高中同步测试卷·人教物理选修3－5：高中同步测试卷（十） word版含解析

高中同步测试卷(十)

专题四　原子核

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分.在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确.全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分.)

1.物理学是一门实验科学，实验探究的方法在科学研究中具有重要作用.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析(　　)

A.发现了电子  B.建立了原子的核式结构模型

C.提出原子核具有复杂的结构  D.发现某些元素具有天然放射现象

2.在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用.下列说法符合历史事实的是(　　)

A.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核

B.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素

C.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子

D.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷

3.带电粒子进入云室会使云室中的气体分子电离，从而显示其运动轨迹.如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里.该粒子在运动时，其质量和电量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是(　　)

A.粒子先经过a点，再经过b点  B.粒子先经过b点，再经过a点

C.粒子带负电  D.粒子带正电

4.下列叙述中正确的是(　　)

A.放射性元素的半衰期与元素所处的外部环境无关

B.β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚而形成的电子流

C.重核的裂变和轻核的聚变都可以放出大量的能量

D.一种元素的同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质

5.要使氘核聚变，必须使氘核之间的距离接近到r0，也就是接近到核力能够发生作用的范围，物质温度很高时，氘原子将变为等离子体，等离子体的分子平均动能为Ek＝，K叫玻耳兹曼常数，T为热力学温度，两个氘核之间的电势能为Ep＝，r为电荷之间的距离，则氘核聚变的温度至少为(　　)

A.  B.

C.  D.

6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，会发生α衰变.残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染，人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列说法正确的是(　　)

A.铀238的衰变方程式为U＋n→Th＋He

B.U和U互为同位素

C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变

D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性

7.正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程，O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晰的图像，则根据PET原理判断下列表述正确的是(　　)

A.O在人体内衰变方程是O→N＋e  B.正、负电子湮灭方程是e＋e→2γ

C.在PET中，O主要用途是作为示踪原子  D.在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢

8.如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是(　　)

A.原子核发生了α衰变  B.原子核发生了β衰变

C.原子核放出了一个正电子  D.原子核放出了一个中子

9.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波(场)的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到3.8×1026 W.根据爱因斯坦的质能方程估算，单纯地由于这种辐射，太阳每秒钟减少的物质质量的数量级最接近于(　　)

A.1018 kg  B.109 kg

C.10－10 kg  D.10－17 kg

10.由图示可得出结论(　　)

A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量

B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量

C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量

D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量

11.静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为(　　)

A.·  B.0

C.·  D.·

12.“嫦娥三号”探月卫星在月面的成功软着陆开启了我国月球探测的新纪元.月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大.关于He，下列说法正确的是 (　　)

A.He的原子核内有三个中子两个质子

B.He的原子核内有一个中子两个质子

C.He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损

D.He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起

二、非选择题(本题共4小题，共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.)

13.(8分)(2016·高考全国卷甲)在下列描述核过程的方程中，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　　　　Ｗ.(填正确答案标号)

A.C→N＋e

B.P→S＋e

C.U→Th＋He

D.N＋He→O＋H

E.U＋n→Xe＋Sr＋2n

F.H＋H→He＋n

14.(8分)有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.核反应堆中发生的裂变反应为U＋n→1Ba＋Kr＋3n，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，2U的质量mU＝390×10－27 kg.求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的2U的质量.

15.(12分)一个静止的氮核N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个原子核A，A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比为RB∶RC＝11∶30.求：

(1)C核的速度大小；

(2)根据计算判断C核是什么核；

(3)写出核反应方程.

16.(12分)海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应为：H＋H→He＋n，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u.(1 u相当于931.5 MeV的能量)，求：

(1)核反应中释放的核能；

(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能.

参考答案与解析

1．[导学号13050145]　【解析】选B.通过对α粒子的散射实验结果的分析，建立了原子的核式结构模型，B对．该实验中没有发现电子，A错．天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构，C错．贝可勒尔发现了某些元素具有天然放射现象，D错．

2．[导学号13050146]　【解析】选BD.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构，选项A错误．居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，选项B正确．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子的核式结构，选项C错误．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项D正确．

3．[导学号13050147]　【解析】选AC.由r＝可知，粒子的动能越小，圆周运动的半径越小，结合粒子运动轨迹可知，粒子先经过a点，再经过b点，选项A正确；根据左手定则可以判断粒子带负电，选项C正确．

4．[导学号13050148]　【解析】选ACD.放射性元素的半衰期是由元素内部的因素决定的，与外部环境无关，选项A对；β射线是原子核内一个中子变成一个质子时放出电子形成的，选项B错；重核裂变和轻核聚变时都要发生质量亏损，放出能量，选项C对；一种元素的同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质，选项D对．

5．[导学号13050149]　【解析】选C.若两氘核从相距无穷远处到相距r0，有ΔEk＝－ΔEp，这里要注意，如果两氘核恰好接近到r0，动能变为零，则2Ek＝，即：2×＝，解得T＝，所以选项C正确．

6．[导学号13050150]　【解析】选BC.根据质量数和电荷数守恒可知铀238的衰变方程式为→Th＋He，故A错误；电荷数(质子数)相同，而质量数不同的同一类元素称为同位素，所以U和U互为同位素，故B正确；长时间接受核辐射会导致基因突变，易患癌症如皮肤癌和白血病等，故C正确；贫铀弹的穿甲能力很强，一是由于贫铀密度大，二是其硬度大，故D错误．

7．[导学号13050151]　【解析】选ABC.由题意知A、B对，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．

8．[导学号13050152]　【解析】选AC.静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨迹应是外切圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨迹应是内切圆．图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α衰变或放出了一个正电子，故A、C两选项正确．

9．[导学号13050153]　【解析】选B.由ΔE＝Δmc2知Δm＝ kg＝4.2×109 kg.

10．[导学号13050154]　【解析】选C.该反应是吸能反应，所以两个核子质量之和大于氘核的质量．

11．[导学号13050155]　【解析】选C.由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由Ek＝∝，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是·Eα，由质能方程得质量亏损是·，故C正确．

12．[导学号13050156]　【解析】选BC.He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误、B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．

13．[导学号13050157]　【解析】一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变．

【答案】C　AB　E　F

14．[导学号13050158]　【解析】反应堆每年提供的核能E总＝，其中T表示1年的时间，以m′表示每年消耗的U的质量，得

m′∶mU＝E总∶ΔE

解得m′＝

代入数据得m′＝1.10×103 kg.

【答案】1.10×103 kg

15．[导学号13050159]　【解析】(1)氮核俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒

mnvn＝mBvB＋mCvC， ①

根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4.

由此解得vC＝3×106 m/s.

(2)由R＝可得

＝＝＝ ②

qB＋qC＝7. ③

将②③联立，qC＝2，而mC＝4，则C核是氦原子核．

(3)核反应方程式是N＋n→B＋He.

【答案】(1)3×106 m/s　(2)氦原子核

(3)N＋n→B＋He

16．[导学号13050160]　【解析】(1)核反应中的质量亏损为

Δm＝2mH－mHe－mn，

释放的核能：

ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5 MeV＝2.14 MeV.

(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即

mHevHe＋mnvn＝0；

反应前后系统的总能量守恒，即

mHev＋mnv＝ΔE＋ΔEkH，

又因为mHe∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3，

由以上各式代入已知数据得：

EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV.

【答案】(1)2.14 MeV　(2)2.13 MeV　0.71 MeV