高中 物理 必修第三册 第五章 原子核《章末过关检测(五)》教学设计

章末过关检测(五)(时间：75分钟分值：100分)一、单项选择题(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，只有一个选项符合题目要求)1．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1)eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(90),\s\do1(38))Sr＋eq\o\al(\s\up1(136),\s\do1(54))Xe＋keq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(2)eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋deq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n下列关于这两个方程的说法，正确的是()A．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1B．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1C．方程(1)属于轻核聚变D．方程(2)属于α衰变解析：选A。根据质量数守恒，方程(1)中箭头左侧的质量数之和为236，箭头右侧应有90＋136＋k＝236，解得k＝10，根据质量数守恒，方程(2)中应满足2＋3＝4＋d，解得d＝1，A正确，B错误；方程(1)为重核裂变，方程(2)为轻核聚变，C、D错误。2．关于重核的裂变，以下说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能解析：选D。核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误。3．“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，反应原料氘(eq\o\al(2,1)H)富存于海水中，氚(eq\o\al(3,1)H)可以用中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)得到，则关于中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)产生一个氚核(eq\o\al(3,1)H)和一个新核，下列说法正确的是()A．该核反应方程为eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,1)HB．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱C．在中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)的核反应生成物中有α粒子，故该核反应属于α衰变D．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能答案：B4．用回旋加速器对质子加速，质子经加速后以Ek的动能轰击静止的锂原子核，其核反应方程为：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。已知质子质量为m1，锂原子核的质量为m2，α粒子的质量为m3，光速为c。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则两α粒子的总动能为()A．(m1＋m2－m3)c2＋Ek B．(m3－m1－m2)c2＋EkC．(m1＋m2－2m3)c2 D．(m1＋m2－2m3)c2＋Ek解析：选D。根据质能方程，质子轰击锂原子释放的能量为ΔE＝Δmc2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2根据质子加速后的能量为Ek，则两α粒子的总动能E＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2＋Ek故A、B、C错误，D正确。5．太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变。设某次聚变反应可以看作是4个氢核eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H结合成1个氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，同时释放出正电子eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量E等于()A．(4mp－mα－me)c2 B．(4mp－mα－2me)c2C．(4mp＋mα－me)c2 D．(4mp＋mα－2me)c2解析：选B。根据氢核的聚变过程中质量数和电荷数守恒，可知其核反应方程为4eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e，反应过程中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me，导致反应后核子的平均质量小于反应前核子的平均质量，根据质能方程可得此次核反应释放的能量，ΔE＝(4mp－mα－2me)c2。6．下列核反应方程中错误的是()A．α衰变方程eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．查德威克发现中子eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1())6C＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nC．重核裂变eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))U→eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nD．轻核聚变eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n解析：选C。eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，238＝234＋4，92＝90＋2，电荷数守恒，质量数守恒，A正确；eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，4＋9＝12＋1，2＋4＝6＋0，B正确；重核裂变必有中子去撞击铀核，反应物中应该有中子，C错误；eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，2＋3＝4＋1，1＋1＝2＋0，D正确。7.一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘和氚聚合成氦，并释放一个中子。已知氘核质量为2.0136u，氚核质量为3.0160u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，1u相当于931MeV。若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生能量的50%转变为电能，则每年消耗的氘的质量约为(1年按3.2×107s计算，1MeV＝1.6×10－13J)()A．23.6kg B．11.7kgC．35.1kg D．46.8kg解析：选A。由质能方程得ΔE＝Δmc2＝2.7×10－12J每年消耗的总能量可表示为Pt，每年消耗的氘的质量m＝eq\f(Pt,0.5×0.5×6.02×1023×ΔE)≈23.6kg，A正确，B、C、D错误。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，有多个选项符合题目要求，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)8．美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni)和铜两种金属作为长效电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，用镍63和铜片作电池两极，为外接负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是()A．镍63的衰变方程是eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(27))CuB．镍63的衰变方程是eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(64),\s\do1(29))CuC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电流方向是从铜片到镍片解析：选CD。eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni的衰变方程为eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(28))Ni→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(63),\s\do1(29))Cu，A、B错误；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，C、D均正确。9．关于原子核衰变放出的α、β、γ三种射线，下列说法正确的是()A．α射线是高速氦核流，其电离本领很强B．β射线是高速电子流，它是核外电子受激发形成的C．β射线的电离本领很强，穿透能力很弱D．γ射线是波长很短的电磁波，其穿透本领比X射线还强解析：选AD。α射线是高速氦核流，其电离本领很强，穿透本领很弱，A正确；β射线是高速电子流，β射线是由中子转变为质子时放出电子形成的，B错误；电离本领是α射线最强，γ射线最弱，穿透能力是γ射线最强，α射线最弱，β射线均处于居中位置，C错误；γ射线是波长很短的电磁波，其穿透本领比X射线还强，D正确。10．钍(eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th)是一种放射性金属元素，带钢灰色光泽，质地柔软，广泛分布在地壳中，是一种前景十分可观的能源材料。已知钍发生衰变的半衰期为24天，关于钍的衰变，下列说法正确的是()A．衰变放出的γ射线具有很强的电离能力B．钍原子发生一次β衰变，原子核放出一个电子C．β射线是高速电子流，它的穿透能力比α射线强D．现在有80个钍原子，经过96天后，未衰变的钍原子个数为5个解析：选BC。衰变放出的γ射线是高能电磁波，电离能力弱，故A错误；钍原子发生一次β衰变，核内一个中子变为质子，释放一个电子，故B正确；β射线是高速电子流，它的穿透能力比α射线强，故C正确；半衰期是大量统计的结果，对少量的粒子没有意义，故D错误。11．轻核聚变的一个核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，若已知eq\o\al(2,1)H的质量为m1，eq\o\al(3,1)H的质量为m2，eq\o\al(4,2)He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法正确的是()A．eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H在常温下就能够发生聚变B．X是中子C．这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的解析：选BC。eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H在高温下才能够发生聚变，A错误；核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，X是中子，B正确；这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C正确；我国大亚湾核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，D错误。三、非选择题(本题共6小题，共56分)12．(6分)放射性元素eq\o\al(\s\up1(210),\s\do1(84))Po衰变为eq\o\al(\s\up1(206),\s\do1(82))Pb，此衰变过程的核反应方程是________________；用此衰变过程中发出的射线轰击eq\o\al(\s\up1(19),\s\do1(9))F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________________。解析：根据核反应中的质量数、电荷数守恒规律，可以求出新生射线为eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，另一粒子为eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H。方程式中一定要使用箭头，不能用等号。答案：2eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(84))Po→eq\o\al(\s\up1(206),\s\do1(82))Pb＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))Heeq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(19),\s\do1(9))F→eq\o\al(\s\up1(22),\s\do1(10))Ne＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H13．(6分)氘核和氚核可发生核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋X，式中X是某种粒子。已知：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He和粒子X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝eq\f(931.5MeV,c2)，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子X是______，该反应释放出的能量为______MeV(结果保留3位有效数字)。解析：根据质量数和电荷数守恒可得X是eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(或中子)。核反应中的质量亏损为Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u所以该反应释放出的能量为ΔE＝Δmc2≈17.6MeV。答案：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(或中子)17.614．(10分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2kg铀238。(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))知剩余的铀238质量为m＝2×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))kg＝1kg；在此45亿年中将有1kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m′＝eq\f(206,238)(m0－m)，则m′＝eq\f(206,238)kg≈0.866kg，即矿石中含有铅0.866kg。(2)设此矿石中铀238原来的质量为m0，此矿石的年龄为t，则现在剩余的铀238为m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，那么在时间t内发生了衰变的铀238为m0－m＝，设铅206的质量为mx，则eq\f(238,m0－m)＝eq\f(206,mx)，即mx＝eq\f(206,238)，所以现在矿石中的铀、铅含量之比为，解得t＝2τ＝90亿年。答案：(1)1kg0.866kg(2)90亿年15．(10分)三个α粒子结合成一个eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C，已知碳原子的质量为12.0000u，氦原子的质量为4.0026u。(1u＝1.66×10－27kg)(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?解析：(1)3eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C；(2)Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078uΔm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.2948×10－29kgΔE＝Δmc2≈1.165×10－12J；(3)ΔE＝eq\f(1.165×10－12,1.6×10－19)eV≈7.28×106eV＝7.28MeV。答案：(1)3eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C(2)1.165×10－12J(3)7.28MeV16．(12分)eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665u。(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s?解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝