新教材适用高中物理第五章原子核测评新人教版选择性必修第三册

第五章测评(时间:90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。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.下列说法正确的是()A.β衰变时,β射线是原子的核外电子释放出来的B.组成原子核的核子质量之和大于原子核的质量C.发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D.α粒子散射试验表明核外电子轨道是量子化的答案:B解析:β衰变中产生的β射线事实上是原子核中的中子转化而来的,不是原子的核外电子释放出来的,故A错误。发生核反应时,总要有质量亏损,故组成原子核核子的质量之和大于原子核的质量,B正确。依据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,知光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比,故C错误。依据玻尔理论可知,核外电子轨道是量子化的,故D错误。2.某核反应方程为

12H+13HHe+X。已知12H的质量为2.0136uA.X是质子,该反应释放能量B.X是中子,该反应释放能量C.X是质子,该反应汲取能量D.X是中子,该反应汲取能量答案:B解析:由题目所给核反应方程,依据核反应过程质量数、电荷数守恒规律,可得

12H+

13H24He+01X,则X为中子;在该反应发生前反应物的总质量m1=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反应后产物总质量3.恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应。核反应方程为

24He+24HeA.该核反应为裂变反应B.热核反应中有质量亏损,会放出巨大能量C.由于核反应中质量数守恒,所以质量也是守恒的D.随意原子核内的质子数和中子数总是相等的答案:B解析:该核反应为聚变反应,故A错误。核反应中的裂变和聚变,都会有质量亏损,都会放出巨大的能量,故B正确。核反应中质量数守恒,质量不守恒,故C错误。原子中原子核内的质子数和中子数不肯定相等,有的原子中相等,有的原子中不相等,有的原子没有中子,例如氢原子核内有一个质子,没有中子,故D错误。4.太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的,其核反应主要是()A.

13H+1B.714N+2C.92235U+01nD.92238UTh+答案:A解析:太阳内部核聚变是氢原子核的聚变,故A正确。B项为实现原子核人工转变的反应,C项为重核裂变,D项为α衰变,故B、C、D错误。5.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法不正确的是()A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.依据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能答案:D解析:E=mc2中的E表示物体具有的总能量,m表示物体的质量,故A说法正确。ΔE=Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或削减ΔE时,它的质量也会相应地增加或削减Δm,故B说法正确。只有在出现质量亏损时,才能释放核能,故C说法正确,所以选D。6.下列说法正确的是()A.

92B.某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后,核内中子数削减4C.10个放射性元素的原子核经过一个半衰期后,肯定有5个原子核发生衰变D.γ粒子的电离实力比α粒子的大答案:B解析:半衰期的长短是由原子核内部本身的因素确定的,与原子所处的物理、化学状态无关,故A错误。某原子核经过一次α衰变电荷数削减2,质量数削减4;再经过两次β衰变后,质量数不变,电荷数增加2;所以整个过程质量数削减4,电荷数不变,所以核内中子数削减4,故B正确。半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,故C错误。三种射线中γ射线的穿透实力最强,α射线的电离实力最强,故D错误。7.(2024·全国乙卷)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其mm0-t图线如图所示。从图中可以得到113Sn的半衰期为(A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d答案:C解析:mm0由23变为13,正好有一半的113Sn发生衰变,经过的时间为一个半衰期,因此113Sn的半衰期为T=t28.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

11H+612CN+Q1,11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

1

2

2

6

7

7质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是()A.X是

23He,Q2>Q1 B.X是

24He,C.X是

23He,Q2<Q1 D.X是

24He,答案:B解析:

11H+612CN中质量亏损为Δm1=(1.0078+12.0000-13.0057)u=0.0021u,依据电荷数守恒和质量数守恒可知

11H+715N612C+X中X的电荷数为2、质量数为4,质量亏损为Δm2=(1.0078+15.0001-12.0000-4.0026)u=0.0053u,依据爱因斯坦质能方程可知Q1=Δm1c2、Q二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素

94239Pu的半衰期为24100年,其衰变方程为94239PuX+2A.X原子核中含有92个质子B.100个

94C.由于衰变时释放巨大能量,依据E=mc2,衰变过程总质量增加D.衰变发出的γ射线是波长很短的光子,具有很强的穿透实力答案:AD解析:依据电荷数守恒,可知A正确。半衰期是对大量原子的统计规律,所以B错误。衰变时放出能量,质量削减,C错误。γ光子穿透实力很强,D正确。10.关于核反应方程

90234ThPa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成粒子),已知

90234Th的半衰期为TA.

91B.91234Pa比C.n0个

90234Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为34n0ΔE(D.90234答案:BC解析: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,n个

90234Th经2T时间发生两次衰变,C正确。ΔE不是11.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程,表述正确的有 ()A.

13H+1B.13H+1C.92235U+01nD.92235U+01n答案:AC解析:A、B所列反应是核聚变,不是β衰变,β衰变要放出电子,故A对,B错。C、D两种反应都是核裂变,故C对,D错。12.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核发生了衰变,得到两条如图所示的径迹,图中箭头表示衰变后粒子的运动方向。不计放出光子的能量,则下列说法正确的是()A.发生的是β衰变,b为β粒子的径迹B.发生的是α衰变,b为α粒子的径迹C.磁场方向垂直于纸面对外D.磁场方向垂直于纸面对里答案:AD解析:放射性元素放出β粒子时,β粒子与反冲核的速度相反,电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的轨迹应为内切圆,故发生的是β衰变;放射性元素放出粒子时,两带电粒子的动量守恒,由半径公式可得轨迹半径与动量成正比,与电荷量成反比,而β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小,则β粒子的半径比反冲核的半径大,故b为β粒子的运动轨迹,故选项A正确,选项B错误。由左手定则知磁场方向垂直于纸面对里,故选项D正确,选项C错误。三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)可研制核武器的钚239(94239Pu)可由铀239(92239U)经过x次β衰变而产生,则答案:2解析:由衰变方程

92239UPu+2-114.(8分)取质子的质量mp=1.6726×10-27kg,中子的质量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的质量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。请计算α粒子的结合能。计算结果保留2位有效数字。答案:4.3×10-12J解析:组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm=(2mp+2mn)-mα结合能ΔE=Δmc2代入数据解得ΔE=4.3×10-12J。15.(8分)静止的氡核

86222Rn放出α粒子后变成钋核

84218Po,α粒子动能为E答案:222解析:由于动量守恒,反冲核和α粒子的动量大小相等,由Ek=p22m∝1m得,反冲核和α粒子的动能之比为4∶218,因此衰变释放的总能量是22216.(8分)一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.0073u,中子质量mn=1.0087u,氚核质量m=3.0180u。1u=931.(1)写出聚变方程。(2)求释放出的核能。(3)求平均每个核子释放的能量。答案:(1)11H+20(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析:(1)聚变方程

11H+20(2)质量亏损Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u释放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV=6.24MeV。(3)平均每个核子放出的能量为E=ΔEn=6.17.(14分)已知

84210Po原子核的质量为209.98287u,82206Pb原子核的质量为205.97446u,24He原子核的质量为4.00260u,静止的

84(1)请写出核反应方程。(2)求在衰变过程中释放的能量。(3)求α粒子从Po核中射出的动能。答案:(1)84210PoPb+(2)5.41MeV(3)5.31MeV解析:(1)依据质量数与电荷数守恒,衰变方程为84210Po82206Pb+(2)衰变过程中质量亏损为Δm=209.98287u-205.97446u-4.00260u=0.00581u反应过程中释放的能量为ΔE=0.00581×931.5MeV=5.41MeV。(3)因衰变前后动量守恒,则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等,方向相反又p=mv=2则有2即mαEkα=mPb·EkPb则4Ekα=206EkPb又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能,故有Ekα+EkPb=ΔE=5.41MeV所以α粒子从钋核中射出的动能为Ekα=5.31MeV。18.(16分)如图所示,某有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T,磁场方向垂直于纸面对里,MN是磁场的左边界。在磁场A处放一个放射源,内装的

88226Ra核放出某种射线后衰变成(1)写出上述衰变方程。(2)若A处距磁场边界MN的距离lOA=1.0m时,放在MN左侧边缘的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子,此时接收器距过OA的直线1.0m。已知

86222Rn、24He质量分别为222u、4u,求一个静止

88226Ra