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb共發(fā)生________次α衰變．12．(10分)在下列描述核反應(yīng)過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．13．(10分)正電子放射計算機(jī)斷層掃描(Positronemissiontomography，簡稱PET)是一種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它的基本原理是將放射性同位素氟-18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)注入人體，參加人體的代謝過程．氟-18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機(jī)處理后產(chǎn)生清楚的圖像(如圖甲)，依據(jù)PET原理，回答下列問題：(1)寫出氟-18的衰變的方程式及正、負(fù)電子發(fā)生湮滅的方程式．(2)依據(jù)氟-18的衰變規(guī)律(如圖乙)(縱坐標(biāo)eq\f(N,N0)表示隨意時刻放射性元素的原子數(shù)與t＝0時的原子數(shù)之比)，氟-18的半衰期為多長時間？經(jīng)過5小時人體內(nèi)氟-18的殘留量是初始時的百分之幾？14．(12分)現(xiàn)在的核電站廣泛采納的核反應(yīng)方程之一是：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(143),\s\do1(60))Nd＋Zr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋8eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o(v,\s\up6(－))(1)核反應(yīng)方程中的eq\o(v,\s\up6(－))是反中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)．(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u；又知1u＝1.6606×10－27kg.試計算1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？15.(16分)一個靜止的鈾核eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(92))U放出一個α粒子后衰變成釷核Th.(1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程；(2)圖中的軌跡哪個是α粒子，哪個是釷核Th，并求出α粒子與釷核運動半徑的比；(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，已知α粒子的動能為E0，則在此衰變過程中釋放的能量為多少？單元素養(yǎng)評價(五)1．解析：太陽內(nèi)部進(jìn)行著猛烈的熱核反應(yīng)，故選項D正確．答案：D2．解析：依據(jù)原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒可知，發(fā)生一次α衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)削減2、中子數(shù)削減2，D正確．答案：D3．解析：在核反應(yīng)堆中慢化劑的作用是使快中子變?yōu)槁凶?，鎘汲取中子的實力很強(qiáng)，鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是限制反應(yīng)速度，D正確．答案：D4．解析：由于質(zhì)子、中子本身也有自己的困難的結(jié)構(gòu)，故它們不是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子，A錯誤；最早發(fā)覺的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)覺的輕子是電子，B錯誤；τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，C錯誤；不同夸克帶的電荷不同，分別為＋eq\f(2,3)e和－eq\f(e,3)，說明電子電荷不再是電荷的最小單位，D正確．答案：D5．解析：核聚變方程為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，依據(jù)質(zhì)能方程，可知核反應(yīng)釋放的能量ΔE＝(4mp－mα－2me)c2，故選B.答案：B6．解析：依據(jù)核反應(yīng)過程電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知射線粒子X的符號是0－1e，故A錯誤；5.2年后經(jīng)過了2個半衰期，所以有eq\f(3,4)eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核已衰變，故B錯誤；由愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得，每個eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1())61Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2，故C正確；由能量守恒定律可知核電池衰變后，單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能會漸漸減小，故D錯誤．答案：C7．解析：核聚變釋放的能量源于來自于原子核的質(zhì)量虧損，A錯誤；帶電粒子運動時，在勻強(qiáng)磁場中會受到洛倫茲力的作用而不飛散，故可以用磁場來約束等離子體，B正確；等離子體是各種粒子的混合體，整體是電中性的，但有大量的自由粒子，故它是電的良導(dǎo)體，C正確；提高托卡馬克試驗裝置運行溫度，增大了等離子體的內(nèi)能，使它們具有足夠的動能來克服庫侖斥力，有利于克服等離子體中正離子間的庫侖斥力，D正確．本題選擇錯誤的，選A.答案：A8．解析：目前核電站是利用重核裂變，其主要緣由是裂變反應(yīng)可以限制，且放出的能量比化石燃料要多許多，但與輕核聚變相比較，輕核聚變平均每個核子放出的能量要比重核裂變平均每個核子放出的能量大3～4倍，所以A錯誤；輕核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的放射性廢料少，處理起來比較簡單，而重核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的廢料須要裝入特制的容器，深埋地下，所以B錯誤；輕核聚變的主要燃料氘在海水中含量豐富，每升海水中含有0.03g氘，隨著科技的發(fā)展，一旦輕核聚變反應(yīng)可限制，我們的汽車可以干脆利用海水中的氘資源，所以C正確；輕核聚變反應(yīng)須要輕核之間的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，須要克服庫侖斥力，所以原子核必需有足夠的動能，氫彈利用原子彈爆炸獲得高溫引發(fā)熱核反應(yīng)，所以D正確．答案：CD9．解析：依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A錯誤，B正確；發(fā)生β衰變時釋放的電子是由釷核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的，故C正確；釷的半衰期為24天，經(jīng)過120天即經(jīng)過5個半衰期，故1g釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th經(jīng)過120天后還剩0.03125g，故D錯誤．答案：BC10．解析：依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(A－4),\s\do1(Z－2))Y，依據(jù)周期公式T＝eq\f(2πm,qB)，得周期之比為eq\f(TY,Tα)＝eq\f(mY,qY)∶eq\f(mα,qα)＝eq\f(A－4,Z－2)·eq\f(2,4)＝eq\f(A－4,2（Z－2）)，故A正確；依據(jù)半徑公式r＝eq\f(mv,qB)，又mv＝p(動量)，則得：r＝eq\f(p,qB)①，在衰變過程中遵守動量守恒定律，依據(jù)動量守恒定律得：0＝pY－pα，則pY＝pα②，由①②得：半徑之比為eq\f(rY,rα)＝eq\f(qα,qY)＝eq\f(2,Z－2)，故B錯誤；該過程質(zhì)量虧損Δm＝m1－(m2＋m3)，故C錯誤；由Ek＝eq\f(p2,2m)知Y核的動能EkY＝eq\f(4E0,A－4)，則釋放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝eq\f(AE0,A－4)，故D正確．答案：AD11．解析：由N-Z圖像可知，Pb、Bi的核子數(shù)(質(zhì)量數(shù)212)相等，但Pb的質(zhì)子數(shù)比Bi少1，因此Pb→Bi的衰變是β衰變．每發(fā)生一次α衰變，其質(zhì)量數(shù)削減4，質(zhì)子數(shù)將少2，由題圖可知從90232Th到答案：β612．解析：A和B的反應(yīng)生成物里都有電子，屬于β衰變；C的反應(yīng)生成物里有α粒子，是α衰變；裂變是重核裂變成輕核，屬于裂變的是E；聚變是輕核生成重核，屬于聚變的是F.答案：CA、BEF13．解析：(1)依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，則有氟-18的衰變方程：eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e正、負(fù)電子湮滅方程：eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ.(2)氟-18的半衰期為：T＝100min當(dāng)t＝5×60min＝300min時，由N＝N0(eq\f(1,2))eq\s\up6(\f(t,T))可得：eq\f(N,N0)＝12.5%.答案：(1)eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eeq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ(2)100min12.5%14．解析：(1)鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8