全优课堂·物理·选择性必修第三册(人教版) 课后提升训练 试题及答案 第5章

第五章1基础对点练考点1天然放射现象及三种射线1．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，然后在L和计数器之间加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是()A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源C．α和γ的混合放射源 D．纯γ放射源【答案】C【解析】因为α粒子的穿透性较差，一张白纸就能把它挡住，不能穿过铝板，而γ粒子穿透性很强可以穿过铝板，但γ粒子不带电，垂直进入磁场后无力的作用，所以C正确．2．(多选)近几年来，我国北京、上海、山东等地引进了十多台γ刀，治疗患者5000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无须住院，因而γ刀被誉为“神刀”．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用()A．γ射线对正常细胞无伤害作用B．γ射线的穿透能力很强C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置【答案】BC【解析】γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，但其对正常的细胞不是没有伤害作用，A错误，B、C正确，γ射线波长很短，衍射能力也很差，D错误．3．如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A．①表示γ射线，③表示α射线 B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线 D．⑤表示β射线，⑥表示α射线【答案】C【解析】γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D错误；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C正确．4．(2023年驻马店检测)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，放射源能放出α、β、γ三种射线，两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极连接．放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，下列说法正确的是()A．到达A板的射线穿透能力最强B．到达B板的射线穿透能力最强C．到达A板的射线为β射线，是原子核内的中子转化为质子时放出的D．到达B板的射线电离本领最强，可以用于治疗肿瘤【答案】C【解析】由图可知A板带正电，B板带负电，由于α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，故打在A板上的是β射线，打在B板上的是α射线，不发生弯曲的是γ射线，其中γ射线的穿透能力最强，可用于治疗肿瘤，A、B、D错误；到达A板的射线为β射线，由电子组成，是原子核内的中子转化为质子时放出的，C正确．5．下列现象中，属于原子核变化的是()A．光电效应 B．天然放射现象C．α粒子散射 D．阴极射线在磁场中发生偏转【答案】B【解析】光电效应是光照射到金属表面产生光电子的现象，和原子核变化无关，A错误；天然放射现象中放射出的三种射线均来自于原子核，属于原子核变化，B正确；α粒子散射实验是用α粒子轰击金属箔来研究原子结构，与原子核变化无关，C错误；阴极射线在磁场中发生偏转，是因为受到了洛伦兹力，与原子核变化无关，D错误．考点2原子核的组成6．复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料—黑磷，并成功制备了半导体测试材料．已知黑磷是有黑色金属光泽的半导体，是白磷在很高压强和较高温度下转化形成的．图为黑磷的微观结构，下列说法正确的是()A．黑磷是晶体材料B．黑磷和白磷是同位素C．黑磷没有固定的熔点D．黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散【答案】A【解析】黑磷的微观结构呈现规则排列，具有空间上的周期性，属于晶体材料，因而具有固定的熔点，A正确，C错误；质子数(即原子序数)相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑鳞属于同素异形体，不属于同位素，B错误；黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，D错误．7．一个eq\o\al(234,91)Pa原子核内的质子数、中子数、核子数分别为()A．91个，91个，234个 B．143个，91个，234个C．91个，143个，234个 D．234个，91个，143个【答案】C【解析】原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．eq\o\al(234,91)Pa的原子序数为91，即质子数为91，核子数为234，中子数等于核子数减去质子数，即为234－91＝143，C正确，A、B、D错误．8．以下说法正确的是()A．eq\o\al(234,90)Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B．eq\o\al(9,4)Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数【答案】D【解析】钍核的质量数为234，质子数为90，A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，B错误；同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确．9．(多选)下列说法正确的是()A．eq\o\al(n,m)X与nm－1Y互为同位素 B．eq\o\al(n,m)X与n－1mY互为同位素C．nmX与n－2m－2Y中子数相同 D．eq\o\al(235,92)U核内有92个质子，235个中子【答案】BC【解析】X核与Y核的质子数不同，不能互为同位素，A错误；质子数都为m，而质量数不同，则中子数不同，所以互为同位素，B正确；X核内中子数为n－m，Y核内中子数为n－m，所以中子数相同，C正确；eq\o\al(235,92)U内有143个中子，而不是235个中子，D错误．10.eq\o\al(228,88)Ra是镭eq\o\al(226,88)Ra的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法正确的是()A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的质子数D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质【答案】A【解析】eq\o\al(228,88)Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，eq\o\al(226,88)Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为226，两者具有相同的质子数和不同的质量数，A正确，C错误；eq\o\al(228,88)Ra的原子序数为88，中子数为228－88＝140，eq\o\al(226,88)Ra的原子序数为88，中子数为226－88＝138，两者具有不同的中子数和相同的原子序数，B错误；原子的核外电子数目与核内质子数目相等，而核外电子数目决定了原子的化学性质，两者质子数相等，则具有相同的核外电子数与化学性质，D错误．综合提升练11．茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁．现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？(2)余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图．(画在题图上)(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从α、β和γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)解：(1)由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．(2)如图所示．(3)α粒子和电子在磁场中偏转，据R＝eq\f(mv,Bq)，对α射线R1＝eq\f(mαvα,Bqα)，对β射线R2＝eq\f(meve,Bqe)，故eq\f(R1,R2)＝eq\f(mαvαqe,meveqα)＝400.α射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．12．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x.(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小．(2)氢的三种同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H从离子源S出发，则到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？解：(1)离子在电场中被加速时，由动能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB＝eq\f(mv2,r)，又x＝2r，由以上三式得x＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q)).(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，xH∶xD∶xT＝eq\r(mH)∶eq\r(mD)∶eq\r(mT)＝1∶eq\r(2)∶eq\r(3).第五章2基础对点练考点1原子核的衰变1．放射性元素发生衰变时，可放出γ光子，这种光子是()A．原子的外层电子受到激发后产生的B．原子的内层电子受到激发后产生的C．发生衰变的原子核产生的D．衰变后的新核产生的【答案】C【解析】γ射线是处于激发状态的原子核放射的，并不是原子内层电子受到激发时产生的；红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受到激发后产生的，对于X射线则是原子内层电子受到激发后产生的，故选C．2．下列表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)发生β衰变的方程是()A．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)n D．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H【答案】B【解析】A选项不是β衰变过程，A错误；β衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合β衰变的特点．3．核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5000年．燃料中钚(eq\o\al(238,94)Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：①用氘核(eq\o\al(2,1)D)轰击铀(eq\o\al(238,92)U)生成(eq\o\al(238,93)Np)和两个相同的粒子X，核反应方程是eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(2,1)D→eq\o\al(238,93)Np＋2X；②镎(eq\o\al(238,93)Np)放出一个粒子Y后转变成(eq\o\al(238,94)Pu)，核反应方程是eq\o\al(238,93)Np→eq\o\al(238,94)Pu＋Y，则X粒子和Y粒子是()A．中子，电子 B．质子，电子C．正电子，质子 D．正电子，电子【答案】A【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X是中子；Y的质量数为0，电荷数为－1，则Y为电子，故选A．4．(多选)天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成eq\o\al(208,82)Pb(铅).下列论断中正确的是()A．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B．铅核比钍核少8个质子C．β衰变所放出的电子来自原子核外轨道D．钍核比铅核多24个中子【答案】AB【解析】由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为x＝eq\f(232－208,4)＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，所以A、B正确．考点2半衰期5．(2023年镇江开学考)“玉兔二号”携带由钚238制成的核电池，钚238衰变的半衰期约为88年，一个由质量为m的钚238制成的核电池，钚238质量减少到eq\f(m,4)，经历的时间为()A．22年 B．44年C．88年 D．176年【答案】D【解析】由半衰期公式可得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(t,T))，解得t＝176年，故D正确．6．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若有4kg氡原子核，经过7.6天后就只剩下1kg氡原子核B．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过7.6天后就只剩下1个氡原子核C．放射性元素发生β衰变时释放的电子是原子核外电子电离产生的高速电子D．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性【答案】AD【解析】氡的半衰期是3.8天，若有4kg氡原子核，则经过7.6天，即两个半衰期，氡只剩下1kg，故A正确；放射性元素的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，故B错误；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转变为质子和电子，电子释放出来，故C错误；放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故D正确．7．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增大样品测量环境的压强将加速14C的衰变【答案】AC【解析】古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5700年，A正确．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，B错误.14C的衰变方程为eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e，所以此衰变过程放出β射线，C正确．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D错误．8．(2024年长沙适应考试)14C尿素呼气试验是现在医院检测病人有没有感染幽门螺杆菌(Hp)的重要手段之一．病人服用的被碳14标记的药物，会在幽门螺杆菌分泌物的作用下转变成被碳14标记的二氧化碳经呼吸作用排出．若检测过程中药物中的碳14在单位时间内衰变的次数为n，被碳14标记的二氧化碳会在病人服药1小时之后的7个小时内均匀排出，现采集病人服用药物2小时后在三分钟内呼出的气体．已知碳14的半衰期足够长，则采集到的病人呼出的气体中碳14在单位时间内衰变的次数约为()A．eq\f(n,70) B．eq\f(n,140)C．eq\f(n,800) D．eq\f(n,160)【答案】B【解析】三分钟排出的气体中碳14占碳14总量的eq\f(3,7×60)＝eq\f(1,140)，则这部分气体中碳14单位时间内衰变的次数约为eq\f(n,140).故选B．9．(2023年昆明阶段检测)居里夫人发现了元素钋，钋不稳定，能够发生α衰变，生成eq\o\al(206,82)Pb并辐射出γ光子，以下关于钋的衰变，说法正确的是()A．钋的质量数为84B．钋含有126个中子C．20g钋经过两个半衰期后，剩余物质的质量为5gD．衰变产生的α射线具有很强的穿透力【答案】B【解析】写出核反应方程mnPo→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(206,82)Pb＋γ，根据质量数守恒和电荷数守恒m＝4＋206＝210，n＝2＋82＝84，中子数为210－84＝126，A错误，B正确.20g钋经过一个半衰期后，剩余物质的质量为10g，再经过一个半衰期，剩余钋的质量为5g，但实际剩余物质的质量大于5g，C错误．α射线具有很强的电离能力，穿透能力很弱，D错误．10．完成衰变方程．(1)β衰变：eq\o\al(244,83)Bi→________＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋________eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________．(2)α衰变：eq\o\al(234,90)Th→________＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋________．(3)其中eq\o\al(234,90)Th衰变成eq\o\al(234,91)Pa的半衰期为1.2min，则64geq\o\al(234,90)Th经过6min还有________g未衰变．【答案】(1)、(2)见解析(3)2【解析】(1)eq\o\al(244,83)Bi→eq\o\al(244,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(230,88)Ra＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋eq\o\al(4,2)He.(3)由半衰期公式得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T半)，得m＝64×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(6,1.2))g＝2g．综合提升练11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，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r1、r2.下列说法正确的是()A．原子核可能发生的是α衰变，也可能发生的是β衰变B．径迹2可能是衰变后新核的径迹C．若是α衰变，则1和2的径迹均是逆时针方向D．若衰变方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45【答案】D【解析】原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知，若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，故发生的是α衰变，而不是β衰变；若是α衰变，生成的两粒子电性相同，图示由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动，故A、C错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,Bq)，由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹，且r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确，B错误．12．如图所示为某种放射性元素的衰变规律(纵坐标eq\f(n,n0)表示任意时刻放射性元素的原子数与t＝0时的原子数之比)，求：(1)该放射性元素的半衰期(一个月按30天计算)；(2)在从某古迹中发掘出来的木材中，所含eq\o\al(14,6)C的比例是正在生长的植物中的80%，放射性eq\o\al(14,6)C的半衰期约为5700年，根据图像可以推算，该古迹距今约多少年？解：(1)原子核有半数衰变所需要的时间为半衰期，根据图像可知，当eq\f(n,n0)＝0.5时，对应的时间为半衰期，该放射性元素的半衰期是6个月，即为180天．(2)分析图像可知，当eq\f(n,n0)＝0.8时，对应的时间为eq\f(1,3)个半衰期，eq\o\al(14,6)C的半衰期是5700年，该古迹距今约1900年．第五章3基础对点练考点1核力与四种基本相互作用1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的顺序是()A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力【答案】D【解析】核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，D正确．2．(多选)对核力的认识，下列说法正确的是()A．任何核子之间均存在核力B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用C．核力只存在于质子之间D．核力是原子核能稳定存在而不“分崩离析”的原因【答案】BD【解析】中子和质子统称为核子，相邻近的质子和中子之间都存在核力，核力平衡了原子核内质子间的库仑力，使原子核能稳定存在．核力还具有饱和性，每个核子只跟邻近的核子发生作用，A、C错误，B、D正确．3．(多选)关于核力，下列说法正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程强相互作用【答案】CD【解析】核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围约1.5×10-15m，原子核的半径数量级为10-15m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因．故选C、D．考点2结合能和质量亏损4．已知中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氦核(eq\o\al(4,2)He)的质量是4.0026u，1u的质量对应的核能为931.5MeV.则氦核的比结合能约为()A．3.4MeV B．6.8MeVC．13.5MeV D．27MeV【答案】B【解析】核子结合成原子核的过程中，质量亏损为Δm＝1.0087u×2＋1.0073u×2－4.0026u＝0.0294u，所以比结合能为eq\x\to(ΔE)＝eq\f(1,4)×Δm×931.5MeV＝6.8465MeV，B正确．5．科学家利用加速器成功合成了第118号元素eq\o\al(297,118)Og.Og很不稳定，其半衰期只有12ms，Og原子核先放出n个相同粒子X，再经过3次α衰变变成eq\o\al(282,112)Cp.关于上述核反应的说法正确的是()A．n＝3B．X粒子是质子C．eq\o\al(297,118)Og中含有118个中子D．10个Og原子核经过12ms后一定有5个发生衰变【答案】A【解析】根据题意，由α衰变原理可知，经过3次α衰变，质量数减少12，电荷数减小6，由质量数守恒和电荷数守恒可知，n个相同粒子X共有质量数为A＝297－282－12＝3；电荷数为Z＝118－112－6＝0，可知X粒子是中子，且n＝3，B错误，A正确；eq\o\al(297,118)Og中含有的中子数为n＝297－118＝179，C错误；半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少量放射性原子核不适用，D错误．6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD，现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()A．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E] B．eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2＋E]C．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E] D．eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2－E]【答案】C【解析】核反应因质量亏损释放的核能ΔE＝(mD－mp－mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有Ek＝eq\f(ΔE＋E,2)，C正确．7．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是()A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的结合能小于铅原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的结合能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【答案】ABC【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，D错误．8．一静止的原子核anX发生α衰变，变成另一个新的原子核Y，衰变后测得α粒子的速率为v，已知α粒子的质量为m0，原子核Y的质量为M，下列说法正确的是()A．原子核Y的符号表示为a－m0n－2YB．anX的比结合能一定大于Y核的比结合能C．原子核Y的速率为eq\f(m0v,M)D．原子核衰变过程中释放的核能为eq\f(1,2)m0v2【答案】C【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，原子核Y的符号表示为eq\o\al(a-4,n－2)Y，A错误；因反应放出核能，故anX的比结合能小于Y核的比结合能，B错误；根据动量守恒定律可得m0v＝Mv′，解得v′＝eq\f(m0v,M)，C正确；根据上述可知，因原子核Y有速度，也有动能，故衰变过程中释放的核能大于eq\f(1,2)m0v2，D错误．9．(2023年全国卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献．由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J．假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s)()A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034kg【答案】C【解析】根据质能方程E＝mc2可知，则每秒钟平均减少的质量为Δm＝eq\f(E0,60c2)＝eq\f(1048,60×(3×108)2)kg＝eq\f(1030,5.4)kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029kg，C正确．10．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零【答案】AD【解析】氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2MeV，A正确；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2MeV，D正确，B、C错误．综合提升练11．(2024年邓州期末)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如eq\o\al(16,8)O的核子平均结合能约为8MeV，eq\o\al(4,2)He的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法不正确的是()A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小B．eq\o\al(56,26)Fe核的平均结合能最大，最稳定C．把eq\o\al(16,8)O分成8个质子和8个中子比把eq\o\al(16,8)O分成4个eq\o\al(4,2)He要多提供约16MeV的能量D．把eq\o\al(16,8)O分成4个eq\o\al(4,2)He要提供约16MeV的能量【答案】C【解析】由图像可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，A正确；由图像可知，eq\o\al(56,26)Fe核的平均结合能最大，原子核最稳定，B正确；把eq\o\al(16,8)O分成8个质子和8个中子需要提供的能量约为ΔE1＝16×8MeV＝128MeV，将质子和中子结合成一个eq\o\al(4,2)He所放出的能量约为ΔE2＝4×7MeV＝28MeV，则eq\o\al(16,8)O将分为4个eq\o\al(4,2)He需要提供的能量约为ΔE3＝ΔE1－4×ΔE2＝(128－4×28)MeV＝16MeV，故要多提供的能量约为ΔE1－ΔE3＝(128－16)MeV＝112MeV，C错误；D正确．本题选错误的，故选C．12.eq\o\al(3,1)H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665u．1u相当于931.5MeV的能量，求：(计算结果保留三位有效数字)(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)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？解：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u，反应后新核的质量为mH＝3.016050u，质量亏损为Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u，因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．释放的核能为ΔE＝0.008557×931.5MeV≈7.97MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97MeV.它的比结合能为eq\f(ΔE,3)≈2.66MeV.(3)放出光子的频率为ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(7.97×106×1.6×10-19,6.63×10-34)Hz≈1.92×1021Hz.第五章4基础对点练考点1核裂变和核电站1．(2024年铜仁模拟)铀235(eq\o\al(235,92)U)裂变的产物是多样的，其中一种裂变的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,x)Ba＋eq\o\al(y,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，方程中的x、y分别是()A．53，89 B．56，86C．53，86 D．56，89【答案】D【解析】根据质量数与电荷数守恒有235＋1＝144＋y＋3，92＝x＋36，解得x＝56，y＝89，故选D．2．钚-239(eq\o\al(239,94)Pu)裂变释放出的快中子，被铀-238(eq\o\al(238,92)U)吸收，铀-238就转变为铀-239，铀-239再经过衰变转变为易裂变的钚-239，这就是核燃料的“增殖”过程．下列说法正确的是()A．钚-239裂变产生的新核核子平均质量比钚-239核子平均质量大B．铀-238吸收中子转变为铀-239的核反应方程为eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)UC．铀-239衰变转变为钚-239，同时释放一个α粒子D．轴-239衰变转变为钚-239，同时释放一个β粒子【答案】B【解析】钚-239裂变过程释放能量，有质量亏损，因此钚-239裂变产生的新核核子平均质量比钚-239核子平均质量小，A错误；根据质量数与电荷数守恒可知，铀-238吸收中子转变为成铀-239的核反应方程为eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(239,92)U，B正确；根据质量数、电荷数守恒可知，铀-239衰变转变为钚-239的过程有239－239＝0，92－94＝－2可知，该过程释放两个β粒子，C、D错误．3．华能石岛湾高温气冷堆核电站是我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站．核反应堆是核电站的心脏，它是通过可控链式核裂变反应来实现核能利用的．一个eq\o\al(235,92)U原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→yxSr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，下列说法正确的是()A．核反应方程中Sr的中子数为56B．核反应方程中Sr的质量数为92C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少D．因为裂变释放能量，Xe原子核的比结合能应比U原子核的小【答案】A【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可得235＋1＝y＋139＋3，92＝x＋54，解得y＝94，x＝38，所以核反应方程中Sr的中子数为z＝y－x＝56，A正确，B错误；核裂变释放能量，会出现质量亏损，但是总质量数不变，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，eq\o\al(235,92)U原子核裂变得到Xe原子核，说明Xe原子核比eq\o\al(235,92)U原子核稳定，即Xe原子核的比结合能应比eq\o\al(235,92)U原子核的大，D错误．4．(2024年北京质检)下列核反应中属于核裂变的是()A．eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e B．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(22,10)Ne＋eq\o\al(1,1)H D．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【答案】B【解析】eq\o\al(24,11)Na转变为eq\o\al(24,12)Mg，同时释放出一个电子，这是β衰变，不是核裂变，A不符合题意；eq\o\al(235,92)U核在中子的轰击下，裂变为较小的eq\o\al(140,54)Xe核和eq\o\al(94,38)Sr核，同时释放出两个中子，这是原子核的裂变，B符合题意；eq\o\al(19,9)F核在eq\o\al(4,2)He的轰击下转变为eq\o\al(22,10)Ne，同时释放出一个质子，这是人工转变原子核，不是核裂变，C不符合题意；D核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，D不符合题意．考点2核聚变和可控核聚变技术5．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.关于eq\o\al(3,2)He聚变，下列表述正确的是()A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用eq\o\al(3,2)He聚变反应发电【答案】B【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段．6．下列四个核反应方程，属于聚变的是()A．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H B．eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HC．eq\o\al(19,9)F＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(22,10)Ne＋eq\o\al(1,1)H D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n【答案】B【解析】A．该核反应是原子核的人工转变，A错误；B．该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，B正确；C．该核反应是高能粒子轰击原子核使之转变为另一种原子核，属于原子核的人工转变，C错误；D．该核反应是重核分裂成两个质量较小的原子核，属于裂变，D错误．7．(2024年烟台联考)中国科学家在人造太阳领域取得了重大突破，新一代人造太阳“中国环流三号”成功完成了一系列实验，并取得了重大科研进展，标志着我国掌握了可控核聚变高约束先进控制技术．若两个氘核对心碰撞发生核聚变，核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X.其中氘核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，下列说法中正确的是()A．X为质子B．该核反应前后核子的总质量相等C．该核反应释放的核能为3E2－4E1D．氦核的比结合能E2小于氘核的比结合能E1【答案】C【解析】根据核反应方程满足电荷数守恒和质量数守恒，可知X为eq\o\al(1,0)n，是中子，A错误；两个氘核对心碰撞发生核聚变，质量亏损释放核能，则反应前的总质量大于反应后的总质量，B错误；核反应释放核能等于生成物结合释放的能量与反应物拆开吸收能量之差，故有ΔE＝3E2－4E1，C正确；因氦核的结合释放的能量大于氘核拆开吸收的能量，则氦核的比结合能E2大于氘核的比结合能E1，D错误．8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．这个核反应是裂变反应B．这个反应的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)n＋γC．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．辐射出的γ光子在真空中的波长λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)【答案】D【解析】该核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋γ，该反应为聚变反应，A、B错误；根据爱因斯坦质能方程知，辐射的光子能量E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C错误；光子能量为E＝hν＝heq\f(c,λ)，则有λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)，D正确．9．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eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1①，eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2②，方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N质量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001则可以推断X是________，方程中Q1和Q2的大小关系是Q1________Q2.【答案】eq\o\al(4,2)He<【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为eq\o\al(4,2)He，①式质量亏损为Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u.②式的质量亏损为Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u，所以Δm2>Δm1，根据质能方程ΔE＝Δmc2，可求解Q2>Q1.综合提升练10．(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，eq\o\al(235,92)U是核电站常用的核燃料．eq\o\al(235,92)U受一个中子轰击后裂变成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr两部分，并产生______个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要______(填“大于”或“小于”)它的临界体积．(2)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.则α粒子的结合能为________.(计算结果保留两位有效数字).【答案】(1)3大于(2)4.3×10-12J【解析】(1)由eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n可知，会产生3个中子，要使裂变持续进行(链式反应)，物质的体积需要大于它的临界体积．(2)组成α粒子的核子与α粒子的质量差为Δm＝2mp＋2mn－mα，结合能ΔE＝Δmc2，代入数据得ΔE＝4.3×10-12J．11．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．求：(1)该聚变反应释放多少能量？(2)若1g氢完全聚变，能释放多少能量？(3)1g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的热值q＝3.36×107J/kg，氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u，电子的质量为0.000549u)解：(1)核反应方程为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008142u－4.001509u－2×0.000549u＝0.029961u，ΔE＝0.029961×931.5MeV＝27.91MeV＝4.47×10-12J.(2)1g氢完全聚变释放的能量为E＝eq\f(1,4)×6.02×1023×4.47×10-12J＝6.73×1011J.(3)相当于煤完全燃烧的质量为m＝eq\f(6.73×1011,3.36×107)kg＝2.00×104kg.第五章5基础对点练考点1发现微观粒子1．1932年，查德威克用eq\o\al(4,2)He轰击eq\o\al(9,4)Be发现了中子，自由中子是不稳定的，其衰变产物为质子、电子和反中微子，平均寿命不到15分钟．这被称为β衰变．下列说法正确的是()A．中子由质子和电子组成B．自由中子的衰变属于强相互作用过程C．发现中子的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nD．中子的存在有效地调节了质子间库仑斥力对原子核稳定的影响，故中子越多原子核一定越稳定【答案】C【解析】中子由夸克组成，A错误；自由中子的衰变属于弱相互作用过程，B错误；发现中子的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，C正确；中子的存在有效地调节了质子间库仑斥力对原子核稳定的影响，但中子过多会造成原子核不稳定，D错误．2．(多选)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图所示，其主要使命是探索宇宙中的反物质，所谓反物质，即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但符号相反．假设使一束质子、反质子、α粒子、反α粒子组成的射线OO′通过进入匀强磁场B2中形成四条径迹，则()A．1和2是反粒子径迹 B．3和4是反粒子径迹C．2为反质子径迹 D．4为α粒子径迹【答案】AD【解析】在磁场中，粒子做匀速圆周运动，正离子受力向右偏转，负离子向左偏转，故1、2是反粒子径迹，A正确，B错误；根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(m,q)，故质子与α粒子的半径之比为1∶2，即α粒子转弯半径大，故径迹1是反质子，2是反α粒子，3是质子，4是α粒子，D正确，C错误．3．(2024年银川月考)人类认识微观世界是逐步深入的，下列微观粒子按发现顺序从先到后正确的是()A．夸克、原子核、质子、原子 B．夸克、质子、原子核、原子C．原子、原子核、质子、夸克 D．质子、原子核、原子、夸克【答案】C【解析】人类认识微观世界是逐步深入的，下列微观粒子发现顺序从先到后是：原子、原子核、质子、夸克．故选C．考点2微观粒子的种类4正电子是电子的反粒子，它跟普通电子电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子．这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是()A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成【答案】B【解析】氢原子是由质子和电子构成，那么反氢原子也应由它们的反粒子构成，即反质子和反电子，B正确，A、C、D错误．5．(多选)关于粒子，下列说法正确的是()A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．质子、中子本身也是复合粒子，它们具有复杂的结构C．质子是带电的强子D．光子是希格斯玻色子【答案】BC【解析】质子和中子是由不同的夸克组成的，它们不是最基本的粒子，A错误，B正确；不同的夸克组成的强子，有的带电，有的不带电，质子是带正电的强子，C正确；光子是规范玻色子，D错误．6．(多选)下列说法中正确的是()A．质量相等且电荷等值，但电性相反的粒子是反粒子B．光子是传递电磁相互作用的，属于规范玻色子C．轻子是质量很轻的粒子D．强子是参与强相互作用的粒子【答案】ABD【解析】反粒子与其对应的粒子具有相同的质量和电量，但它们电性相反，A正确；光子是传递电磁相互作用的媒介子，属于规范玻色子，B正确；轻子是不参与强相互作用的粒子，强子是参与强相互作用的粒子，C错误，D正确．考点3粒子的组合7．(多选)(2024年上海期末)下列所述正确的是()A．强子是参与强相互作用的粒子B．轻子是不参与强相互作用的粒子C．胶子是轻子中的一种粒子D．微观粒子是通过交换规范玻色子发生相互作用【答案】ABD【解析】强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，