2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第三册 第5章 章末检测试卷(五)（含解析）

章末检测试卷(五)(满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．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．德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核C．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子D．β衰变中产生的β射线是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的答案A解析德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设，选项A正确；贝克勒尔首先发现天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，选项B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验的研究得到了原子的核式结构模型，选项C错误；β衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子变成质子和电子，产生的电子是从核内发出的，并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的，选项D错误。2．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中，一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是()A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现B．两个轻核结合成质量较大的核，原子核的比结合能增加C．太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应D．核聚变反应的核反应方程可能是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋2eq\o\al(1,0)n答案B解析核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。3．(2022·威海市高二月考)下列说法正确的是()A．图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的B．图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子C．图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚D．图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变答案C解析题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；题图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿透本领，题图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，对于少数的放射性原子核不适用，故D错误。4．(2022·沈阳市高二月考)eq\o\ar(235,92)U核某种裂变方式的核反应方程为eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\ar(235,92)U、eq\o\al(1,0)n、eq\o\ar(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是()A．核反应方程式中x＝2B.eq\o\ar(235,92)U中含有56个中子C．该反应释放的核能为(m1－2m2－m3－m4)c2D.eq\o\ar(144,56)Ba比eq\o\ar(235,92)U的比结合能小答案C解析由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，选项A错误；eq\o\ar(235,92)U原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为235－92＝143，选项B错误；根据爱因斯坦质能方程知，该反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，选项C正确；核反应方程式生成物比反应物稳定，则eq\o\ar(235,92)U原子核的比结合能小于eq\o\ar(144,56)Ba原子核的比结合能，选项D错误。5．(2022·菏泽市高二月考)放射性元素123I会衰变为稳定的123Te，半衰期约为13h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1，则经过26h后123I与123Te的质量之比()A．1∶2 B．1∶4C．1∶8 D．1∶16答案B解析根据题述，123I与123Te原子数量之比为4∶1，则通过26h(两个半衰期)后，4份123I衰变剩余1份，生成了3份123Te原子，剩余123I与123Te原子数量之比为1∶4，因为123I与123Te原子质量相同，所以经过26h(两个半衰期)后，123I与123Te原子的质量之比为1∶4，故B正确，A、C、D错误。6．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是()A．根据图甲可知，eq\o\al(4,2)He核的结合能约为7MeVB．根据图甲可知，eq\o\ar(235,92)U核比eq\o\al(89,36)Kr核更稳定C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量答案C解析分析图像可知，eq\o\ar(4,2)He核的比结合能为7MeV，根据结合能和比结合能的关系，结合能＝比结合能×核子数(即质量数)，故eq\o\ar(4,2)He的结合能约为28MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，eq\o\ar(89,36)Kr核比eq\o\ar(235,92)U核的比结合能大，故eq\o\ar(89,36)Kr核比eq\o\ar(235,92)U核更稳定，B错误；核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确；若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。7.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是()A.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(10,4)Be B.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\ar(14,5)BC.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\ar(14,7)N D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\ar(12,5)B答案A解析由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，设时间为t，则eq\f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2①eq\f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4②加速度a＝eq\f(qE,m)，则eq\f(①式,②式)得eq\f(q1,m1v1)∶eq\f(q2,m2v2)＝1∶2核反应前后动量守恒有m1v1＝m2v2，解得q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8．某行星内部含有氦核(eq\o\al(4,2)He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(eq\o\ar(12,6)C)。已知1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn,1个氦核(eq\o\al(4,2)He)的质量为m1、1个碳核(eq\o\ar(12,6)C)的质量为m2，真空中的光速为c，下列说法正确的是()A.eq\o\al(4,2)He转变为eq\o\ar(12,6)C的核反应方程为2eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(12,6)CB.eq\o\al(4,2)He转变为eq\o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2C.碳核(eq\o\ar(12,6)C)的比结合能为eq\f(6mp＋6mn－m2c2,12)D.eq\o\ar(12,6)C的同位素eq\o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子答案CD解析根据质量数守恒与电荷数守恒可知，eq\o\al(4,2)He转变为eq\o\ar(12,6)C的核反应方程为3eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(12,6)C，故A错误；eq\o\al(4,2)He转变为eq\o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为3m1－m2，故B错误；由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成，则Δm＝6mp＋6mn－m2，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，核子结合成碳核释放的能量ΔE＝(6mp＋6mn－m2)c2，所以碳核的比结合能为eq\f(ΔE,12)＝eq\f(6mp＋6mn－m2c2,12)，故C正确；eq\o\ar(12,6)C的同位素eq\o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子，故D正确。9．(2022·石家庄市高二月考)太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(eq\o\al(2,1)H)和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核(eq\o\al(3,1)H)结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(eq\o\al(4,2)He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV的能量。下列说法正确的是()A．X粒子是质子B．X粒子的质量为939.6MeV/c2C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kgD．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c2答案BC解析由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错选项B正确；太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026J。则太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝eq\f(E,c2)＝eq\f(4×1026,3×1082)kg≈4.4×109kg，选项C正确；因为E＝4×1026J＝eq\f(4×1026,1.6×10－19)eV＝2.5×1045eV＝2.5×1039MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝eq\f(E,c2)＝2.5×1039MeV/c2，选项D错误。10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是()A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B．径迹1可能是衰变后新核的径迹C．若衰变方程是eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D．若衰变方程是eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45答案BD解析原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以原子核发生的是α衰变，A错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则径迹1为放出新核的运动轨迹，径迹2为α粒子的运动轨迹，B正确；根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝eq\f(p2,2m)，所以动能之比等于质量的反比，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117，C错误；根据r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，解得r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确。三、非选择题(本题共5小题，共54分)11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素eq\o\al(30,15)P衰变成eq\o\al(30,14)Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________。eq\o\al(32,15)P是eq\o\al(30,15)P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1mgeq\o\al(32,15)P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4mg的eq\o\al(32,15)P经过________天的衰变后还剩0.25mg。答案正电子或eq\o\ar(0,＋1)e(3分)56(3分)解析核反应方程式为：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知eq\o\al(32,15)P的半衰期大约为14天，由m余＝SKIPIF1<0，得0.25mg＝4mg×SKIPIF1<0，解得t＝56天。12．(6分)(2019·江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击eq\o\al(60,28)Ni核也打出了质子：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(60,28)Ni→eq\o\al(62,29)Cu＋eq\o\al(1,1)H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。答案中子(3分)核裂变(3分)解析根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。13．(14分)(2022·南阳市高二月考)放射性同位素eq\o\ar(14,6)C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求：(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子eq\o\ar(14,7)N后，会形成eq\o\ar(14,6)C，eq\o\ar(14,6)C很不稳定，易发生β衰变，其半衰期为5730年，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少？(真空中光速为c)；(2)若测得一古生物体遗骸中eq\o\ar(14,6)C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？答案(1)eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)eeq\f(E,c2)(2)17190年解析(1)根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e(2分)由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2(2分)可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)(2分)(2)由题知古生物体遗骸中eq\o\al(14,6)C含量只有活体中的12.5%，故有m余＝m0(eq\f(1,2))n(3分)代入数据解得n＝3(3分)则有t＝3T1/2＝5730×3年＝17190年。(2分)14．(14分)核动力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\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋()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\ar(235,92)U、eq\o\ar(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(真空中的光速为c)(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千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235kg/mol，答案(1)10(2)(m1－m2－m3－9m)c2(3)22kg解析(1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝136＋90＋x(2分)得x＝10(2分)(2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m(2分)由爱因斯坦质能方程可知，释放的核能为：ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－9m)c2(2分)(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt(2分)同时：E＝eq\f(M,μ)NAΔE(2分)可得：M＝eq\f(Ptμ,NAΔE)＝eq\f(6.0×