新教材2023_2024学年高中物理第5章原子核章末综合训练新人教版选择性必修第三册

第五章章末综合训练

一、选择题

1.(2023北京海淀高二阶段练习)关于原子核Bi,下列说法正确的是(　　)

A.核外有83个电子,核内有127个质子

B.核外有83个电子,核内有83个质子

C.核内有83个质子,210个中子

D.核内有210个核子

2.(2023海南高二阶段练习)已知碘131发生β衰变的方程为IX+β,则X原子核内中子数为(　　)

A.54 B.77 

C.78 D.131

3.(2023四川德阳五中阶段练习)下列核反应方程正确的是(　　)

A.铀核发生α衰变的核反应方程是UThe

B.轻核聚变反应方程HHe+X中,X表示中子

C.铀核裂变的一种核反应方程为UBaKr+n

DC发生β衰变的核反应方程为CBe

4.(2023贵州毕节高二期中)如图所示,一个原子核X经图中所示的14次衰变,其中有m次α衰变、n次β衰变,生成稳定的原子核Y,则(　　)

A.m=8,n=6 B.m=6,n=8

C.m=4,n=10 D.m=2,n=12

5.(2023江苏南通中学阶段练习)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某药物后血浆中药物浓度的最大值为20 μg/mL,药物浓度低于3 μg/mL就要补充用药,若6 h要服用一次药物,由此可推断服用药物后血浆中药物浓度下降的半衰期约为(　　)

A.1 h B.2 h 

C.3 h D.4 h

6.(2023安徽高二阶段练习)镅是一种人工获得的放射性元素,符号Am,原子序数95,具有强放射性,化学性质活泼,是同位素测厚仪和同位素X荧光仪等的放射源,常用于薄板测厚仪、温度计、火灾自动报警仪及医学上。其衰变方程为AmNp+X+γ,已知Am核的质量为m1Np核的质量为m2,X的质量为m3,真空中的光速为c,下列说法正确的是(　　)

A.该衰变为β衰变

BAm的结合能为(m1-m2-m3)c2

CAm的比结合能小于Np的比结合能

D.衰变后Np核核外电子处于高能级,向低能级跃迁发出γ射线

7.(2023全国甲卷)在下列两个核反应方程中

X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则(　　)

A.Z=1,A=1

B.Z=1,A=2

C.Z=2,A=3

D.Z=2,A=4

8.(2023湖南卷)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是(　　)

A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多

B.氘氚核聚变的核反应方程为HHee

C.核聚变的核反应燃料主要是铀235

D.核聚变反应过程中没有质量亏损

9.(2023全国乙卷)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048 J。假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)(　　)

A.1019 kg B.1024 kg

C.1029 kg D.1034 kg

二、计算题

10.(2023山东济宁高二阶段练习H的质量是3.016 050 u,质子的质量是1.007 277 u,中子的质量是1.008 665 u,已知1 u相当于931.5 MeV的能量,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.6×10-19 C。(计算结果保留三位有效数字)

(1)一个质子和两个中子结合为氚核,是吸收能量还是释放能量?该能量为多少MeV?

(2)氚核的结合能和比结合能各是多少?

(3)如果(1)中的能量以光子的形式放出,则光子的频率是多少Hz?(用科学记数法表示)

11.(2023江苏连云港高二阶段练习)某核反应堆采用的燃料是铀235,用一个动能约为0.025 eV的热中子(慢中子)轰击铀235,生成不稳定的铀236,从而再裂变为钡144和氪89,同时放出能量和3个快中子,而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去,需要将反应中放出的快中子减速,从而使生成的中子继续撞击其他铀235。有一种减速的方法是用石墨(碳12)作减速剂,设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞。已知lg 7=0.845,log =-0.072 6。

铀235的链式反应

(1)写出核反应方程。

(2)一个动能为E0=1.75 MeV的快中子与静止的碳原子碰撞一次后损失的动能为原来动能的多少?

(3) 一个动能为E0=1.75 MeV的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次,才能减速成为慢中子?

章末综合训练(五)

1.D　根据质量数=质子数+中子数,可知该原子核的质量数为210,质子数为83,中子数为127,而质子与中子统称为核子,则核子数为210,但由于不知道该原子的电性,因此不能确定核外电子数,故D正确。

2.BI发生β衰变的方程为IXe,则X原子核内中子数为131-54=77,故选B。

3.B　铀核发生α衰变的核反应方程是UTh+He,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的核电荷数和质量数分别为Z=0,A=1,所以X表示中子,故B正确;铀核裂变的一种核反应方程为nBaKr+n,反应前后的中子数不可以约掉,表示是中子轰击引起的反应,故C错误C发生β衰变的核反应方程为CNe,故D错误。

4.A　衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒,则有238=206+4m,92=82+2m-n,联立解得m=8,n=6,故选A。

5.B　根据m=m0,其中m0=20μg/mL,m=3μg/mL,可得T≈2h,故选B。

6.C　根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知,衰变方程为AmNpHe+γ,所以该衰变为α衰变,A错误;根据质能方程可知ΔE=(m1-m2-m3)c2,为衰变释放的能量,不是Am的结合能,B错误;比结合能越大原子核越稳定,所以Am的比结合能小于Np的比结合能,C正确;衰变后Np核处于高能级,向低能级跃迁发出γ射线,D错误。

7.D　设Y的电荷数为Z1,质量数为A1,由质量数守恒和电荷数守恒得A+14=A1+17,Z+7=Z1+8,A1+7=2A,Z1+3=2Z,解得Z=2,A=4,选项D正确。

8.A　核聚变是轻核的聚变,相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,A正确,C错误;氘氚核聚变反应遵守电荷数守恒和质量数守恒,B错误;核聚变反应有质量亏损,D错误。

9.C　由爱因斯坦质能方程E=mc2可得kg/s=5×1029kg/s,选项C正确。

10.答案 (1)释放能量　7.97 MeV　(2)7.97 MeV　2.66 MeV

(3)1.92×1021 Hz

解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是H+nH

反应前各核子总质量为mp+2mn=1.007277u+2×1.008665u=3.024607u

反应后新核的质量为mH=3.016050u

质量亏损为Δm=3.024607u-3.016050u=0.008557u

因反应前的总质量大于反应后的总质量,故此核反应释放能量,释放的核能为ΔE=0.008557×931.5MeV=7.97MeV。

(2)氚核的结合能即为ΔE=7.97MeV

它的比结合能为=2.66MeV。

(3)放出的光子的频率为ν=Hz=1.92×1021Hz。

11.答案 (1nBaKr+n　(2)0.286　(3)54

解析 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为nBaKr+n。

(2)设中子和碳核的质量分别为m和m',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',因为碰撞是弹性碰撞,所以在碰撞前后,动量和机械能均守恒,又因v0、v和v'沿同一直线,故有mv0=mv+m'v'

mv2+m'v'2

联立解得v=v0

因m'=12m

代入上式解得v=-v0

所以E1=mv2=E0=1.25MeV

=0.286。

(3)第一次碰撞后E1=E0

那么设经过2、3、4…n次碰撞后,中子的能量依次为E2、E3、E4…En,则有E2=E1=E0

E3=E0

……

En=E0

所以n==54。