人教版(新教材)高中物理选择性必修3第五章 原子核章末测评验收卷(四)

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1章末测评验收卷(四)(时间：75分钟满分：100分)一、单项选择题(共10个小题，每小题3分，共30分)1.下列关于近代物理知识的说法正确的是()A.所有元素都可能发生衰变B.太阳辐射的能量来自太阳内部的核裂变反应C.可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测D.β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流〖答案〗C〖解析〗有些元素的原子核不稳定，可以自发地发生衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A错误；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，B错误；γ射线的穿透本领强，所以可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测，C正确；β射线为原子核内的中子转化为质子时形成的电子流，D错误。2.下列关于原子和原子核的说法正确的是()A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B.玻尔的原子结构理论的假设之一是原子能量的量子化C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D.平均结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固〖答案〗B〖解析〗β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，选项A错误；玻尔的原子结构理论的基本假设是轨道、能量都是量子化的，选项B正确；半衰期由原子核的内部因素决定，跟原子的化学状态、温度、压强等因素均无关，选项C错误；平均结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项D错误。3.下列与α粒子相关的说法中正确的是()A.天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强B.eq\o\al(238,92)U(铀238)核放出一个α粒子后就变为eq\o\al(234,90)Th(钍234)核C.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(1,0)nD.丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型〖答案〗B〖解析〗α粒子的速度是eq\f(c,10)，穿透能力较弱，A错误；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知，B正确，C错误；D项中的物理学家应是卢瑟福，D错误。4.下面列出的是一些核反应方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋Y，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋Z，其中()A.X是正电子，Y是中子，Z是质子B.X是质子，Y是中子，Z是正电子C.X是正电子，Y是质子，Z是中子D.X是中子，Y是正电子，Z是质子〖答案〗A〖解析〗根据电荷数守恒、质量数守恒，知X的电荷数为1，质量数为0，为正电子；Y的电荷数为0，质量数为1，为中子；Z的电荷数为1，质量数为1，为质子。故A正确，B、C、D错误。5.(2021·荆州市江陵中学高二期中)有四个核反应方程如下：①eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(138,54)Xe＋3x1②eq\o\al(2,1)H＋x2→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋x3④eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(27,13)Al＋x4下列说法正确的是()A.①是核裂变 B.x2为eq\o\al(3,1)HC.③是人工核反应 D.x4为中子〖答案〗A〖解析〗①是重核裂变，A正确；据电荷数、质量数守恒可知，x2为eq\o\al(2,1)H，B错误；③中的x3是eq\o\al(4,2)He，故③是α衰变，C错误；据电荷数、质量数守恒可知，x4为质子，D错误。6.(2021·江苏南京一中月考)关于核反应方程，下列说法中错误的是()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变反应B.铀核裂变的核反应为eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC.在衰变方程eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ中，X原子核的质量数是235D.卢瑟福发现质子的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H〖答案〗B〖解析〗eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变反应，A正确；铀核裂变的核反应需要中子的参与，B错误；根据质量数守恒得，X原子核的质量数是235，C正确；卢瑟福发现质子的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，D正确。7.(2021·河南濮阳一高开学考)太阳就是一个巨大的热核反应堆，它不断地“燃烧”自己，放出能量，减轻“体重”。已知太阳的总输出功率约为3.8×1026W，光速为3×108m/s，试估算太阳每秒发生质量亏损的数量级为()A.106kg B.109kgC.1012kg D.1015kg〖答案〗B〖解析〗由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒太阳的质量亏损为Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3×108))2)kg＝4.2×109kg故B正确，A、C、D错误。8.(2021·江门市二中开学考)关于原子核下列说法正确的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n属于核裂变B.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e属于α衰变C.由方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,53)I＋eq\o\al(95,39)Y＋2eq\o\al(1,0)n可知eq\o\al(235,92)U可以衰变为eq\o\al(139,53)I和eq\o\al(95,39)YD.一个eq\o\al(238,92)U原子核衰变为一个eq\o\al(206,82)Pb原子核的过程中，发生6次β衰变〖答案〗D〖解析〗A项的反应属于核聚变，A错误；B项的反应属于β衰变，B错误；C项的反应属于重核裂变，C错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，判断D项发生8次α衰变和6次β衰变，D正确。9.(2021·福建龙岩市高二检测)2020年11月27日0时41分，华龙一号核电5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。华龙一号发电机利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是()A.裂变后粒子的总核子数减少B.X原子核中含有85个中子C.裂变过程中释放核能是因为新核的结合能小D.裂变过程中释放核能是因为新核的比结合能小〖答案〗B〖解析〗核反应过程质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，选项A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则有eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(92＝x＋38,235＋1＝y＋95＋1×2))解得eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x＝54,y＝139))，则X原子核中含有中子数为y－x＝85，选项B正确；裂变释放核能是因为新核的比结合能大于原来重核的比结核能，选项C、D错误。10.14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量。下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是()〖答案〗C〖解析〗由公式m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)可知14C的衰变规律应为选项C所示图像。二、多项选择题(共4小题，每小题5分，共20分)11.烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素eq\o\al(241,95)Am来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，eq\o\al(241,95)Am会释放出射线将它们电离，从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内。烟尘中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报。则下列说法正确的是()A.eq\o\al(241,95)Am发出的是α射线B.eq\o\al(241,95)Am发出的是β射线C.eq\o\al(241,95)Am发出的是γ射线D.0.2mg的eq\o\al(241,95)Am经864年将衰变掉0.15mg〖答案〗AD〖解析〗eq\o\al(241,95)Am会释放出射线将空气电离，从而使电路中产生电流，则eq\o\al(241,95)Am发出的是α射线，选项A正确，B、C错误；0.2mg的eq\a\vs4\al(eq\o\al(241,95)Am)经864年(2个半衰期)将衰变掉0.15mg，选项D正确。12.(2021·赤峰二中高二月考)对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是()A.物体获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值B.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系C.根据ΔE＝Δm·c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量D.根据ΔE＝Δm·c2可以计算核反应中释放的核能〖答案〗AD〖解析〗根据ΔE＝Δm·c2知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定的值，故A正确；根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δm·c2，不是指质量和能量可以相互转化，故C错误；公式ΔE＝Δmc2中，Δm是亏损质量，ΔE是释放的核能，故D正确。13.(2021·浙江选考模拟)“氦－3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量约0.0150%的“重水”(普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代)，使两个氘核通过反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n发生聚变产生“氦－3”，已知氘核的质量是3.3436×10－27kg，“氦－3”的质量是5.0064×10－27kg，中子的质量是1.6749×10－27kg，19g“重水”含有的氘核数目为6.02×1023个，若一天内“烧”掉1L普通水中的所有氘核，则()A.发生聚变反应后比结合能减小B.聚变反应前后能量不守恒C.两个氘核聚变后释放的能量约为3.3MeVD.所有氘核聚变后可获得约14.5kW的平均功率〖答案〗CD〖解析〗裂变或者聚变都放出能量，故产物的比结合能比原来的原子核比结合能大，故A错误；自然界任何反应前后能量都是守恒的，故B错误；由E＝Δmc2可得，反应过程放出的能量为E0＝(2×3.3436×10－27－5.0064×10－27－1.6749×10－27)×(3×108)2J＝3.3MeV，故C正确；“烧”掉1L普通水中所有氘核放出的能量为E＝eq\f(1000,19)×0.015%×6.02×1023×eq\f(3.3,2)MeV＝1.25×109J，故功率为P＝eq\f(E,t)＝eq\f(1.25×109,24×3600)W＝14.5kW，故D正确。14.一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹如图所示。若两圆半径之比为44∶1，则()A.发生的是α衰变B.轨迹2是反冲核的径迹C.反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动D.该放射性元素的原子序数是90〖答案〗BC〖解析〗由动量守恒可知m1v1＝m2v2，而R＝eq\f(mv,qB)，故q1BR1＝q2BR2；可见半径越小，则q越大，故轨迹1是放出粒子的径迹，轨迹2是反冲核的径迹，故选项B正确；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度方向向下，则放出的粒子速度方向向上，由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生β衰变，故选项A错误，C正确；由q1R1＝q2R2及β衰变公式可知，放射性元素的原子序数为43，选项D错误。三、填空题(共2小题，每小题6分，共12分)15.(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了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56〖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；由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25mg＝4mg×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,14)，知t＝56天。16.(6分)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〗中子核裂变〖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，核电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。四、解答题(共4个小题，17题8分，18、19、20题各10分，共38分)17.(2021·保山市智源中学高二期末)一个锂核(eq\o\al(7,3)Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子。已知质子的质量是1.6726×10－27kg，锂核的质量是11.6505×10－27kg，氦核的质量是6.6466×10－27kg。(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量。〖答案〗(1)eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)2.691×10－12J〖解析〗(1)根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，有eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He。(2)核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.6505×10－27＋1.6726×10－27－2×6.6466×10－27)kg＝2.99×10－29kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2J＝2.691×10－12J。18.(2021·江苏星海实验中学高二期中)已知氘核(eq\o\al(2,1)H)质量为2.0136u，中子(eq\o\al(1,0)n)质量为1.0087u，氦核(eq\o\al(3,2)He)质量为3.0150u，1u相当于931.5MeV。(1)写出两个氘核聚变成eq\o\al(3,2)He的核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能(保留3位有效数字)；(3)若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为新核的动能，则反应后生成的氦核(eq\o\al(3,2)He)动能大小是多少？〖答案〗(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)3.26MeV(3)0.99MeV〖解析〗(1)核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV可知释放的核能ΔE＝(2×2.0136－3.0150－1.0087)×931.5MeV＝3.26MeV。(3)碰撞的过程中满足动量守恒，因此mHev1＋mnv2＝0又由于能量守恒可知eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,2)＝ΔE＋2Ek整理得氦核(eq\o\al(3,2)He)动能大小为eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,4)(ΔE＋2Ek)＝0.99MeV。19.(2021·岢岚县中学高二月考)一个静止在匀强磁场中的eq\o\al(226,88)Ra(镭核)，发生α衰变后转变为氡核(元素符号为Rn)。已知衰变中释放出的α粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直。设镭核、氡核和α粒子的质量依次是m1、m2、m3，衰变释放的核能都转化为氡核和α粒子的动能，真空中的光速为c。(1)写出衰变方程；(2)求氡核和α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径的比值；(3)求氡核的动能Ek。〖答案〗(1)eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(1,43)(3)eq\f(（m1－m2－m3）m3c2,m2＋m3)〖解析〗(1)由质量数和电荷数守恒得衰变方程为eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He。(2)根据qvB＝meq\f(v2,r)得r＝eq\f(mv,qB)两个粒子动量等大，由半径公式r＝eq\f(mv,qB)知r∝eq\f(1,q)得eq\