2021高中物理-第三章-原子核-章末檢測(cè)卷(教科版選修3-5)

章末檢測(cè)卷(三)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分)1．(2022·新課標(biāo)Ⅱ·35(1)改編)在人類對(duì)微觀世界進(jìn)行探究的過(guò)程中，科學(xué)試驗(yàn)起到了格外重要的作用．下列說(shuō)法符合歷史事實(shí)的是________．A．密立根通過(guò)油滴試驗(yàn)測(cè)出了基本電荷的數(shù)值B．貝克勒爾通過(guò)對(duì)自然?放射現(xiàn)象的爭(zhēng)辯，發(fā)覺(jué)了原子中存在原子核C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分別出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素D．盧瑟福通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)證明白在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子E．湯姆遜通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的試驗(yàn)，發(fā)覺(jué)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測(cè)出了該粒子的比荷答案ACE解析密立根通過(guò)油滴試驗(yàn)，驗(yàn)證了物體所帶的電荷量都是某一值的整數(shù)倍，測(cè)出了基本電荷的數(shù)值，選項(xiàng)A正確．貝克勒爾通過(guò)對(duì)自然?放射現(xiàn)象的爭(zhēng)辯，明確了原子核具有簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．居里夫婦通過(guò)對(duì)含鈾物質(zhì)的爭(zhēng)辯發(fā)覺(jué)了釙(Po)和鐳(Ra)，選項(xiàng)C正確．盧瑟福通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)證明白原子的核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．湯姆遜通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的試驗(yàn)，說(shuō)明白陰極射線是帶負(fù)電的粒子，并測(cè)出了粒子的比荷，選項(xiàng)E正確．2．(2022·新課標(biāo)Ⅰ·35(1))關(guān)于自然?放射性，下列說(shuō)法正確的是________．A．全部元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透力氣最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線答案BCD解析自然界中絕大部分元素沒(méi)有放射現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B、C正確；α、β和γ三種射線電離力氣依次減弱，穿透力氣依次增加，選項(xiàng)D正確；原子核發(fā)生衰變時(shí)，不能同時(shí)發(fā)生α和β衰變，γ射線伴隨這兩種衰變產(chǎn)生，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤．3．能源是社會(huì)進(jìn)展的基礎(chǔ)，進(jìn)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰變C.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂變反應(yīng)D.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α衰變答案AC解析β衰變時(shí)釋放出電子(eq\o\al(0,－1)e)，α衰變時(shí)釋放出氦原子核(eq\o\al(4,2)He)，可知選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；選項(xiàng)A中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項(xiàng)C中一個(gè)U235原子核吸取一個(gè)中子，生成一個(gè)Ba原子核和一個(gè)Kr原子核并釋放出三個(gè)中子是典型的核裂變反應(yīng)．4．原子核eq\o\al(A,Z)X與氘核eq\o\al(2,1)H反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)質(zhì)子．由此可知()A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2答案D解析本題考查核反應(yīng)方程．由題意可知核反應(yīng)方程為eq\o\al(A,Z)X＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，反應(yīng)過(guò)程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可推斷A＝3，Z＝2，選項(xiàng)D正確．5．科學(xué)家發(fā)覺(jué)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、平安的核聚變?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．聚變反應(yīng)沒(méi)有質(zhì)量虧損D．目前核電站都接受eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電答案B解析該聚變反應(yīng)釋放了能量，是由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，A、C錯(cuò)；該聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新原子核eq\o\al(1,1)H，B對(duì)；目前核電站都是用重核裂變發(fā)電而不是用輕核聚變，D錯(cuò)．6．原子核聚變可望給人類將來(lái)供應(yīng)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＋43.15MeV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答案B解析依據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得12＝4k＋d＋2①6＝2k＋d②解①②得k＝2，d＝2.7．一個(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(shuō)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．聚變過(guò)程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．聚變過(guò)程中釋放能量答案BD解析依據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(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(guò)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，D正確．8.eq\o\al(235,92)U吸取一個(gè)慢中子后，分裂成eq\o\al(136,54)Xe和eq\o\al(90,38)Sr，還放出()A．1個(gè)α粒子 B．3個(gè)中子C．10個(gè)中子 D．10個(gè)質(zhì)子答案C解析設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過(guò)程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒．由題意可得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(235＋1＝136＋90＋x，,92＝54＋38＋y，))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝10，,y＝0.))由此推斷該核反應(yīng)放出的確定是中子，且個(gè)數(shù)是10.9．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，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，方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見(jiàn)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()A．X是eq\o\al(3,2)He，Q2>Q1 B．X是eq\o\al(4,2)He，Q2>Q1C．X是eq\o\al(3,2)He，Q2<Q1 D．X是eq\o\al(4,2)He，Q2<Q1答案B解析由質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可得X為eq\o\al(4,2)He，所以A、C項(xiàng)均不正確；又依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Q＝ΔE＝Δmc2可知選項(xiàng)B正確．10．一個(gè)原來(lái)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(chǎng)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(méi)有按比例畫(huà))()答案D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，依據(jù)動(dòng)量守恒定律Mv1＋mvα＝0，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)當(dāng)是外切圓，再利用左手定則推斷洛倫茲力的方向，故D項(xiàng)正確．二、填空題(本題共4小題，共24分)11．(6分)用α粒子轟擊氬40時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新的核，這個(gè)新的核是________，核反應(yīng)方程是______________________________．用α粒子轟擊硼10，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)具有放射性的核，這個(gè)新的核是________，這個(gè)核能放出正電子，它衰變后變成新核為_(kāi)_______，核反應(yīng)方程是____________________________．答案eq\o\al(43,20)Caeq\o\al(40,18)Ar＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(43,20)Ca＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(13,7)Neq\o\al(13,6)Ceq\o\al(13,7)7N→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(0,1)e12.(6分)貝克勒爾發(fā)覺(jué)自然?放射現(xiàn)象，揭開(kāi)了人類爭(zhēng)辯原子核結(jié)構(gòu)的序幕．如圖1中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的自然?放射源，其放出的射線在電場(chǎng)中分成A、B、C三束．圖1(1)構(gòu)成A射線的粒子是______；構(gòu)成B射線的粒子是________；構(gòu)成C射線的粒子是______．(2)三種射線中，穿透力氣最強(qiáng)，經(jīng)常用來(lái)對(duì)金屬探傷的是________射線；電離作用最強(qiáng)，動(dòng)量最大，經(jīng)常用來(lái)轟擊原子核的是____________射線；當(dāng)原子核中的一個(gè)核子由中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)將放出一個(gè)________粒子．(3)請(qǐng)完成以下與上述粒子有關(guān)的兩個(gè)核反應(yīng)方程式：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；________＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.答案(1)電子e(β粒子)γ光子氦核He(α粒子)(2)γαβ(3)eq\o\al(0,-1)eeq\o\al(4,2)He解析(1)由a＝eq\f(Eq,m)可知，在電場(chǎng)中加速度最大的是電子，不偏轉(zhuǎn)的是γ光子，偏轉(zhuǎn)時(shí)加速度較小的是氦核，故A射線的粒子是電子，B射線的粒子是γ光子，C射線的粒子是氦核．(2)三種射線中，穿透力氣最強(qiáng)的是γ射線，電離作用最強(qiáng)的是α射線，在原子核中，一個(gè)核子由中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)將放出一個(gè)負(fù)電子即β粒子．(3)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,-1)eeq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n13．(6分)歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5MeV的質(zhì)子eq\o\al(1,1)H轟擊靜止的eq\o\al(A,Z)X，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9MeV的eq\o\al(4,2)He.(1MeV＝1.6×10－13J)(1)上述核反應(yīng)方程為_(kāi)______________________________________________________；(2)質(zhì)量虧損為_(kāi)_______kg.答案(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(2)3.1×10－29解析(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(2)Δmc2＝E末－E初Δm＝eq\f(E末－E初,c2)＝eq\f(2×8.9－0.5×1.6×10－13,3×1082)kg≈3.1×10－29kg14．(6分)(2022·江蘇·12C(2))氡222是一種自然?放射性氣體，被吸入后，會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷．它是世界衛(wèi)生組織分布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一．其衰變方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過(guò)____天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1g.答案eq\o\al(4,2)He15.2解析依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，物質(zhì)波，衰變規(guī)律和動(dòng)量守恒定律解題．依據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得衰變方程為eq\o\al(222,86)Ra→eq\o\al(218,84)Ro＋eq\o\al(4,2)He.依據(jù)衰變規(guī)律m＝m0(eq\f(1,2))，代入數(shù)值解得t＝15.2天．三、計(jì)算題(本題共3小題，共36分)15．(12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(lái)供電，奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水接受全玻璃真空太陽(yáng)能集熱技術(shù)．科學(xué)爭(zhēng)辯發(fā)覺(jué)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)子的質(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(guò)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.16．(12分)(1)美國(guó)科研人員正在研制一種新型鎳銅長(zhǎng)效電池，它是接受銅和半衰期為100年的放射性同位素鎳63(eq\o\al(63,28)Ni)兩種金屬作為長(zhǎng)壽命電池的材料，利用鎳63(eq\o\al(63,28)Ni)發(fā)生一次β衰變變成銅(Cu)，同時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63(eq\o\al(63,28)Ni)和銅片做電池兩極．鎳63(eq\o\al(63,28)Ni)的衰變方程為_(kāi)_________________，16g鎳63經(jīng)過(guò)400年還有________g尚未衰變．(2)一靜止的質(zhì)量為M的鎳核(eq\o\al(63,28)Ni)發(fā)生β衰變，放出一個(gè)速度為v0，質(zhì)量為m的β粒子和一個(gè)反沖銅核，若鎳核發(fā)生衰變時(shí)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為β粒子和銅核的動(dòng)能．求此衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損(虧損的質(zhì)量在與粒子質(zhì)量相比時(shí)可忽視不計(jì))．答案(1)eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(0,-1)e＋eq\o\al(63,29)Cu1(2)eq\f(Mmv\o\al(2,0),2M－mc2)解析(1)eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(0,-1)e＋eq\o\al(63,29)Cu；eq\o\al(63,28)Ni的半衰期為100年，則剩余未衰變質(zhì)量m＝16×(eq\f(1,2))g＝1g(2)設(shè)衰變后銅核的速度為v，由動(dòng)量守恒得mv0＝(M－m)v由能量守恒得ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋eq\f(1,2)(M－m)v2由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2解得Δm＝eq\f(Mmv\o\al(2,0),2M－mc2)17．(12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*馬上衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U，并放出能量為0.097MeV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＝239.052