新教材同步辅导2023年高中物理章末质量评估五第五章原子与原子核粤教版选择性必修第三册

章末质量评估(五)(时间：75分钟分值：100分)一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)1．下列选项中，不能由α粒子散射实验得出的结论是()A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部集中在原子核上解析：卢瑟福由α粒子散射实验得到结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外的空间运动．答案：C2．(2023·全国高三专题练习)法国物理学家贝克勒尔发现自然界中有一些物质具有天然放射现象，能够发生衰变反应．一个静止的eq\o\al(238,92)U原子核衰变成一个新核eq\o\al(234,90)Th，同时放出一个带电粒子，该粒子的动能大小为E，动量大小为p.下列说法正确的是()A．放出的带电粒子为电子 B．eq\o\al(234,90)Th的结合能比eq\o\al(238,92)U的结合能大C．eq\o\al(234,90)Th的动量大小为eq\f(2p,117) D．eq\o\al(234,90)Th的动能大小为eq\f(2E,117)解析：该核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，即放出的粒子为α粒子，不是电子，A错误；α衰变过程释放能量，所以eq\o\al(238,92)U的结合能比eq\o\al(234,90)Th的大，B错误；核反应前后动量守恒，由于原来eq\o\al(238,92)U静止，可知eq\o\al(234,90)Th的动量与α粒子的动量大小相等、方向相反，故eq\o\al(234,90)Th的动量大小为p，C错误；eq\o\al(234,90)Th的动能为Ek1＝eq\f(p2,2m1)＝eq\f(p2,2×234)，α粒子的动能为Ek2＝eq\f(p2,2m2)＝eq\f(p2,2×4)＝E，联立解得Ek1＝eq\f(p2,2m1)＝eq\f(2E,117)，D正确．答案：D3．(2022·湖北卷)20世纪40年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核eq\o\al(7,4)Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→X＋eq\o\al(0,0)νe.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在．下列说法正确的是()A．原子核X是eq\o\al(7,3)LiB．核反应前后的总质子数不变C．核反应前后总质量数不同D．中微子νe的电荷量与电子的相同解析：根据质量数守恒和电荷数守恒有X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是eq\o\al(7,3)Li，A正确，C错误；由选项A可知，原子核X是eq\o\al(7,3)Li，则核反应方程为eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(0,0)νe，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误．答案：A4．1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核eq\o\al(27,13)Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31解析：将核反应方程式改写成eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为eq\o\al(30,15)X.答案：B5．(2022·广东统考模拟预测)下列关于原子、原子核物理的四幅关系图像的说法中正确的是()A．由图甲看出，随着温度的升高，各种波长辐射强度的极大值向波长较长的方向移动B．由图乙看出，同种颜色光的强弱不同，截止电压也不同C．由图丙看出，放射性元素的数量因衰变减小到原来的一半所经历的时间是相等的D．由图丁看出，核平均结合能随着原子核的质量数增大而增大解析：对题图甲，随着温度的升高，各种波长辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A错误；对题图乙，同种颜色光的强弱不同，但截止电压相同，B错误；对题图丙，放射性元素的数量因衰变减小到原来的一半所经历的时间是相等的，把这种相等的时间称为半衰期，C正确；对题图丁，核平均结合能随着原子核的质量数增大先增大后减小，D错误．答案：C6.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Ke＋3eq\o\al(1,0)n解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误；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是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．答案：A7.(2021·桂林中学月考)K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切．它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出．由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6解析：K－介子与π－介子均做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有eBv＝eq\f(mv2,R)，故动量p＝mv＝eBR，因而pK－∶pπ－＝2∶1.根据动量守恒定律，有pK－＝pπ0－pπ－，故pπ0＝3pπ－，选项C正确．答案：C二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)8．(2022·浙江金华高二校联考期末)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(eq\o\al(A,Z)X)发生了α衰变放出了一个α粒子．放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动．α粒子的运动轨道半径为R，质量为m和电荷量为q.下面说法正确的是()A．衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹(箭头表示运动方向)正确的是图丙B．新核Y在磁场中圆周运动的半径RY＝eq\f(2,Z－2)RC．α粒子的圆周运动等效成一个环形电流，电流大小I＝eq\f(Bq2,2πm)D．α粒子的动能Ek＝eq\f(q2B2R2,m)解析：衰变后产生的α粒子与新核Y向相反方向运动，在磁场中运动的轨迹是外切圆，(箭头表示运动方向)正确的是题图丁，选项A错误；由动量守恒定律可知，两粒子动量等大反向，根据r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)∝eq\f(1,q)，则eq\f(RY,R)＝eq\f(2,Z－2)，即新核Y在磁场中圆周运动的半径RY＝eq\f(2,Z－2)R，选项B正确；α粒子的圆周运动等效成一个环形电流，则周期T＝eq\f(2πm,qB)，则电流大小I＝eq\f(q,T)＝eq\f(Bq2,2πm)，选项C正确；α粒子的动能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(qBR,m)))eq\s\up12(2)＝eq\f(q2B2R2,2m)，选项D错误．答案：BC9．(2023·全国模拟预测)已知eq\o\al(234,90)Th半衰期为1.2min，其衰变方程为eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE，X的质量为mx，ΔE为释放的核能．测得eq\o\al(234,90)Th原子核的质量为m，已知真空中光速为c，下列说法正确的是()A．X是氦的原子核B．eq\o\al(234,91)Pa原子核的质量小于m－mxC．100个eq\o\al(234,90)Th原子核经过2.4min，一定有75个发生了衰变D．eq\o\al(234,90)Th的比结合能小于eq\o\al(234,91)Pa的比结合能解析：根据核反应过程中质量数及电荷数守恒，可写出该衰变方程为eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e＋ΔE，X是电子，故A错误；由于衰变过程中，伴随着释放能量，有质量亏损，所以eq\o\al(234,91)Pa原子核的质量小于m－mx，故B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，统计少量个数原子核是没有意义的，所以100个eq\o\al(234,90)Th原子核经过2.4min，不一定有75个发生了衰变，故C错误；由于衰变的过程中释放能量，可知eq\o\al(234,91)Pa的结合能大于eq\o\al(234,90)Th的结合能，由结合能与比结合能的定义可知，eq\o\al(234,90)Th的比结合能小于eq\o\al(234,91)Pa的比结合能，故D正确．答案：BD10．(2021·安徽师大附中单元检测)质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H的“镜像核”，同样eq\o\al(3,1)H也是eq\o\al(3,2)He的“镜像核”，则下列说法正确的是()A．eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互为“镜像核”B．eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互为“镜像核”C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子D．核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，该反应是α衰变解析：根据“镜像核”的定义，eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互为“镜像核”，选项A错误，B正确；β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中虽有α粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误．答案：BC三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)11．(8分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．(1)eq\o\al(3,2)He＋________→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，是________变．(2)eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋________，是________变．(3)eq\o\al(23,11)Na＋________→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H，是________变．(4)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(142,56)Ba＋eq\o\al(91,36)Kr＋3________，是________变．解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类．答案：(1)eq\o\al(2,1)H聚(2)eq\o\al(0,－1)eβ衰(3)eq\o\al(2,1)H人工转(4)eq\o\al(1,0)n裂12．(8分)(1)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程为：eq\o\al(4,2)He＋________→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s．一定质量的Be，经7.8×10－16s后所剩Be占开始时的________．(3)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为______________．该反应放出的能量为Q，则氘核的平均结合能为________．(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．解析：(1)根据电荷数、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为eq\o\al(4,2)He.(2)半衰期为2.6×10－16s，经7.8×10－16s，即3个半衰期，根据eq\f(m,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(3)＝eq\f(1,8)知，剩余eq\o\al(8,4)Be占开始时的eq\f(1,8)＝12.5%.(3)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H；氘核的平均结合能为eq\f(Q,2).(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)12.5%(3)eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)Heq\f(Q,2)(4)不污染光电13．(11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23592U＋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＝6.0×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11J，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＝0.235kg/mol，一个月约为t＝2.6×106s，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023mol－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)22kg14．(15分)(2022·浙江舟山统考模拟预测)钍eq\o\al(234,90)Th具有放射性，能够发生β衰变变为镤Pa.如图所示，位于坐标原点的静止钍核发生β衰变，在纸面内向x轴上方各方向发射电子．在x轴上方存在垂直纸面向外、半径为a的圆形匀强磁场，磁感应强度为B，磁场圆心位于y轴，且与x轴相切于原点．x轴上方x＝－2a处平行y轴方向放置一足够长的荧光屏．已知钍核质量为mT，电子质量为me，镤核质量为mp，电子电量绝对值为e，光速为c，反应中释放的能量全部转化为镤核和电子的动能，不考虑粒子之间的相互作用．(1)写出该反应方程式；(2)求电子的动能Ek；(3)如图所示，若沿y轴正方向发射的电子垂直打在荧光屏上，求速度方向与x轴正方向夹角为eq\f(π,6)的电子到达荧光屏所用的时间．(结果用me、e、B、π表示)解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可得该反应方程式eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.(2)由质能亏损方程可得ΔE＝Δmc2，可得ΔE＝(mT－mp－me)c2.且ΔE＝Ek＋Ek′.衰变过程中动量守恒0＝pp－pe，动能与动量的关系Ek＝eq\f(p2,2m)，联立可得Ek＝eq\f(mp,mp＋me)(mT－mp－me)c2.(3)如图所示，若沿y轴正方向发射的电子垂直打在荧光屏上由几何关系可知电子做圆周运动的半径R＝a.速度方向与x轴正方向夹角为eq\f(π,6)的电子在磁场中做圆周运动的轨迹如图：则有eBv＝eq\f(mev2,R)，T＝eq\f(2πR,v).电子在磁场中运动的圆心角θ＝eq\f(5π,6)，则电子在磁场中运动的时间为t1＝eq