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2022届高考物理选择题专题强化训练:核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程(天津使用)
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这是一份2022届高考物理选择题专题强化训练:核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程(天津使用),共10页。试卷主要包含了单项选择题,双项选择题等内容,欢迎下载使用。
一、单项选择题(共21小题;共84分)
1. 关于近代物理学,下列说法正确的是
A. 核反应方程 Th90234→Pa91234+X 中的 X 表示电子
B. α 粒子散射实验的结果表明原子核由质子和中子构成
C. 放射性元素的半衰期随温度的升高而变长
D. 一个氢原子从 n=4 的激发态跃迁时,最多能辐射 6 种不同频率的光子
2. 关于原子和原子核,下列说法正确的是
A. 原子核能发生 β 衰变,说明原子核内部存在电子
B. 使放射性物质的温度升高,其半衰期将减小
C. 若中子和质子结合成氘核质量亏损为 Δm 则放出的,光子的波长为 Δmc
D. 按照玻尔理论,大量氢原子从 n=6 能级向低能级跃迁时辐射出的光中,最容易发生衍射的光是由 n=6 能级跃迁到 n=5 能级产生的
3. 有关原子核方面的知识,下列说法正确的是
A. 比结合能越大,原子核越稳定
B. 若使放射性物质的温度升高,其半衰期将减小
C. β 射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
D. 所有的核反应都存在质量亏损
4. 现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产生的,大约在 40 亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应,其核反应方程为:He24+He24+He24→C612,到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的。已知 He24 的质量为 m1,C612 的质量为 m2,则下列判断正确的是
A. 3m1=m2 B. 3m1<m2 C. 3m1>m2 D. m1=3m2
5. 关于原子和原子核,下列说法正确的是
A. 天然放射现象中的 β 射线来自原子核内
B. 天然放射现象的发现,说明原子是可以再分的
C. 核泄漏污染物 Cs55137 能够产生对人体有害的辐射,核反应方程式为 Cs55137→Ba56137+X,X 为中子
D. 原子核的结合能越大,原子核越稳定
6. 核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素 Pu94239 的半衰期为 24100 年,其衰变方程为 Pu94239→X+He24+γ,下列有关说法正确的是
A. 生成物的 X 原子核中含有 92 个中子
B. 通过高温处理可缩短 Pu 的半衰期,降低核泄漏的危害
C. 由于衰变时释放巨大能量,根据 E=mc2,衰变过程总质量增加
D. 衰变发出的射线是波长很短的光子,具有有很强的穿透能力
7. 下列说法正确的是
A. Th90232 经过 α 衰变和 β 衰变后成为稳定的原子核 Pb82208,铅核比钍核少 24 个中子
B. 发现中子的核反应方程 Be49+He24→C612+n01,属于原子核的人工转变
C. 200 个 U92238 的原子核经过两个半衰期后剩下 50 个 U92238
D. U92235 在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中,U92235 核的比结合能比 Sr3894 核的比结合能大
8. 下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有
A. 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B. 比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大
C. 重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大
D. 中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
9. 如图所示是描述原子核核子的平均质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线,由图可知下列说法正确的是
A. 将原子核 A 分解为原子核 B 、 C 可能吸收能量
B. 将原子核 D 、 E 结合成原子核 F 可能吸收能量
C. 将原子核 A 分解为原子核 B 、 F 一定释放能量
D. 将原子核 F 、 C 结合成原子核 B 一定释放能量
10. 人们发现,不同的原子核,其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是
A. 由图可知,原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 时会有质量亏损,要吸收能量
B. 由图可知,原子核 A 裂变成原子核 B 和 C 时会有质量亏损,要放出核能
C. 已知原子核 A 裂变成原子核 B 和 C 时放出的 γ 射线能使某金属板逸出光电子,若增加 γ 射线强度,则逸出光电子的最大初动能增大
D. 卢瑟福提出的原子核式结构模型,可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
11. 下列关于原子核的说法,正确的是
A. 原子核发生 α 衰变时放出氦核,说明原子核内有氦核
B. 原子核由质子和中子组成,其核子数越多,则结合能越大
C. 原子核的半衰期可以通过加压或者升温等方法进行改变
D. 裂变反应堆中,发生的不是链式反应
12. 下列说法正确的是
A. 核反应 中的 X 为中子
B. 放射性元素放出的 β 射线(电子流)是由原子核外电子电离产生的
C. 原子核的比结合能越小,原子核越稳定
D. 一群处于 n=4 能级的氢原子发生跃迁时,能发射 4 条不同频率的光线
13. 下列说法正确的是
A. 诊断甲状腺疾病时,给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子
B. U92234 的半衰期约为 7 亿年,随着地球温度的升高,其半衰期将变短
C. 核反应过程中如果核子的平均质量减小,则要吸收能量
D. 结合能越大,原子中核子结合得越牢固,原子核越稳定
14. 太阳内部保持不断地发生着热核反应,质量减少。核反应方程是 411H→He24+2X,这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、 X 的质量分别为 m1 、 m2 、 m3,真空中的光速为 c。下列说法中正确的是
A. 方程中的 X 表示中子(n01)
B. 方程中的 X 表示电子(e−10)
C. 这个核反应中质量亏损 Δm=4m1−m2
D. 这个核反应中释放的核能 ΔE=(4m1−m2−2m3)c2
15. 原子核物理与粒子物理是物理学研究的重要方向之一,对微观未知粒子的探测可以使我们对物质的微观结果和宇宙的发展方向作出合理的预测,下列说法正确的是
A. 原子核发生 β 衰变时放出电子,说明原子核内有电子
B. 原子核的半衰期可以通过加压或者升温等方法进行改变
C. 原子核由质子和中子组成,其核子数越大,则结合能越大
D. 裂变反应堆中,镉棒的作用是减慢中子的速率,以维持链式反应进行
16. 下列说法正确的是
A. 汤姆孙通过对 α 粒子散射实验的研究发现了电子
B. 贝克勒尔通过对氢原子光谱的不连续性的研究发现了天然放射现象
C. 利用衰变可以推测古木年代,随着时间的推移,放射性元素衰变的半衰期将逐渐减小
D. 根据爱因斯坦的质能方程可以计算核反应释放的核能
17. 下列说法中正确的是
A. 氢原子由高能级跃迁到低能级时,电子的动能增加,原子的电势能减少,总能量不变
B. 原子核的平均结合能越小,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
C. 天然放射现象中的 β 射线实际是高速电子流,穿透能力比 α 粒子强
D. 放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
18. 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. 比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
19. 下列有关原子结构和原子核的说法中正确的是
A. 玻尔理论能很好地解释氢原子光谱
B. 某元素的原子核半衰期为 4 天,则 100 个该元素的原子核 8 天后还剩 25 个
C. β 射线是高速电子流,证明该射线来自于核外
D. 铀核发生裂变后,生成的新核的比结合能比铀核小
20. 正负电子对撞后湮灭生成两个频率相同的光子。已知普朗克常数为 h,电子质量为 m,电磁波在真空中的速度为 c,这种频率的光在真空中波长为
A. hmcB. 4h3mcC. 3h4mcD. mch
21. 下列说法不正确的是
A. 200 个 U92235 的原子核经过两个半衰期后剩下 50 个
B. 发现中子的核反应方程是 He24+Be49→C612+n01
C. Th90232 经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变后成为稳定的原子核 Pb82208
D. Pb92235 在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中,原子核中的平均核子质量变小
二、双项选择题(共9小题;共36分)
22. 下列说法正确的是
A. 玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了各种原子光谱的实验规律
B. 一个静止的原子核发生 α 衰发时,新核与 α 粒子的总质量小于原来的原子核的质量
C. 在原子核中,核力只能发生在邻近核子之间,且只表现为引力
D. 氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量变小
23. 下列说法正确的是
A. 光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实
B. α 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂结构
C. β 射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D. 比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
24. 2020 年 11 月 8 日,我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇,其中一种核反应方程式为 92235U+01n→X+3894Sr+1001n,下列说法正确的是
A. X 有 54 个质子,68 个中子上
B. X 的比结合能比轴核的小
C. 释放的核能与质量亏损成正比
D. 该核反应属于链式反应,每次生成的 01n 会使其他铀核连续不断地发生裂变
25. 不同原子核的比结合能是不同的,由比结合能曲线可以看出,中等质量原子核的比结合能最大,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小由此可以确定,下列哪些核反应能释放大量核能?
A. 中等质量的原子核结合成质量较大的重核
B. 质量较大的重核分裂成中等质量的原子核
C. 中等质量的原子核分裂成质量较小的轻核
D. 质量较小的轻核结合成中等质量的原子核
26. 关于原子核,下列说法不正确的是
A. 在原子核中,质量数越大的原子核,比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固
B. 一个处于 n=4 能级的氢原子,向较低能级跃迁时最多能放出 3 种不同频率的光
C. 83210Bi 的半衰期是 5 天,100 克 83210Bi 经过 10 天后剩下的 83210Bi 的质量为 25 克
D. β 衰变所释放的电子来自原子核外的电子
27. 大量释放核能的过程—定是
A. 由质量较小的原子核结合成质量较大的原子核
B. 由质量较大的原子核分裂成质量较小的原子核
C. 由某些轻核结合为质量较大的原子核
D. 由某些重核分裂为中等质量的原子核
28. 浙江秦山核电站第三期工程两个60万千瓦发电机组已并网发电.发电站的核能来源于的 U92235 裂变,现有四种说法,以下四种说法中正确的是
A. U92235 裂变时释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小
B. U92235 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程式为:U92235+n01→ 56144Ba+ 3689Kr+3 01n
C. U92235 是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为 45 亿年,升高温度半衰期缩短
D. 一个 U92235 核裂变释放出的能量按 200 MeV 估的话,这个能量约合 3.2×10−11 J
29. 下列说法正确的是
A. 爱因斯坦为解释光电效应实验现象提出了光子说
B. 结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C. 钍的半衰期为 24 天,1 g 钍经过 120 天后还剩 0.2 g 钍
D. 氢原子从能量为 E2 的激发态跃迁到能量为 E1 的基态,辐射光子的能量为 E2−E1
30. 一个铍原子核(Be47)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的 K 壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核(Li37),并放出一个不带电的质量接近零的中微子 νe,人们把这种衰变称为“K 俘获”。静止的铍核发生零“K 俘获”,其核反应方程为 Be47+e−10→Li37+νe 已知铍原子的质量为 MBe=7.016929 u,锂原子的质量为 MLi=7.016004 u,1 u 相当于 9.31×102 MeV。下列说法正确的是
A. 中微子的质量数和电荷数均为零
B. 锂核(Li37)获得的动能约为 0.86 MeV
C. 中微子与锂核(Li37)的动量之和等于反应前电子的动量
D. 中微子与锂核(Li37)的能量之和等于反应前电子的能量
答案
第一部分
1. A
【解析】核反应方程 Th90234→Pa91234+X , X 的质量数为 m=234−234=0 ,电荷数 z=90−91=−1 ,可知 X 表示电子,故A正确;
卢瑟福的 α 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构,不能说明原子是由质子与中子组成的,故B错误;
放射性元素的半衰期不受到环境的变化而变化,与温度无关,故C错误;
一个氢原子从 n=4 的激发态跃迁时,最多能辐射 4−1=3 种不同频率的光子,故D错误。
2. D
3. A
4. C
【解析】太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氦核聚变产生的,所以核反应前后质量会减少,反应前的质量为 3m1,反应后的质量为 m2,所以 3m1>m2,故C正确。
5. A
【解析】β 衰变中的 β 射线是来自原子核,是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故A正确;天然放射现象的发现,说明原子核是可以再分,故B错误;依据质量数与电荷数守恒,X 为电子,故C错误;原子核的比结合能越大,原子核越稳定,故D错误。
6. D
【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知,X 的电荷数为 92,质量数为 235,则有 92 质子,143 个中子,A错误;
改变元素所处的物理环境和化学状态,不会影响半衰期,B错误;
衰变后释放巨大能量,根据爱因斯坦质能方程知,有质量亏损,C错误;
衰变发出的 γ 射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,D正确。
7. B
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知,铅核比钍核少 8 个质子,少 16 个中子,A错误;
发现中子的核反应方程 Be49+He24→C612+n01,属于原子核的人工转变,B正确;
半衰期是放射性元素的大量原子衰变的统计规律,对个别的原子没有意义,C错误;
U92235 在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中,U92235 核的比结合能比 Sr3894 核的比结合能小,D错误;
故选B。
8. D
【解析】核子结合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A选项错误;
比结合能越大的原子核越稳定,但比结合能越大的原子核,其结合能不一定大,例如中等质量原子核的比结合能比重核大,但由于核子数比重核少,其结合能比重核反而小,B、C选项错误;
中等质量原子核的比结合能比轻核的大,它的原子核内核子数又比轻核多,因此它的结合能也比轻核大,D选项正确。
9. C
【解析】因 B 、 C 核子平均质量小于 A 的核子平均质量,故 A 分解为 B 、 C 时,会出现质量亏损,故放出核能,故A错,同理可得B、D错,C正确。
10. B
【解析】由图象可知,D 和 E 核子的平均质量大于 F 核子的平均质量,原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 时,核子总质量减小,存在质量亏损,根据爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知要释放出核能,故A错误;
由图象可知,A 的核子平均质量大于 B 与 C 核子的平均质量,原子核 A 裂变成原子核 B 和 C 时会有质量亏损,要放出核能,故B正确;
根据光电效应方程:Ek=hγ−W0,则知光电子的最大初动能是由入射光的频率决定的,与入射光的强度无关,增加 γ 射线强度,逸出的光电子的最大初动能不变,故C错误;
玻尔提出的原子模型,可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征,故D错误。
11. B
【解析】原子核发生 α 衰变时放出氦核,但是不能说明原子核内有氦核,原子核是由质子和中子构成的,A错误;原子核由质子和中子组成,其核子数越多,则结合能越大,B正确;外界条件不能改变原子核的半衰期,C错误;裂变反应堆中,发生的是链式反应,D错误。
12. A
【解析】根据质量数守恒与电荷数守恒可知,核反应 中的 X 的质量数:m=9+4−12=1,核电荷数:z=4+2−6=0,所以 X 为中子,故选项A正确;
β 衰变所释放的电子来自原子核,是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故选项B错误;
原子核的比结合能越大,原子核越稳定,故选项C错误;
一群处于 n=4 能级的氢原子发生跃迁时,能发射 C42=6 种不同频率的光线,故选项D错误。
13. A
【解析】放射性同位素可以作为示踪原子,诊断甲状腺疾病时,给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子,A正确;
半衰期由原子核本身的内部因素决定,跟原子所处的物理或化学状态无关,B错误;
核反应过程中如果核子的平均质量减小,根据爱因斯坦质能方程可知要释放核能,C错误;
比结合能的大小反应原子核的稳定程度,比结合能越大,原子中核子结合得越牢固,原子核越稳定,结合能无法反映此规律,D错误。
14. D
15. C
16. D
17. C
【解析】玻尔理论,氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时,要释放出一定频率的光子,同时电子的动能增加,势能减小,总能量减小,故A错误;
原子核的平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B错误;
天然放射现象中 β 射线实际是高速电子流,穿透能力比 α 粒子强,三种射线中 α 射线的电离能力最强穿透能力最弱,故C正确;
半衰期是由放射性元素本身决定的,与温度,压强等环境因素无关,故D错误。
18. B
19. A
【解析】玻尔理论引入了量子化理论,能很好地解释氢原子光谱;故A正确。
半衰期是大量放射性元素的原子衰变的统计规律,对少数的放射性粒子没有意义;故B错误。
β 衰变中产生的 β 射线实际上是原子核中的中子转变成质子,而放出电子;故C错误。
U235 核不如裂变后生成的新核稳定,可知 U235 核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能都小。故D错误。
20. A
21. A
【解析】半衰期是大量原子核的统计规律,对少数粒子无意义,故A错误;
查德威克用 α 粒子轰击 Be49 发现中子,核反应方程是 He24+Be49→C612+n01,故B正确;
α 衰变改变质量数,所以 232−208=4×6,故经过 6 次 α 衰变,β 衰变:90−2×6+n=82,得 n=4,故C正确;
裂变反应释放出能量,根据质能方程知在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中,释放大量的能量,由质量亏损,原子核中的平均核子质量变小,故D正确。
第二部分
22. B, D
【解析】玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,并不是各种原子,故A错误;
原子核发生 α 衰变时,放出能量,故有质量亏损,即新核与 α 粒子的总质量小于原来原子核的质量,故B正确;
在原子核中,核力是短程力,只能发生在邻近核子之间,可表现为引力,或斥力。故C错误;
氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,轨道半径减小,原子能量减小。故D正确。
23. A, D
【解析】为解释光电效应现象爱因斯坦提出了光子说,说明光具有粒子性;康普顿效应深入地揭示了光的粒子性,遵守能量守恒和动量守恒,它表明光子不仅具有能量而且具有动量,故A正确;
α 粒子散射实验提出原子核式结构模型,而天然放射现象的发现揭示了原子核复杂结构,故B错误;
β 射线是原子核发生 β 衰变时,原子核内的一个中子变为质子,同时释放一个电子后形成的电子流,故C错误;
比结合能的大小反映原子核的稳定程度,比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。故D正确。
24. C, D
25. B, D
【解析】比结合能就是核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量或原子核拆解成核子时平均每个核子吸收的能量。两个中等质量的核结合成重核的过程,可等效为将两中等质量的核先拆解成核子,再将这些核子结合成重核的两个小过程,由于中等质量核的比结合能大于重核,因此前一个小过程吸收的能量要大于后一个小过程放出的能量,即整个过程将要吸收能量,故A选项错。
质量较大的重核分裂成中等质量的原子核,是上述过程的逆过程,显然是放出能量的,B选项正确。
同理,可知C选项错而D选项正确。
26. A, D
【解析】比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,中等质量的原子核的比结合能最大,但质量数不一定越大,A错误;
一群处于 n=4 能级的氢原子,向较低能级跃迁时,发生的光谱线遵循组合规律,对于本题,n=4,根据 C42=6 知,向较低能级跃迁时最多能放出 6 种频率的光,但现在一个处于 n=4 能级的氢原子,向较低能级跃迁时最多能放出 3 种不同频率的光,B正确;
83210Bi 的半衰期是 5 天,经过 10 天,即经过 2 个半衰期,未衰变的质量为 25 g,C正确;
β 衰变所释放的电子来自原子核,是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,D错误。
27. C, D
【解析】核能的产生是因为构成不同的原子核中的核子的平均质量不同,中等质量的原子核核子平均质量较小,因此当轻核结合成较大的原子核和重核分裂中等质量的原子核都要发生质量亏损,从而释放能量,因此C、D项正确,A、B项错误。
28. B, D
【解析】核裂变反应质量亏损产生能量,但核子数是守恒的,A项错。
B项核反应满足质量数,电荷数守恒,B项对。
半衰期不随温度改变,C项错
释放 200 MeV=200×106×1.6×10−19=3.2×10−11 J,D项对。
29. A, D
30. A, C