2024春高中物理第五章原子核达标检测卷（人教版选择性必修第三册）

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第五章达标检测卷(考试时间：60分钟　满分：100分)班级：________　　座号：________　　姓名：________　　分数：________一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求．)1．下面列出一些核反应方程式： eq \o\al(30,15)P→ eq \o\al(30,14)Si＋X， eq \o\al(9,4)Be＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(12, 6)C＋Y， eq \o\al(14, 7)N＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(17, 8)O＋Z，其中(　　)A．X是质子，Y是中子，Z是正电子B．X是正电子，Y是中子，Z是质子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】B【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0，电荷数为1，则X为正电子；Y的质量数为1，电荷数为0，为中子；Z的质量数为1, 电荷数为1，为质子．故选B．2．下列关于原子核的叙述，正确的是(　　)A．居里夫人通过α粒子轰击铝原子核，首次发现了中子B．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度，防止反应过于剧烈C．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量D．原子核的质量越大，比结合能就越小【答案】C【解析】查德威克在α粒子轰击铍核实验中发现了中子，故A错误；核反应堆中的“慢化剂”是减慢中子速度，故B错误；轻核聚变过程中，会有质量亏损，由爱因斯坦质能方程可知，要释放能量，故C正确；比结合能为结合能与核子数的比值，则原子核的质量越大，比结合能不一定越小，故D错误．故选C．3．科研人员正在研制一种新型镍铜电池，它分别采用半衰期长达100年的放射性同位素镍( eq \o\al(63,28)Ni)和铜作为电池的正负极，利用镍63发生β衰变释放电子给铜片，为负载提供电能．下列说法正确的是(　　)A．镍63的β衰变方程为 eq \o\al(63,28)Ni→ eq \o\al(　0,－1)e＋ eq \o\al(64,29)CuB．β衰变释放的电子是核内 eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(　0,－1)e＋ eq \o\al(1,1)H所产生的C．提高温度，增大压强可以改变镍63的半衰期D．经过200年该电池中的镍将全部变成其他金属【答案】B【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知镍63的裂变方程是 eq \o\al(63,28)Ni→ eq \o\al(　0,－1)e＋ eq \o\al(63,29)Cu，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，故B正确；放射性物质的半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故C错误；采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63，经过200年，是经过两个半衰期，转变1－ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) eq \s\up12(2)＝ eq \f(3,4)，即只有四分之三的镍转化为其他金属，故D错误．故选B．4．(2023年菏泽模拟)下列说法正确的是(　　)A．β衰变是原子核向外放出电子的现象，说明电子是原子核的组成部分B．天然放射现象能够作为“原子核可再分”的依据C．中子撞击大气中的氮核 eq \o\al(14, 7 )N引发核反应，产生碳核 eq \o\al(14, 6)C和氘核 eq \o\al(2,1)HD．天然放射性现象中放射出的α、β、γ射线都能在磁场中发生偏转【答案】B【解析】原子核发生β衰变时，β粒子是原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子，电子不是原子核的组成部分，A错误；天然放射现象中，原子核发生衰变，会释放出α、β等射线，并生成了新的原子核；这说明原子核具有复杂的结构，本身可以再分，B正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知中子撞击大气中的氮核 eq \o\al(14, 7)N引发核反应，产生碳核 eq \o\al(14, 6)C和氘核 eq \o\al(1,1)H，C错误；α、β射线均带电，在电场中受到电场力作用下偏转，而γ射线不带电，则在电场中不发生偏转，D错误．5．一个 eq \o\al(238, 92)U核衰变为一个 eq \o\al(206, 82)Pb核的过程中，发生了m次α衰变和n次β衰变，则m、n的值分别为(　　)A．8、6 B．6、8C．4、8 D．8、4【答案】A【解析】在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，有2m－n＝10，4m＝32，解得m＝8，n＝6，故A正确，B、C、D错误．6．核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是(　　)A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电【答案】C【解析】轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，A错误；经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能变大，B错误；经轻核聚变过程后，由于放出核能，原子核的比结合能增大，C正确；目前我国核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，D错误．7．精确的研究表明，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Z有如图所示的关系．根据该图所提供的信息及原子核的聚变、裂变有关知识，下列说法正确的是(　　)A．从图中可以看出，铁(Fe)原子核中核子的平均质量最大B．原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，质量会增加C．原子序数较大的重核A裂变成原子序数小一些的核B和C，需要吸收能量D．原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核，F核的结合能大于D、E的结合能之和【答案】D【解析】从图中可以看出，铁Fe原子核中核子的平均质量最小，A错误；原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，核子的平均质量会减小，同时放出大量能量，B、C错误；比结合能越大的，平均核子质量越小，原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核，是轻核的聚变，放出能量，因此F核的平均核子质量比D、E平均核子质量都小，因此F核的结合能大于D、E的结合能之和，D正确．8．活体生物由于需要呼吸，其体内的14C含量大致不变，死后停止呼吸，体内的14C含量开始减少．由于碳元素在自然界的各种核素的比例一直都很稳定，人们可通过测定古木的14C含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳14定年法．14C衰变为14N的半衰期约为5 730年，某古木样品中14C的比例约为现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是(　　)A．该古木的年龄约为5 730年B．14C与14N具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．升高古木样品所处环境的温度将加速14C的衰变【答案】AC【解析】设原来14C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) eq \s\up12(n)其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的 eq \f(1,2)，故n＝1，所以死亡时间为5 730年，故A正确；14C的中子数是8个，14N的中子数是7个，故B错误；14C衰变为14N的过程中质量数没有变化，而核电荷数增加1，是14C中的一个中子变成了一个质子和一个电子，放出β射线，故C正确；放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故D错误．9．(2023年贵州检测)甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家．反应堆工作原理如图所示，钍232( eq \o\al(232, 90)Th)吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变核素铀233( eq \o\al(233, 92)U)．下列说法正确的是(　　)A．钍233变成铀233的核反应方程式是 eq \o\al(233, 90)Th→ eq \o\al(233, 91)Pa＋ eq \o\al(　0,－1)e， eq \o\al(233, 91)Pa→ eq \o\al(233, 92)U＋ eq \o\al(　0,－1)eB．中间产生的新核镤 eq \o\al(233, 91)Pa从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射C．核素铀 eq \o\al(233, 92)U的结合能小于钍 eq \o\al(232, 90)ThD．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电【答案】AB【解析】根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是 eq \o\al(232, 90)Th＋ eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(233, 91)Pa＋ eq \o\al(　0,－1)e， eq \o\al(233, 91)Pa→ eq \o\al(233, 92)U＋ eq \o\al(　0,－1)e ，A正确；中间产生的新核镤233( eq \o\al(233, 91)Pa )从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，B正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233( eq \o\al(233, 92)U )更加稳定，则新核铀233( eq \o\al(233, 92)U )的结合能大于钍232( eq \o\al(232, 90)Th )，C错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，D错误．10．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　)A．②来自于原子核外，其贯穿能力最强B．①的电离作用最强，来自原子核内C．③的电离作用最强，来自原子核内D．③的电离作用最弱，是一种电磁波【答案】BD【解析】天然放射性元素放出的三种射线都是原子核发生衰变造成的，β射线能贯穿几毫米厚的铝板，其贯穿能力较强，故②是β射线，来自于原子核内部，是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个高速电子，A错误；α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，故①是α射线．α射线是高速氦核流，来自原子核内，B正确；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但几乎没有电离本领，故③是γ射线，它的电离作用最弱，是原子核发生衰变时释放的能量以γ光子的形式辐射出来，是一种电磁波，C错误，D正确．二、非选择题(本题共4小题，共40分)11．(8分)在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是________(填正确答案的字母标号，下同)，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．A． eq \o\al(14, 6)C→ eq \o\al(14, 7)N＋ eq \o\al(　0,－1)e B． eq \o\al(32,15)P→ eq \o\al(32,16)S＋ eq \o\al(　0,－1)eC． eq \o\al(238, 92)U→ eq \o\al(234, 90)Th＋ eq \o\al(4,2)He D． eq \o\al(14, 7)N＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(17, 8)O＋ eq \o\al(1,1)HE． eq \o\al(235, 92)U＋ eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(140, 54)Xe＋ eq \o\al(94,38)Sr＋2 eq \o\al(1,0)n F． eq \o\al(3,1)H＋ eq \o\al(2,1)H→ eq \o\al(4,2)He＋ eq \o\al(1,0)n【答案】C　AB　E　F【解析】天然放射性元素自发地放出α粒子(即氦核 eq \o\al(4,2)He)的衰变属于α衰变；放出β粒子的衰变属于β衰变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变．12．(10分)一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了某种衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，则该原子核发生了______衰变；原来静止的原子核的原子序数为______；反冲核沿小圆做________时针方向运动．【答案】β　15　逆【解析】由图看出，原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，而两者速度方向相反，则知两者的电性相反，新核带正电，则放出的必定是β粒子，发生了β衰变．根据动量守恒定律得知，放出的β粒子与新核的动量大小相等，由r＝ eq \f(mv,qB)＝ eq \f(p,qB)，得半径与电荷量成反比，两圆半径之比为1∶16，由于新核的电荷量较大，则小圆是新核的轨迹．由半径之比得到新核的电荷量为16e，原子序数为16，则原来静止的原子核的原子序数为15；衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右，根据左手定则判断得知，其速度方向向下，沿小圆做逆时针方向运动．13．(10分)一个铍核( eq \o\al(9,4)Be)和一个α粒子反应后生成一个碳核，放出一个中子并释放出5.6 MeV的能量．(计算结果均保留2位有效数字)(1)写出这个核反应过程；(2)如果铍核和α粒子共130 g，且刚好反应完，求共放出多少能量？(3)这130 g物质反应过程中，其质量亏损是多少？解：(1) eq \o\al(9,4)Be＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(12, 6)C＋ eq \o\al(1,0)n．(2)铍核和氦核的摩尔质量之和μ＝MBe＋Mα＝(9＋4)g/mol＝13 g/mol，铍核和氦核各含的摩尔数n＝ eq \f(m,M)＝ eq \f(130,13) mol＝10 mol，故放出的能量ΔE＝n·NA·E放＝10×6.02×1023×5.6 MeV＝3.371×1025 MeV≈ 5.4×1012 J．(3)质量亏损Δm＝ eq \f(ΔE,c2)＝ eq \f(5.4×1012,(3.0×108)2) kg＝6.0×10－5 kg．14．(12分)国际热核聚变反应堆“人造太阳”计划，融汇中国智慧，挑战制造极限．国际热核聚变实验堆计划，英文简称ITER，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式．由于它产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似，因此也被称为“人造太阳”．太阳的光和热，来源于氢的两个同胞兄弟——氘和氚，在聚变成一个氦原子的过程中释放出的能量．“人造太阳”就是模仿这一过程．(1)已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4．普朗克常量为h，真空中的光速为c．写出核反应方程；若此核能全部以光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．(2)若m1＝2.014 1 u、m2＝3.016 1 u、m3＝4.002 6 u、m4＝1.008 7 u；其中1 u相当于931.5 MeV的能量．求该反应释放出的能量(结果保留3位有效数字)．(3)若“人造太阳”与太阳内部持续不断地进行着的热核反应相同，已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？(太阳的质量为2×1030 kg，结果保留1位有效数字)解：(1)由电荷数守恒及质量数守恒得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＋ eq \o\al(1,0)n＋γ，由质能方程知此过程中释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，若此核能全部以光子的形式释放时，由ΔE＝h eq \f(c,λ)知γ光子的波长为λ＝ eq \f(h,(m1＋m2－m3－m4)c)．(2)质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.0189 u，所以释放的核能ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV．(3)太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝ eq \f(ΔE,c2)＝0.4×1010 kg ，太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为t＝ eq \f(ΔM,Δm)＝ eq \f(2×1030×3×10－4,0.4×1010) s＝1.5×1017 s≈5×109年．