新教材2023_2024学年高中物理第5章原子核测评新人教版选择性必修第三册

第五章测评

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.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是(　　)

AHeAlPH是原子核的人工转变

BHOHe是α衰变

CHHe+γ是核聚变反应

DUSrXe+n是核裂变反应

2.下列说法正确的是(　　)

A.U衰变为Pa要经过2次α衰变和1次β衰变

B.β射线与γ射线一样都是电磁波,但β射线的穿透本领远比γ射线弱

C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关

D.天然放射现象使人类首次认识到原子核可分

3.(2023广东茂名高二期末I发生β衰变的核反应方程为(　　)

AISbHe

BIXee

CIXee

DIIn

4.正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03 min,正、负电子的质量均为m,光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是(　　)

A.辐射出γ光子的动量为2mc

B.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2

C.15O在人体内衰变的方程是OFe

D.经过4.06 min剩余15O为原来的四分之一

5.(2023江西抚州高二期末)放射性元素U衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成Bi,而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素),也可以经一次衰变变成TlX和Tl最后都变成Pb,衰变路径如图所示,则(　　)

A.a=82

BBiX是β衰变

CBiTl是β衰变

DTl经过一次α衰变变成Pb

6.已知Th半衰期为1.2 min,其衰变方程为Pa+X+ΔE,X是某种粒子,ΔE为释放的核能。真空中光速为c,用质谱仪测得Th原子核质量为m。下列说法正确的是(　　)

A.Th发生的是α衰变

BPa原子核质量大于m

C.100个Th原子核经过2.4 min,一定有75个发生了衰变

D.若中子质量为mn,质子质量为mh,则Th核的比结合能为

7.一静止的原子核X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-2Y

BX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

D.原子衰变过程中释放的核能为m0v2

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.(2023广东清远高二期末)2020年12月4日,中国“环流器二号”M装置在成都建成并实现首次放电,其核反应方程为HHe+X,关于该反应,下列说法正确的是(　　)

“环流器二号”M装置

A.该反应为裂变反应

B.方程中的X为中子n)

C.反应后,核子的平均质量减小

DH的比结合能比He的比结合能大

9.(2023山东泰安高二期末)设有钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中,该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后,变成铀的一个同位素离子,已知钚核质量m1=238.999 65 u,铀核质量m2=234.993 47 u,α粒子的质量为m3=4.001 40 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,则(　　)

A.α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU=46∶1

B.α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU=235∶4

C.α粒子的动能为4.4 MeV

D.α粒子的动能为44 MeV

10.2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)

A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg

C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D.反应堆中存在nBaKr+n的核反应

三、非选择题:本题共5小题,共54分。

11.(6分)(2023河南平顶山高二期中)经研究,核辐射的影响最大的是铯137Cs),可广泛散布到几百千米之外,且半衰期大约是30年左右。请写出铯137发生β衰变的核反应方程:　　　　　　　　。如果在该反应过程中释放的核能为E,则该反应过程中质量亏损为　　　　　　　　。[已知碘(I)为53号元素,钡(Ba)为56号元素] 

12.(8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P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是　　　 P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系如图所示,请估算4 mg的P经　　　　天的衰变后还剩0.25 mg。 

13.(10分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,它可用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。

(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成很不稳定的C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5 730年。试写出此核反应方程;

(2)若测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?

14.(14分)用速度大小为v的中子n)轰击静止的锂核Li) ,发生核反应后生成氚核和α粒子。已知氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,质子与中子的质量近似相等且均为m,光速为c。

(1)写出核反应方程;

(2)求氚核与α粒子的速度大小;

(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为氚核和α粒子的动能,求该过程中的质量亏损。

15.(16分)(2023山东滨州高二期末)核电站利用核反应堆工作,铀核U裂变生成钡核Ba和氪核Kr。在一个反应堆中用石墨作慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍,假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰,而且认为碰撞前碳核都是静止的。

(1)试完成铀核裂变反应方程nKr+3n)

(2)已知U、Ba、Kr核以及中子的质量分别是235.043 9 u,140.913 9 u,91.897 3 u和1.008 7 u,计算一个铀核裂变放出的核能。1 u=1.66×10-27 kg,c=3.0×108 m/s;(结果保留两位有效数字)

(3)设碰撞前中子的动能是E0,经过一次碰撞,求中子失去的动能是多少。

第五章测评

1.C　A选项方程书写错误,电荷数两边不相等,故A错误;B选项方程是人工转变方程,故B错误;C选项方程是核聚变反应,故C正确;D选项方程书写错误,反应物中应该有中子,故D错误。

2.DU衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变,A错误;β射线是高速电子流,B错误;半衰期与原子所处的物理、化学状态无关,C错误;天然放射现象说明原子核可分,D正确。

3.CI发生β衰变后的新核电荷数增加1,质量数不变,因此核反应方程为IXee,故选C。

4.D　据题意可知,正负电子的能量转化为一对光子的能量,即2mc2=2hν,一个光子的能量E=hν=h=mc2,单个光子的动量p==mc,故A错误;根据质能方程可得Δm==2m,故B错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可得15O人体内衰变的方程是N,故C错误;4.06min为两个半衰期,剩余15O为原来的四分之一,故D正确。

5.BBiX,质量数不变,说明发生的是β衰变,根据电荷数守恒可知a=84,故A错误,B正确BiTl,电荷数减2,说明发生的是α衰变,根据质量数守恒可知b=206,所以TlPb,电荷数增加1,质量数不变,所以为β衰变,故C、D错误。

6.D　根据质量数守恒电荷数守恒可知,X是e,发生的是β 衰变,故A错误;因为衰变过程有质量亏损,所以Pa原子核质量小于m,故B错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,统计少量个数原子核是没有意义的,故C错误;若中子质量为mn,质子质量为mh,则Th核的比结合能为,N为核子数,故D正确。

7.C　质量数和质量不能混淆,原子核Y的符号应表示为Y,故A错误;因该核反应放出核能,则X的比结合能小于Y核的比结合能,故B错误;根据动量守恒定律可得m0v=Mv'得v'=,故C正确;因原子核Y也有动能,则原子衰变过程中释放的核能肯定大于m0v2,故D错误。

8.BC　该反应为聚变反应,故A错误;根据核反应中质量数和电荷数均守恒可得,X的质量数为1,质子数为0,则X为中子,故B正确;聚变反应是放能反应,有质量亏损,反应后核子的平均质量减小,故C正确H的比结合能比He的比结合能小,故D错误。

9.AC　核反应方程为PuHeU,该反应放出的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2=0.00478×931.5MeV=4.45257MeV,又因为反应过程遵循动量守恒,能量守恒,所以有m2v2=m3v3,ΔE=Ek2+Ek3,解得Ek3=4.370MeV≈4.4MeV,故C正确,D错误;由qvB=m可知Rα∶RU=qU∶qα=92∶2=46∶1,故A正确,B错误。

10.CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,故A错误;原子核亏损的质量全部转化为电能时,Δm=kg=27.6kg,核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率,则原子核亏损的质量大于27.6kg,故B错误;核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性,通过中子的数量控制链式反应的速度,故C正确;反应堆利用铀235的裂变,生成多个中核和中子,且产物有随机的两分裂、三分裂,即存在nBaKr+n的核反应,故D正确。

11.答案 CsBae　

解析 铯137发生β衰变的方程为CsBae,该反应的质量亏损为Δm,由爱因斯坦质能方程知E=Δmc2有Δm=。

12.答案 正电子　56

解析 衰变方程为PSie,即这种粒子是正电子。由图像可以看出P的半衰期为14天,则4mg×=0.25mg,得t=56天。

13.答案 (1nCCNe

(2)17 190年

解析 (1)核反应方程为nCCN+e。

(2)活体中的C含量不变,生物死亡后,遗骸中的C按衰变规律变化,设活体中C的含量为N原,遗骸中的C含量为N余,由半衰期的定义得:N余=N原,即0.125=,

所以=3,τ=5730年,则t=17190年。

14.答案 (1LinHHe

(2)v　v

(3)

解析 (1)根据质量数与电荷数守恒,可得核反应方程为LiHHe。

(2)由动量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2,

由题意得v1∶v2=7∶8,解得v1=v,v2=v。

(3)氚核和α粒子的动能之和为Ek=×3m×4mmv2,

释放的核能为ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2,

由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δm=。

15.答案 (1nBaKr+3n)

(2)3.2×10-11 J

(3)E0

解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可得:核反应方程为BaKr+3n)。

(2)核反应过程中的质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-140.9139-91.8973-3×1.0087)u=0.2153u

由爱因斯坦质能方程得一个铀核裂变放出的能量为ΔE=Δmc2=0.2153×1.66×10-27×J≈3.2×10-11J。

(3)设中子和碳核的质量分别为m和m0,碰撞前中子的速度为v0,碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v',根据动量守恒定律,可得mv0=mv+m0v'

根据弹性碰撞中动能守恒,可得E0=mv2+m0v'2

联立可解出v=v0

已知m0=12m,代入可得v=-v0

则在碰撞过程中中子损失的能量为ΔE=mv2=E0。