高中物理人教版5第十九章原子核单元测试 第十九章章末检测

章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共9小题，每小题5分，共45分)1．(2023·新课标Ⅱ卷)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是()A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷答案ACE解析密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，E项正确．2．(2023·新课标全国卷Ⅰ)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线答案BCD解析本题考查了原子核的衰变．原子序数大于83的元素才可以发生衰变，原子序数小于83的元素有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，B、C正确；三种射线α、β、γ穿透能力依次增强，D正确；原子核发生α或β衰变时常常伴随着γ光子的产生，但同一原子核不会同时发生α衰变和β衰变，E错误．3．(2023·石家庄高二检测)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人体，eq\o\al(15,8)O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述正确的是()\o\al(15,8)O在人体内衰变方程是eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)eB．正、负电子湮灭方程是eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γC．在PET中，eq\o\al(15,8)O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，eq\o\al(15,8)O主要用途是参与人体的新陈代谢答案ABC解析由题意知A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的eq\o\al(15,8)O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此eq\o\al(15,8)O主要用途是作为示踪原子，故C对、D错．4．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是()A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B．氡的半衰期为天，4个氡原子核经过天后就一定只剩下1个氡原子核\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb要经过8次β衰变和8次α衰变D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的答案D解析β射线是高速电子流，不是电磁波，其穿透本领也没有γ射线强，选项A错；半衰期只具有统计意义，对少数粒子不适用，选项B错；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋xeq\o\al(4,2)He＋yeq\o\al(0,－1)e，根据质量数和电荷数守恒有238＝206＋4x，92＝82＋2x－y，可解得x＝8，y＝6，所以要经过8次α衰变和6次β衰变，选项C错；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内中子转化为质子时产生的，选项D正确．5．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是()A．mα＝(2mp＋2mn)B．mα<(2mp＋2mn)C．mα>(2mp＋2mn)D．以上关系式都不正确答案B解析由核反应方程2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He知，核子结合成原子核时要放出能量，即有质量亏损，故选B.6．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(eq\o\al(3,2)He)”的化学元素，这是热核聚变的重要原料，科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(eq\o\al(3,2)He)”与氘核的聚变，下列说法中正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．核反应生成物的质量将大于反应物的质量C．氦3(eq\o\al(3,2)He)一个核子的结合能大于氦4(eq\o\al(4,2)He)一个核子的结合能D．氦3(eq\o\al(3,2)He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量答案AD解析根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，A对；根据比结合能曲线可知氦3(eq\o\al(3,2)He)一个核子的结合能小于氦4(eq\o\al(4,2)He)一个核子的结合能，所以核反应中释放了能量，发生质量亏损，B、C错，D对．7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3答案B解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋2①6＝2k＋d②解①②得k＝2，d＝2.8．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝eq\f(h,（m1＋m2－m3）c2)答案B解析根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知，得到的氘核为eq\o\al(2,1)H，故A错误；聚变反应过程中辐射一个γ光子，质量减少Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量为E＝Δmc2＝(m2＋m1－m3)c2，故C错误；由c＝λν及E＝hν得λ＝eq\f(h,（m1＋m2－m3）c)，故D错误．9．钍核eq\o\al(232,90)Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则()A．铅核的符号为eq\o\al(208,82)Pb，它比eq\o\al(232,90)Th少8个中子B．铅核的符号为eq\o\al(204,78)Pb，它比eq\o\al(232,90)Th少16个中子C．铅核的符号为eq\o\al(208,82)Pb，它比eq\o\al(232,90)Th少16个中子D．铅核的符号为eq\o\al(220,78)Pb，它比eq\o\al(232,90)Th少12个中子答案C解析设铅的质量数为M，核电核数为Z，则由质量数守恒可得：M＝232－6×4＝208.由电荷数守恒可得：Z＝90－6×2＋4×1＝82.则铅的中子数＝208－82＝126，钍的中子数＝232－90＝142.所以铅核的中子数比钍核中子数少16个．C对．二、填空题(本题共2小题，共15分)10．(9分)现有三个核反应：\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n则________是β衰变；________是裂变；________是聚变．答案ABC解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应A；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应B；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应C.11．(6分)“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷的符号相反，例如正电子就是电子的“反粒子”．据此，若有反质子存在，它的质量数应为________，元电荷的电荷量是×10－19C，则反质子的带电荷量大小为________．答案1×10－19C解析质子的质量数为1，带电荷量为×10－19C，所以反质子的质量数为1，带电荷量也为×10－19C，电性相反．三、计算题(本题共4小题，共40分)12．(8分)放射性同位素eq\o\al(14,)6C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成eq\o\al(14,6)C，eq\o\al(14,6)C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5730年，衰变时会放出β射线，试写出有关核反应方程；(2)若测得一古生物遗骸中eq\o\al(14,6)C含量只有活体中的%，则此遗骸的年代约有多少年？答案(1)见解析(2)17190年解析(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)C＋eq\o\al(0,－1)e，(2)依题意eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(n)＝eq\f,100)＝，解得n＝3，则t＝5730年×3＝17190年．13．(8分)已知氘核的质量mD＝6×10－27kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝6×10－27kg，中子质量mn＝9×10－27kg.求入射光子的频率．答案×1020Hz解析氘核分为质子和中子，增加的质量为Δm＝mp＋mn－mD＝6＋9－6)×10－27kg＝9×10－27kg.吸收的入射光子的能量为E＝Δmc2＝9×10－27×(3×108)2J＝×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的频率为ν＝eq\f(E,h)＝eq\f×10－13,×10－34)Hz≈×1020Hz.14．(12分)用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核(eq\o\al(10,5)B)，产生锂核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子．已知中子质量mn＝665u，硼核质量mB＝77u，锂核质量mLi＝22u，α粒子质量mα＝60u.(1)写出该反应的核反应方程；(2)求出该反应放出的能量ΔE；(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能，则锂核和α粒子的动能各是多少？(1u相当于MeV)答案(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He(2)MeV(3)MeVMeV解析根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．(1)核反应方程为eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He.(2)核反应过程中的质量亏损为Δm＝77u＋665u)－22u＋60u)＝615u，释放出的能量为ΔE＝615×MeV＝MeV.(3)根据动量守恒定律有mLivLi＝mαvα，由动能定义式有EkLi＝eq\f(1,2)mLiveq\o\al(2,Li)，Ekα＝eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)，联立有eq\f(EkLi,Ekα)＝eq\f(mα,mLi)＝eq\f(4,7)，根据能量守恒有EkLi＋Ekα＝ΔE＝MeV，解得锂核和α粒子的动能分别为EkLi＝MeV，Ekα＝MeV.15．(12分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的eq\o\al(6,3)Li核俘获一个速度为v0＝×