2024-2025学年新教材高中物理第五章原子核测评含解析新人教版选择性必修第三册

PAGEPAGE10第五章测评(时间:60分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.(2024山东潍坊三模)下列事实中,能说明原子核具有困难结构的是()A.α粒子散射试验 B.自然放射现象C.电子的发觉 D.玻尔的原子模型解析α粒子散射试验证明白原子的核式结构模型,故A错误;自然放射现象在原子核内部发生,说明原子核具有困难结构,故B正确;电子的发觉说明原子具有困难结构,故C错误;玻尔的原子模型中提出了定态和跃迁的概念,胜利地说明白氢原子光谱的试验规律,故D错误。答案B2.下列说法正确的是()A.

92238U衰变为

91234Pa要经过2次B.β射线与γ射线一样都是电磁波,但β射线的穿透本事远比γ射线弱C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关D.自然放射性现象使人类首次相识到原子核可分解析

92238U衰变为

91234Pa要经过1次α衰变和1次β衰变,A错误;答案D3.如图所示,x为未知放射源,它向右方放出射线,p为一张厚度为0.5mm左右的薄铝箔,铝箔右侧是一真空区域,内有较强磁场,q为荧光屏,h是视察装置。试验时,若将磁场撤去,每分钟视察到荧光屏上的亮点数基本没有变更,再将铝箔移开,则每分钟视察到荧光屏上的亮点数明显增加,则可知放射源x可能为()A.α射线和β射线的混合放射源B.α射线和γ射线的混合放射源C.β射线和γ射线的混合放射源D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源解析将强磁场撤去,每分钟视察到荧光屏上的亮点数基本没有变更,说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响,可知射到屏上的是不带电的γ射线;再将厚0.5mm左右的薄铝箔移开,则每分钟视察到荧光屏上的亮点数明显增加,说明除接收到γ射线外,又收到了原来被薄铝箔p拦住的射线,而厚度为0.5mm左右的铝箔能拦住的只有α射线,所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源。故正确选项为B。答案B4.(2024浙江模拟)正电子放射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O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楚图像。已知15O的半衰期为2.03min,正、负电子的质量均为m,光速c,普朗克常量h,下列说法正确的是()A.辐射出γ光子的动量为2mcB.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2C.15O在人体内衰变的方程是

8D.经过4.06min剩余15O为原来的四分之一解析据题意可知,正负电子的能量转化为一对光子的能量,即2mc2=2hν,一个光子的能量E=hν=hcλ=mc2,单个光子的动量p=hλ=Ec=mc,故A错误;依据质能方程可得:Δm=ΔEc2=2mc2c答案D5.(2024辽宁葫芦岛模拟)月面上空几乎没有空气,月夜的温度会降到-180℃,因此玉兔号月球车在月夜要休眠。为了使车内温度不至于降到太低而冻坏那些相对脆弱的设备,科学家们特地给月球车配备了一种特制的放射性同位素核能电池热源,使月球车在休眠时能稳定发热。这种核能电池中的核反应可能是()A.13H+11HC.94238Pu→95238Am+-10e解析对于A选项,此核反应是聚变反应,反应猛烈,至今可控聚变反应还处于各种试验探讨阶段,所以不宜采纳,故A错误;对于B选项,此核反应是重核裂变反应,虽然实现了人工限制,但因反应猛烈,防护要求高还不能小型化,目前只是一些大型的核电站采纳,故B错误;对于C选项,此核反应是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采纳的反应方式,故C正确;对于D选项,此核反应是人工核转变反应,须要高能α粒子,在月球上不宜实现,故D错误。答案C6.(2024浙江绍兴上虞区二模)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放射到核外,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射线具有较强的穿过本事,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不能运用,故D错误。答案C7.(2024合肥三模)家庭装修运用的大理石中常含有放射性元素氡(86222Rn),其衰变方程为

86222Rn→84218PoA.衰变中释放出的α射线比γ射线的穿透实力强B.衰变过程中总质量保持不变C.钋(84218Po)的比结合能大于氡D.若采纳增大压强的方法,可以变更氡(86解析α射线的穿透实力最弱,电离实力最强,γ射线的穿透实力最强,电离实力最弱,故A错误;衰变过程有质量亏损,故B错误;半衰期不受外界因素影响,故D错误;该反应释放能量,比结合能增加,即钋的比结合能大于氡的比结合能,故C正确。答案C8.(2024湖南模拟)在匀强磁场中,一个原来静止的

92238U原子核,由于衰变放射出某种粒子,其衰变方程是

92238U→90234Th+x,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为A.衰变后

90234Th核和射出的B.衰变后的产物x是电子C.r1∶r2=1∶90D.衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117解析放射性元素放出正电荷时,正粒子与反冲核的轨迹为外切圆,而放出负电荷时,两个粒子的轨迹应为内切圆。所以该粒子肯定不是电子。依据质量数守恒可知x的质量数:m=238-234=4,电荷数:z=92-90=2,可知x是α粒子,发生的衰变是α衰变,依据动量守恒可知,该过程中衰变后新核

90234Th和粒子x的动量大小相等,方向相反,依据动能和动量的关系Ek=p22m可得衰变后的新核与射出的α粒子的动能之比为EkThE答案D二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。全部选对得4分,选对但选不全的得2分,有错选的得0分)9.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,如图所示为某种质谱仪的原理图,现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种同位素从容器A的下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最终打在照相底片D上,形成a、b、c三条光谱线。关于三种同位素进入磁场时速度大小的排列依次和三条光谱的排列依次,下列推断正确的是()A.进入磁场时速度从大到小的排列依次是氚、氘、氕B.进入磁场时速度从大到小的排列依次是氕、氘、氚C.a、b、c三条光谱线依次排列的依次是氕、氘、氚D.a、b、c三条光谱线依次排列的依次是氚、氘、氕解析加速过程中由动能定理得qU=12mv2,则有v=2qUm,三种同位素电荷量q相同,速度的大小取决于质量的倒数,所以速度从大到小的排列依次是氕、氘、氚,A错误,B正确;进入磁场后粒子做匀速圆周运动,由qvB=mv2r,并把v代入,得r=1B2mUq答案BD10.关于原子核的衰变,下列说法正确的是()A.对于一个特定的衰变原子,我们只知道它发生衰变的概率,而不知道它将何时发生衰变B.放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B,则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了2位C.β衰变的实质在于核内的质子转化成了一个中子和一个电子D.碘131的半衰期约为8天,若某药物含有质量为m的碘131,经过32天后,该药物中碘131的含量大约还有m解析对于一个特定的衰变原子,我们只知道它发生衰变的概率,并不知道它将何时发生衰变,故A正确;原子核经过2次α衰变后电荷数减小4,同时,经过一次β衰变,电荷数增加1,所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3,则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位,故B错误;β射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的,故C正确;碘131的半衰期约为8天,经过32天后,碘131的剩余质量为m'=m16答案ACD11.(2024河南洛阳一模)“东方超环”是我国自主设计建立的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变试验装置。2024年11月,有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破,获得的试验参数接近将来聚变堆稳态运行模式所须要的物理条件,朝着将来聚变堆试验运行迈出了关键一步,已知“人造太阳”核聚变的反应方程为

12H+13H→2A.要使轻核发生聚变,就要利用粒子加速器,使轻核拥有很大的动能B.Z=0,M=1C.1mol氘核和1mol氚核发生核聚变,可以放出17.6MeV的能量D.聚变比裂变更平安、清洁解析“人造太阳”是以超导磁场约束,让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变,故A错误。依据质量数和核电荷数守恒,可以求出

ZMX为中子

01n,试验Z=0,M=1,故B正确。1个氘核和1个氚核发生核聚变,可以放出17答案BD12.(2024浙江杭州模拟)据国内媒体报道,中国南海“充电宝”的构想即将实现,大陆第一座海上浮动核电站即将建设完成。据专家透露,中国安排建立20个海上浮动核电站,主要用于海水淡化、资源开发以及为护航潜艇和南海各地区供电。此类核电站采纳的是“核裂变”技术,92235U受中子轰击时会发生裂变,产生

56144Ba和

3689Kr,同时放出能量,已知每个铀核裂变时释放的能量约为200MeV,阿伏加德罗常数取NA=6.0×10A.核反应方程为

92235U→56144B.56139Ba的结合能比C.只有铀块的体积不小于临界体积时才能发生链式反应D.若有1mol的铀发生核反应,且核裂变释放的能量一半转化为电能,则产生的电能约为9.6×1012J解析该核反应方程为

92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,故A错误;由于

56139Ba和核子数比

92235U少,可知

56139Ba的结合能比

92235U小,故B错误;依据发生链式反应的条件,这铀块的体积不小于临界体积,故C正确;由质能方程可计算得产生的电能为E=12×6.02×10答案CD三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(8分)如图所示,是利用放射线自动限制铝板厚度的装置,假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而依据设计,该生产线压制的是3mm厚的铝板,那么是三种射线中的射线对限制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调(选填“大”或“小”)一些。

解析α射线不能穿过3mm厚的铝板,γ射线又很简单穿过3mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响,而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变更会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变更,所以是β射线对限制厚度起主要作用。若超过标准值,说明铝板太薄了,应将两个轧辊间的距离调整得大些。答案β大14.(8分)约里奥·居里夫妇因发觉人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发觉的放射性元素

1530P衰变成

1430Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是。

1532P是

1530P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1mg解析衰变方程为

1530P→1430Si++10e,即这种粒子是正电子。由图像可以看出

1532答案正电子5615.(10分)放射性同位素

614C被考古学家称为“碳钟”,它可用来判定古生物体的年头,此项(1)宇宙射线中高能量的中子遇到空气中的氮原子后,会形成很不稳定的

614C,它很简单发生衰变,放出(2)若测得一古生物遗骸中的

614C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的解析(1)核反应方程为

7(2)活体中的

614C含量不变,生物死亡后,遗骸中的

614C按衰变规律变更,设活体中

614C的含量为N原N余=N原12

tτ,即0.125=所以tτ=3,τ=5730年,则t=答案(1)7

614C16.(10分)(2024安徽期中)一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22MeV的能量,这些能量以γ光子的形式辐射出来。(c=3.0×108m/s,1MeV=1.6×10-13J,普朗克常数h=6.63×10-34J·s)(1)写出这一过程的核反应方程;(2)该反应质量亏损Δm为多少?(单位用kg,结果保留一位有效数字)解析(1)由质量数和电荷数守恒可知核反应方程是

11(2)由爱因斯坦质能方程可知E=Δmc2质量亏损:Δm=Ec2=2.22×1答案(1)11H+01n→12H+17.(12分)已知氘核的质量mD=3.3446×10-27kg。假如用入射光子照耀氘核恰使其分为质子和中子,质子质量mp=1.6726×10-27kg,中子质量mn=1.6749×10-27kg。求入射光子的频率。(结果保留三位有效数字)解析氘核分为质子和中子,增加的质量为Δm=mp+mn-mD=(1.6726+1.6749-3.3446)×10-27kg=0.0029×10-27kg。汲取的入射光子的能量为E=Δmc2=0.0029×10-27×(3×108)2J=2.61×10-13J。由公式E=hν知,入射光子的频率为ν=Eh=2.61×10-答案3.94×1020Hz18.(12分)质谱仪是一种测定带电粒子的质量和分析同位素的