高中物理人教版5第十九章原子核【区一等奖】

章末过关检测(四)[学生用书P106(独立成册)](时间：60分钟，满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1．在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是()A．查德威克通过研究阴极射线发现了电子B．汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说C．居里夫人首先发现了天然放射现象D．卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子解析：选D.汤姆孙研究阴极射线发现了电子，A错；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，B错；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，C错．2．(2023·高考北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是()\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：选B.α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(eq\o\al(4,2)He)的核反应，选项B正确．3．(2023·高考福建卷)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi经过10天后还剩下50克解析：选B.β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误．氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确．太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误.10天为两个半衰期，剩余的eq\o\al(210,83)Bi为100×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))g＝100×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)g＝25g，选项D错误．4．已知氘核的平均结合能为MeV，氦核的平均结合能为MeV，则两个氘核结合成一个氦核时()A．释放出MeV的能量B．释放出MeV的能量C．释放出MeV的能量D．吸收MeV的能量解析：选C.依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均结合能为MeV，氦核的平均结合能为MeV，故核反应过程释放能量．ΔE＝4×MeV－2×2×MeV＝MeV，故选C.5.在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5∶1，如图所示，那么碳的衰变方程是()\o\al(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(10,4)Be \o\al(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(14,5)B\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(14,7)N \o\al(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(12,5)B解析：选D.由于两个轨迹为外切圆，所以放出的粒子和反冲核速度方向相反，由左手定则可知它们均带正电荷．而衰变过程中两核的动量守恒，即两核的动量大小相等，方向相反，即m1v1＝m2v2，由于qvB＝eq\f(mv2,R)则q＝eq\f(mv,BR)，知半径之比R1∶R2＝5∶1，则它们的电荷量之比为q1∶q2＝R2∶R1＝1∶5，D项正确．6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为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表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：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质量/u806071以下推断正确的是()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解析：选\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N中质量亏损为Δm1＝8＋0－7)u＝1u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知eq\o\al(1,1)H＋eq\a\vs4\al(eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,)6C)＋X中X的电荷数为2、质量数为4，质量亏损为Δm2＝8＋1－0－6)u＝3u，根据爱因斯坦的质能方程可知Q1＝Δm1c2、Q2＝Δm2c2，则Q1＜Q2.二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)7．有关放射性同位素eq\o\al(30,15)P的下列说法，正确的是()\o\al(30,15)P与eq\o\al(30,14)X互为同位素\o\al(30,15)P与其同位素有相同的化学性质C．用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期变长D．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响解析：选BD.同位素应具有相同的质子数，故A错；同位素具有相同的化学性质与半衰期，B对、C错；放射性同位素可作为示踪原子，故D对．8．(2023·高考广东卷)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV，下列表述正确的有()A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV知X为eq\o\al(1,0)n，由X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV知Y为eq\o\al(6,3)Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误．两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误．X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV是原子核的人工转变，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV为轻核聚变，选项D正确．9．重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列(从eq\o\al(238,92)U开始到稳定的eq\o\al(208,82)Pb为止)、Th232系列、U235系列及Np237系列(从eq\o\al(237,93)Np开始到稳定的eq\o\al(209,83)Bi为止)，其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出eq\o\al(237,93)Np后才发现的，下面的说法正确的是()A．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n＋1(n等于正整数)B．从eq\o\al(237,93)Np到eq\o\al(209,83)Bi，共发生7次α衰变和4次β衰变C．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期对于地球年龄都比较短D．天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过解析：选ABC.从eq\o\al(237,93)Np开始到eq\o\al(209,83)Bi，质量数减少28，所以发生7次α衰变，电荷数减少10，所以还发生4次β衰变，并且所有放射性元素的质量数都等于4n＋1(n等于正整数)．对于C、D选项我们要注意关键词“可能”与“从来”就很容易判断了．10．(2023·河北名校联盟质量监测)关于核反应方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子)，已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期为T，则下列说法正确的是()\o\al(234,91)Pa没有放射性\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变C．N0个eq\o\al(234,90)Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为eq\f(3,4)N0ΔE(N0数值很大)\o\al(234,90)Th的比结合能为eq\f(ΔE,234)解析：选BC.原子序数大于或等于83的元素都有放射性，A错误；X粒子是电子，它是由中子衰变成一个质子而放出电子，所以此核反应为β衰变，B正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N0个eq\o\al(234,90)Th经2T时间发生两次衰变，C正确；ΔE不是eq\o\al(234,90)Th原子核分解成自由核子的结合能，则D错误．三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11．(12分)一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6000次．将他注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取出10cm3的血样，测得每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期是5小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积．解析：根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数N0＝6000×60×5×2个＝3600000个．15小时以后，剩余的放射性同位素原子核数N1＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,τ))＝3600000×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(15,5))个＝450000个．刚抽出血样时10cm3血液中的放射性同位素总原子核数n＝2×60×5×2个＝1200个．人体内所有血液的总量为eq\f(N1,n)×10＝eq\f(450000,1200)×10cm3＝3750cm3.答案：3750cm312．(12分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋()eq\o\al(1,0)n.(1)在括号内填写eq\o\al(1,0)n前的系数；(2)用m1、m2、m3分别表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(3)假设核反应堆的功率P＝×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为×10－11J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝kg/mol，一个月约为t＝×106s，阿伏加德罗常数NA＝×1023mol－1，计算结果保留两位有效数字)解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知eq\o\al(1,0)n前的系数为3.(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2.(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，同时E＝eq\f(m,M)NAΔE，解得m＝eq\f(PtM,NAΔE)≈22kg.答案：(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22kg13．(16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＝×104m/s的中子而发生核反应，即e