新教材2025版高中物理第五章原子核单元素养评价新人教版选择性必修第三册

单元素养评价(五)原子核(时间：75分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．每小题只有一个选项符合题目要求)1．太阳不断地向外辐射能量，中心温度仍能达到1.5×107K，其主要缘由是太阳内部进行着猛烈的()A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应2．一个放射性元素的原子核，发生一次α衰变，它的()A．质子数削减2，中子数不变B．质子数增加2，中子数不变C．质子数增加2，中子数增加2D．质子数削减2，中子数削减23．镉棒在核反应堆中的作用是()A．使快中子变慢中子B．使慢中子变快中子C．使反应速度加快D．限制反应速度4．下列说法正确的是()A．电子、质子和中子是组成物质的不行再分的最基本的粒子B．最早发觉的轻子是电子，最早发觉的强子是中子C．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位5．2024年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)在7000万℃的高温下实现1056s的长脉冲高参数等离子体运行．若某次聚变反应是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为()A．(4mp－mα－me)c2B．(4mp－mα－2me)c2C．(4mp＋mα－me)c2D．(4mp＋mα－2me)c26．核电池又称“放射性同位素电池”，利用衰变放出的射线能量转变为电能而制成．科学家利用eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm→eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm＋X反应制成核电池，已知eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm的半衰期约为2.6年，eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm、eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm原子核及X粒子的质量分别为m1、m2、m，真空中的光速为c，则()A．射线粒子X的符号是eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eB．5.2年后全部eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核均已衰变C．每个eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核衰变放出的能量为(m1－m2－m)c2D．单位时间内该电池因衰变而放出的核能始终保持不变7．2024年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)取得新突破，胜利实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创建托卡马克试验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步．等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态．当物质处于气态时，假如温度进一步上升，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体．在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和全部恒星都是等离子体．下列说法不正确的是()A.核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能B．可以用磁场来约束等离子体C．尽管等离子体整体是电中性，但它是电的良导体D．提高托卡马克试验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8．下列关于核反应的说法中正确的是()A．核电站是利用重核裂变产生的能量，所以重核裂变平均核子放出的能量要比轻核聚变平均核子放出的能量多B．轻核聚变产生的废料具有放射性，为了防止核污染应用水泥包袱深埋海底C．随着科技的发展，将来可能实现汽车不再烧油，而改烧海水D．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应9．钍eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa＋X，钍的半衰期为24天，则下列说法中正确的是()A．X为质子B．X为电子C．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的D．1g钍eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th经过120天后还剩0.3125g10．原来静止的质量为m1的原子核eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X处在匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，其速度方向垂直于磁场，动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，质子、中子质量视为相等，则下列说法正确的是()A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为eq\f(A－4,2（Z－2）)B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为eq\f(Z－2,2)C．此衰变过程中的质量亏损为m2＋m3－m1D．此衰变过程中释放的核能为eq\f(AE0,A－4)三、非选择题(本题共5小题，共54分)11.(6分)自然界里放射性核元素并非一次衰变就达到稳定，而是发生一系列连续的衰变，直到稳定的核元素而终止，这就是级联衰变．某个钍系的级联衰变过程如图(N轴表示中子数，Z轴表示质子数)，图中Pb→Bi的衰变是________衰变，从eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th到eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb共发生________次α衰变．12．(10分)在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．13．(10分)正电子放射计算机断层扫描(Positronemissiontomography，简称PET)是一种核医学成像技术，它的基本原理是将放射性同位素氟­18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)注入人体，参加人体的代谢过程．氟­18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清楚的图像(如图甲)，依据PET原理，回答下列问题：(1)写出氟­18的衰变的方程式及正、负电子发生湮灭的方程式．(2)依据氟­18的衰变规律(如图乙)(纵坐标eq\f(N,N0)表示随意时刻放射性元素的原子数与t＝0时的原子数之比)，氟­18的半衰期为多长时间？经过5小时人体内氟­18的残留量是初始时的百分之几？14．(12分)现在的核电站广泛采纳的核反应方程之一是：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(143),\s\do1(60))Nd＋Zr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋8eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o(v,\s\up6(－))(1)核反应方程中的eq\o(v,\s\up6(－))是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数．(2)已知铀(U)核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，钕(Nd)核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u；又知1u＝1.6606×10－27kg.试计算1kg铀235大约能产生的能量是多少？15.(16分)一个静止的铀核eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(92))U放出一个α粒子后衰变成钍核Th.(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)图中的轨迹哪个是α粒子，哪个是钍核Th，并求出α粒子与钍核运动半径的比；(3)若释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，已知α粒子的动能为E0，则在此衰变过程中释放的能量为多少？单元素养评价(五)1．解析：太阳内部进行着猛烈的热核反应，故选项D正确．答案：D2．解析：依据原子核衰变时电荷数和质量数都守恒可知，发生一次α衰变，原子核的质子数削减2、中子数削减2，D正确．答案：D3．解析：在核反应堆中慢化剂的作用是使快中子变为慢中子，镉汲取中子的实力很强，镉棒在核反应堆中的作用是限制反应速度，D正确．答案：D4．解析：由于质子、中子本身也有自己的困难的结构，故它们不是组成物质的不行再分的最基本的粒子，A错误；最早发觉的强子是质子，最早发觉的轻子是电子，B错误；τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，C错误；不同夸克带的电荷不同，分别为＋eq\f(2,3)e和－eq\f(e,3)，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，D正确．答案：D5．解析：核聚变方程为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，依据质能方程，可知核反应释放的能量ΔE＝(4mp－mα－2me)c2，故选B.答案：B6．解析：依据核反应过程电荷数和质量数守恒可知射线粒子X的符号是0－1e，故A错误；5.2年后经过了2个半衰期，所以有eq\f(3,4)eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核已衰变，故B错误；由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可得，每个eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1())61Pm原子核衰变放出的能量为(m1－m2－m)c2，故C正确；由能量守恒定律可知核电池衰变后，单位时间内该电池因衰变而放出的核能会渐渐减小，故D错误．答案：C7．解析：核聚变释放的能量源于来自于原子核的质量亏损，A错误；带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确；等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确；提高托卡马克试验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确．本题选择错误的，选A.答案：A8．解析：目前核电站是利用重核裂变，其主要缘由是裂变反应可以限制，且放出的能量比化石燃料要多许多，但与轻核聚变相比较，轻核聚变平均每个核子放出的能量要比重核裂变平均每个核子放出的能量大3～4倍，所以A错误；轻核聚变反应产生的放射性废料少，处理起来比较简单，而重核裂变反应产生的废料须要装入特制的容器，深埋地下，所以B错误；轻核聚变的主要燃料氘在海水中含量丰富，每升海水中含有0.03g氘，随着科技的发展，一旦轻核聚变反应可限制，我们的汽车可以干脆利用海水中的氘资源，所以C正确；轻核聚变反应须要轻核之间的距离达到10－15m以内，须要克服库仑斥力，所以原子核必需有足够的动能，氢弹利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应，所以D正确．答案：CD9．解析：依据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误，B正确；发生β衰变时释放的电子是由钍核内一个中子转化成一个质子时产生的，故C正确；钍的半衰期为24天，经过120天即经过5个半衰期，故1g钍eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th经过120天后还剩0.03125g，故D错误．答案：BC10．解析：依据电荷数守恒和质量数守恒，核衰变反应方程为eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(A－4),\s\do1(Z－2))Y，依据周期公式T＝eq\f(2πm,qB)，得周期之比为eq\f(TY,Tα)＝eq\f(mY,qY)∶eq\f(mα,qα)＝eq\f(A－4,Z－2)·eq\f(2,4)＝eq\f(A－4,2（Z－2）)，故A正确；依据半径公式r＝eq\f(mv,qB)，又mv＝p(动量)，则得：r＝eq\f(p,qB)①，在衰变过程中遵守动量守恒定律，依据动量守恒定律得：0＝pY－pα，则pY＝pα②，由①②得：半径之比为eq\f(rY,rα)＝eq\f(qα,qY)＝eq\f(2,Z－2)，故B错误；该过程质量亏损Δm＝m1－(m2＋m3)，故C错误；由Ek＝eq\f(p2,2m)知Y核的动能EkY＝eq\f(4E0,A－4)，则释放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝eq\f(AE0,A－4)，故D正确．答案：AD11．解析：由N­Z图像可知，Pb、Bi的核子数(质量数212)相等，但Pb的质子数比Bi少1，因此Pb→Bi的衰变是β衰变．每发生一次α衰变，其质量数削减4，质子数将少2，由题图可知从90232Th到答案：β612．解析：A和B的反应生成物里都有电子，属于β衰变；C的反应生成物里有α粒子，是α衰变；裂变是重核裂变成轻核，属于裂变的是E；聚变是轻核生成重核，属于聚变的是F.答案：CA、BEF13．解析：(1)依据质量数与质子数守恒，则有氟­18的衰变方程：eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e正、负电子湮灭方程：eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ.(2)氟­18的半衰期为：T＝100min当t＝5×60min＝300min时，由N＝N0(eq\f(1,2))eq\s\up6(\f(t,T))可得：eq\f(N,N0)＝12.5%.答案：(1)eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eeq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ(2)100min12.5%14．解析：(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8