人教版2019高中物理选择性必修3【单元测试】2024-2025学年分层训练AB卷原子核B含解析答案

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原子核B学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．一个静止的铀核（质量为232.0372u）放出一个粒子（质量为4.0026u）后衰变成钍核（质量为228.0287u），已知1u相当于931MeV的能量。下列说法错误的是（　　）A．该核衰变反应方程为B．该核衰变反应产生的钍核和粒子的动量相同C．该核衰变反应中释放出的核能约为5.49MeVD．假设释放出的核能都转化为钍核和粒子的动能，则它们获得的动能之比约为4：2282．如图为太阳内部的一种轻核聚变的示意图，此反应需要超高温；另一种核反应是几个氦核在高温高压的作用下变成一个，此核反应是放热反应。已知的比结合能为E1，的比结合能为E2，光速为c，下列说法正确的是（    ）核聚变示意图A．图像所对应的核反应方程式为B．另外一种核反应的方程式为C．的比结合能小于的比结合能D．另外一种核反应中的质量亏损为3．江苏田湾核电站是世界上第三代核电站，效率更高、安全性更好，其中一种核反应方程为：，则（　　）A．X为中子， B．X为中子，C．X为质子， D．X为质子，4．下图中涉及不同的物理知识，说法正确的是（　　）A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量B．乙图中，卢瑟福基于粒子散射实验结果，提出原子核的结构模型C．丙图中，原来有100个氡核，经过两个半衰期，还剩下25个氡核D．丁图中，链式反应属于重核的裂变，氢弹是需人工控制实现裂变的5．氮14由于受到宇宙射线的作用，不断地形成碳14，它在空气中迅速氧化，形成二氧化碳并进入全球碳循环。动植物一生中都从二氧化碳中吸收碳14，当动植物死亡后，立即停止与生物圈的碳交换，由于衰变，其碳14含量开始减少，减少的速度由放射性衰变决定。若正常生长的树中单位质量中碳14含量为a，而某枯树中单位质量中碳14含量为b。碳14的半衰期用T表示。该枯树死亡时距今的时间用t表示，则下列表达式正确的是（　　）A． B． C． D．6．如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀发生α衰变，生成新原子核X，已知α粒子和新核X在纸面内做匀速圆周运动，则A．原子核X的电荷数为91，质量数为236B．α粒子做顺时针圆周运动C．α粒子和原子核X的周期之比为10：13D．α粒子和原子核X的半径之比为45：27．碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生衰变转变为氮14。生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少。可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间。碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一。下列说法正确的是（　　）A．碳14的衰变方程为B．该古木的年代距今大于11460年C．14C和14N中含有的中子个数相等D．如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差二、多选题8．一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是（　　）A．反冲原子核在小圆上逆时针运动B．该原子核发生了衰变C．原来静止的核，其原子序数为15D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同9．原子核的结合能很难直接测量，但根据爱因斯坦质能方程可以推知原子核的结合能。原子核的结合能与核子数之比被称为该原子核的比结合能，不同原子核的比结合能不一样，如图所示为按照实际测量结果画出的不同原子核的比结合能随质量数A的变化情况，则（　　）A．由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定B．由图可知氦原子核的结合能大于C．图中的质量数等于原子核的核子数与中子数之和D．由图可知核裂变生成物的结合能之和等于反应物的结合能之和10．伽马刀是一种特殊的治疗手段，主要是利用伽马射线对病变组织，进行大剂量聚集照射，致使病灶坏死或者功能改变，由此达到理想的治疗目的。其原理是进入癌细胞内的硼核（）吸收慢中子，转变成锂核（Li）和α粒子，释放出γ射线。已知硼核（）的比结合能为E1，锂核（Li）的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，真空中光速为c，下列判断正确的是（　　）  A．该过程的核变化方程是：B．硼核（）变成锂核（Li）和α粒子的核变化是α衰变C．γ射线不带电，有较强的电离作用D．该核变化释放的核能为三、实验题11．不久，我国科研人员成功研制出一款微型核电池—BV100。BV100的体积仅，比一枚硬币还小，其基本原理是用放射源发生β衰变时释放电子给铜片，以和铜片为电池的两个电极，外接负载就可以提供电能。据悉，这种电池功率约100μW，电压约3V，可实现50年自发电且功率稳定。(1)关于该电池，下列说法正确的是______。A．衰变形成的新核中含有34个中子B．衰变形成的新核中含有33个中子C．外接负载时镍的电势比铜片高D．外接负载时电池内的电流方向从镍到铜片(2)利用图甲的电路可研究该电池的特性，可供选择的主要器材有：A．灵敏电流表G：量程40μA，内电阻未知B．灵敏电流计：量程5μA，内电阻100kΩC．电阻箱：电阻变化范围0~999999ΩD．电位器R：电阻变化范围0~510kΩ①实验中，首先需将电流计改装成量程为3V的电压表V，则应调整为 Ω；②正确连接电路后，反复调节电位器R，读出多组电压表V的示数U与电流表G的示数I，经描点、连线得到图像如图乙所示。根据图像可知该电池的电动势E= V．（结果保留三位有效数字）；其内电阻r随负载阻值的减小 （填“增大”“减小”或“不变”）。③为消除图甲测量方法带来的系统误差，需对电表的示数进行修正，则需要修正示数的电表是 （填“电压表”或“电流表”）。修正后的图线位于图乙中图线的 （填“上方”或“下方”）。④若用该电池对等效电阻为100kΩ的心脏起搏器供电，该电阻的功率为 W（结果保留三位有效数字）。四、解答题12．用中子轰击锂核（）发生核反应，生成氚核和α粒子，并释放出4.8MeV的能量（1u=931.5MeV）。（1）请写出核反应方程；（2）设放出的能量全部由质量亏损获得，试求质量亏损为多少?（3）若放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，且它们的动量等值反向，求α粒子的动能为多少MeV？13．轻核聚变是比重核裂变产能效率更高的反应，在宇宙中时时刻刻进行着，太阳就是一个巨大的反应堆。若一个氘核（）和一个氚核（）聚变时产生一个中子（）和一个α粒子（）。已知氘核的质量为mD，氚核的质量为mT，中子的质量为mn，α粒子的质量为mα，光速为c，元电荷电荷量为e，普朗克常量为h。（1）写出核反应方程，并求一个氘核和一个氚核聚变时释放的核能；若此核能以一对同频率的光子向相反方向放出，求此光子的频率；（2）反应放出的α粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，若α粒子的速度大小为v，磁感应强度大小为B，求α粒子在磁场中做圆周运动的周期T和等效电流I的大小。14．如图所示，在xOy平面上，一个以原点O为圆心，半径为4R的圆形磁场区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标的A处静止着一个具有放射性的原子核氮．某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A处射出时速度方向垂直于x轴，且后来通过了y轴，而反冲核刚好不离开磁场区域．不计重力影响和离子间的相互作用．（1）写出衰变方程．（2）求正电子做圆周运动的半径．（3）求正电子最后过y轴时的坐标．五、填空题15．如图所示是研究光电效应规律的电路．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极， A为阳极．现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；则光电管阴极材料的逸出功为 eV，现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数 。(选填“为零”、或“不为零”) 16．快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239（）很不稳定，经过 次β衰变后变成钚239（），写出该过程的核反应方程式： 。设静止的铀核发生一次β衰变生成的新核质量为M，β粒子质量为m，释放出的β粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，求一次衰变过程中的质量亏损 。参考答案：1．B【详解】A．据电荷数和质量数守恒可得，该核衰变反应方程为故A项正确，不符合题意；B．据动量守恒定律知，该核衰变反应产生的钍核和粒子的动量大小相等、方向相反，故B项错误，符合题意；C．该核衰变反应的质量亏损1u相当于931MeV的能量，该核衰变反应释放出的核能故C项正确，不符合题意；D．假设释放出的核能都转化为钍核和粒子的动能，该核衰变反应产生的钍核和粒子的动量大小相等，据可得，钍核和粒子的动能之比约为4：228，故D项正确，不符合题意。2．D【详解】A．图像所对应的核反应方程式为A项错误；B．另外一种核反应的方程式为B项错误；C．另外一种核反应是放热反应，则反应后的产物比反应之前要稳定，比结合能越大，原子核越稳定，则的比结合能大于的比结合能，C项错误；D．对另外一种核反应，由能量守恒可得解得D项正确。故选D。3．A【详解】根据核反应的电荷数守恒可知X的电荷数为0，则X必为中子，根据核反应的质量数守恒可知。故选A。4．A【详解】A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F时，反应前后的核子平均质量减小，故反应过程中有质量亏损，要放出能量，故A正确；B．乙图中，卢瑟福基于α粒子散射实验结果，提出原子的核式结构模型，故B错误；C．半衰期是对大量的原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；D．链式反应是属于重核的裂变，氢弹的反应过程是聚变而不是裂变，故D错误。故选A。5．D【详解】半衰期是一半的放射性元素发生衰变所需要的时间，该枯树死亡时距今的时间相当于个半衰期，则故D项正确。故选D。6．C【分析】核反应中遵循质量数和电荷数守恒；根据左手定则判断α粒子做圆周运动的方向；根据判断周期关系；据动量守恒定律，α粒子和原子核X的动量等大反向，结合求解半径之比．【详解】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92-2=90，质量数为238-4=234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；根据可知，α粒子和原子核X的周期之比：，选项C正确；根据动量守恒定律，α粒子和原子核X的动量大小相同，可知，α粒子和原子核X的半径之比为，选项D错误；故选C.【点睛】本题考查动量守恒定律、衰变以及带电粒子在磁场中运动，考查左手定则、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式以及动量的表达式，运用控制变量的方法分析判断即可求解．7．A【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒，又因为碳14发生衰变，所以衰变方程为故A正确；B．根据图像可知，剩余三分之一，时间应该大于5730年小于11460年。故B错误；C．由元素序数知碳14中子数为8，氮14中子数为7。故C错误；D．半衰期与温度、压强无关。故D错误。故选A。8．AC【详解】B．由运动轨迹可知，衰变产生的新粒子与新核所受洛伦兹力方向相同，而两者运动方向相反，故小粒子应带负电，则发生了衰变，所以B错误；A．根据洛伦兹力作用下粒子做圆周运动，由半径公式可知，衰变过程，系统动量守恒，则反冲核与粒子动量大小相等方向相反，所以电荷量越大的其轨道半径越小，则反冲核必沿着小圆周运动，由左手定则可判断反冲核运动方向为逆时针，所以A正确；C．根据半径公式可知，电荷量与半径在反比，则反冲核的与粒子的电荷量之比为16:1，所以反冲核的核电荷数为16，则原来静止的核，其原子序数为15，所以C正确；D．根据周期公式可知，周期与比荷有关，而粒子与反冲核比荷不同，所以周期也不同，则D错误；故选AC。9．AB【详解】A．由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定，故A正确；B．由图可知氦的比结合能大于，氦原子核的结合能故B正确；C．图中的质量数等于原子核的质子数与中子数之和，故C错误；D．由图可知核裂变释放能量，生成物的结合能之和小于反应物的结合能之和，故D错误。故选AB。10．AD【详解】A．根据题意，该过程的核反应方程为故A正确；B．该过程是人工核反应，而不是α衰变，故B错误；C．γ射线不带电，电离作用较弱，但有较强的穿透能力，故C错误；D．该核变化释放的核能为故D正确。故选AD。11．(1)AC(2) 500000/500.000k 2.97/2.98/2.99/3.00/3.01 增大 电流表 上方 【详解】（1）AB．衰变形成的新核质量数为63，电荷数为29，则其中含有63-29=34个中子，选项A正确，B错误；CD．释放电子给铜片，可知外接负载时镍的电势比铜片高，外接负载时电池内的电流方向从铜片到镍，选项C正确，D错误。故选AC。（2）①[1]将电流计改装成量程为3V的电压表V，则应调整为②[2]根据图像结合可知该电池的电动势E=2.99V[3]图像的斜率绝对值的倒数等于内阻，可知其内电阻r随负载阻值的减小而增大。③[4]实验中由于电压表的分流作用会带来系统误差，需对电流表的示数进行修正。[5]因实际通过电源的电流大于电流表的示数，则修正后的图线位于图乙中图线的上方。④将电阻为100kΩ的电阻的I-U图像画在该电源的I-U图像上，则如图，交点坐标为I=20.5μA， U=2.05V，该电阻的功率为12．（1） ；（2） （或 ）；(3)【详解】（1）根据质量数和电荷数守恒得（2）根据质能方程可得（或 ）（3）设 分别为氦核和氚核的质量和速度，根据动量守恒所以α粒子和氚核的动能之比为 α粒子的动能为13．（1），，；（2），【详解】（1）核反应方程由爱因斯坦质能方程可得，反应释放的核能由得（2）设轨迹半径为R，由洛伦兹力提供向心力其中得粒子在磁场中运动的周期由电流定义式得环形电流大小14．（1）；（2）；（3）【详解】（1）由质量守恒及电荷守恒可知衰变方程为（2）设反冲核和正电子在磁场中回旋半径分别为，由于反冲核与正电子都带正电荷，在磁场中的轨迹关系应是外切圆，因正电子通过y轴，反冲核速度方向向上，正电子速度方向向下．故反冲核的半径，衰变过程中遵循动量守恒，又由于可得可得正电子做圆周运动的半径（3）由图可知正电子应在通过y轴前飞出圆形磁场区域，设出射点为P，其轨迹圆心在磁场边界与x轴的交点O′处，过P点做出出射速度的反向延长线可交于磁场边界D点，且D点在x轴上根据几何知识可得在直角三角形中，，所以故正电子最后通过y轴的坐标为15． 为零【详解】[1]当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V，说明反向电压为6V。即最大初动能则光电管阴极材料的逸出功为4.5ev。[2]现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，不能增加光电子的最大初动能，故电流计的读数为零。16． 2 【详解】[1]根据电荷数守恒可知变成电荷数增加2，所以经过2次β衰变。[2]该过程的核反应方程式为[3]设β粒子的速率为v0，新核的速率为v1，衰变过程动量守恒，即   ①设一次衰变过程中的质量亏损为，由题意并根据质能方程有   ②式中   ③   ④联立①②③④解得