单元素养检测卷(五)-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

单元素养检测卷(五) [时间：90分钟　满分：100分] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 A 2．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中，一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是(　 　) A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现 B．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 C．太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 B 3．下列说法正确的是(　 　) A．图甲中的γ射线是原子中的内层电子跃迁时产生的 B．图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子 C．图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚 D．图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 C 【解析】 题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；题图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿透本领，题图丙为γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，对于少数的放射性元素的原子核不能适用，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 9．关于放射性同位素的应用，下列说法中不正确的是(　 　) A．做示踪原子是利用放射性同位素具有相同的化学性质 B．做示踪原子是利用放射性同位素放出射线可被仪器探测的特点 C．γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质 D．γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质 【解析】 放射性同位素具有相同的化学性质，做示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测的特点；γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质，故A、B、C正确。本题选错误的，故选D。 D B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 11．下列说法正确的是(　 　) A． 比结合能越大的原子核越不稳定 B． 黑体辐射电磁波的强度与黑体温度无关 C． 可以通过降低温度来减小放射性元素的半衰期 D． 卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征 D 【解析】 比结合能越大的原子核越稳定，A错误；黑体辐射电磁波的强度与黑体温度有关，B错误；物理变化与化学变化过程都不会改变放射性元素的半衰期，C错误；卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 C 13．如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种变化后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹，可以判断(　 　) A． 原子核发生裂变 B． 原子核发生α衰变 C． 大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹 D． 大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 CD 15．如图所示，某放射性元素的原子核静止在匀强磁场中，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨迹半径之比为44∶1，则下列说法正确的是(　 　) A．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反 B．原来放射性元素的原子核电荷数为90 C．反冲核的核电荷数为88 D．α粒子和反冲核的速度大小之比为1∶88 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ABC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 56 【解析】 根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为0，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 中子 核裂变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 20 17 19 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 19 17 20 21 【答案】 (1)10　(2)(m1－m2－m3－9m)c2　(3)22 kg 【解析】 (1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝136＋90＋x， 解得x＝10。 (2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m， 由质能方程可知，释放的核能为 ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－9m)c2。 (3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 21．(11分)正电子发射计算机断层扫描(Positron Emission Computed Tomography，简称PET)基本原理是：将放射性同位素氟18( 918F)注入人体参与人体的代谢过程，氟18在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子γ，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，回答下列问题。 41 42 感谢聆听，再见！ 一、选择题Ⅰ(本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分) 1．核废水中含有钴(Co)等63种不能过滤的放射性物质。钴60会通过衰变生成镍(Ni)，同时会放出γ射线，其半衰期为5.27年，在医学上常用于癌症和肿瘤的放射治疗。下列说法不正确的是(　 　) A．衰变方程为Co―→Ni＋e，属于α衰变 B．钴60不可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 C．用钴60对肿瘤进行放射治疗是利用其衰变产生的γ射线 D．温度升高，钴60的半衰期不变 【解析】 α粒子为He，β粒子为e，Co―→Ni＋e属于β衰变，故A说法错误，符合题意；Co半衰期较长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收，故B说法正确，不符合题意；由题意可知，用钴60对肿瘤进行放射治疗是利用其衰变产生的γ射线，故C说法正确，不符合题意；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，故D说法正确，不符合题意。 D．核聚变反应的核反应方程可能是H＋H―→He＋2n 【解析】 核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核聚变反应的核反应方程是H＋H―→He＋n，故D错误。 4．核潜艇以核反应堆为动力来源，反应堆的核反应方程式为U＋ n―→Ba＋Kr＋3X，则(　 　) A．X为电子 B．Kr有36个质子，89个中子 C．Ba比U的比结合能大 D．核反应前、后原子核的总质量保持不变 【解析】 根据核反应过程中质量数与电荷数守恒，可知X的质量数A＝＝1，电荷数Z＝＝0，所以X为中子，故A错误；Kr有36个质子，中子数为89－36＝53，故B错误；核反应要释放出能量，核反应后核的比结合能大于反应前核的比结合能，故C正确；核反应要释放出能量，有质量亏损，故D错误。 5．在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的Pb，其衰变方程为Pb―→Bi＋X。以下说法正确的是(　 　) A．衰变方程中的X是电子 B．升高温度可以加快Pb的衰变 C．Pb与Bi的质量差等于衰变的质量亏损 D．方程中的X来自Pb内质子向中子的转化 【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；半衰期非常稳定，不受温度、压强以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误；Pb与Bi和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；方程中的X来自Pb内中子向质子的转化，D错误。 6．下列说法正确的是(　 　) A．在衰变方程Pu―→X＋He＋γ中，X原子核的质量数是234 B．核泄漏事故污染物Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为Cs―→Ba＋X，可以判断X为正电子 C．放射性物质I的衰变方程为I―→Xe＋X，X为中子 D．某人工转变的核反应方程为He＋Al―→P＋X，其中X为中子 【解析】 根据质量数守恒可得，X原子核的质量数A＝239－4＝235，A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒知，Cs―→Ba＋X中的X为电子，B错误；I―→Xe＋X中，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X为β粒子，C错误；人工转变的核反应方程He＋Al―→P＋X中，由质量数和电荷数守恒可知，X为中子，D正确。 7．核潜艇以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是(　 　) A．核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋3n属于核裂变，是原子弹裂变反应原理 B．核反应方程H＋H―→He＋n属于核裂变，是核潜艇的动力原理 C．核反应方程C―→N＋e属于β衰变，而β射线来自原子外层的电子 D．核反应前后核子数相等，所以核反应遵循质量守恒 【解析】 核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋3n属于核裂变，是原子弹核裂变反应原理，故A正确；核反应方程H＋H―→He＋n属于轻核聚变，是氢弹核聚变原理，但不是核潜艇的动力原理，故B错误；核反应方程C―→N＋e属于β衰变，但β射线来自原子核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故C错误；核反应前后核子数相等，核反应遵循的是质量数守恒，而非质量守恒，故D错误。 8．太阳内发生的核聚变反应主要为H＋ H―→He，已知部分物质比结合能与质量数关系如图所示，则该反应释放的核能约为(　 　) A．5 MeV　 B．6 MeV C．24 MeV　 D．32 MeV 【解析】 由题图可知，H的比结合能约为1.2 MeV，He的比结合能约为7.2 MeV，根据结合能与比结合能的定义，可知该反应释放的核能约为ΔE＝7.2 MeV×4－1.2 MeV×2×2＝24 MeV，故选C。 10．考古学上利用“碳钟”，也就是利用C来推测古文物产生的年代。已知C的衰变产物中有稳定的N，C的半衰期为5 730年，下列说法正确的是(　 　) A．C的衰变方程为C―→N＋e B．该衰变过程中原子核内减少一个中子 C．一个C核发生衰变释放的核能为mc2(m为C原子的质量，c为光速) D．已经死亡11 460年的古树中不会含有C原子 【解析】 C的衰变属于β衰变，其衰变方程为C―→N＋e，A错误；β衰变的本质是n―→H＋e，该衰变过程中原子核内减少一个中子，新生成一个质子和一个电子，B正确；一个C核发生衰变释放的核能为(m－mN－me)c2，C错误；半衰期是放射性元素的特征参量，对于C而言，11 460年为两个半衰期，已经死亡11 460年的古树遗骸中C的含量为原来的，D错误。 12．某行星内部含有氦核(He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(C)。已知1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，1个氦核(He)的质量为m1，1个碳核(C)的质量为m2，真空中的光速为c。下列说法正确的是(　 　) A．He转变为C的核反应方程为2He―→C B．He转变为C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2 C．碳核(C)的比结合能为 D．C的同位素C中有6个核子 【解析】 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，He转变为C的核反应方程为3He―→C，故A错误；He转变为C的核反应中质量亏损为3m1－m2，故B错误；碳核是由6个质子与6个中子组成，则Δm＝6mp＋6mn－m2，根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2，可知核反应释放的能量ΔE＝(6mp＋6mn－m2)c2，所以碳核的比结合能为＝，故C正确；C的同位素C中有8个中子，14个核子，故D错误。 【解析】 原子核发生衰变，粒子的速度方向相反，由题图可知粒子的运动轨迹在同一侧，根据左手定则可以得知，衰变后的粒子带的电性相反，所以释放的粒子应该是电子，所以原子核发生的应该是β衰变，故A、B错误。衰变后，粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，故qvB＝m，解得R＝；静止的原子核发生衰变，衰变前后动量守恒，根据动量守恒定律可知，两个粒子的动量大小相等，磁感应强度也相等，故q越大，轨道半径越小，故大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹，故C正确，D错误。 二、选择题Ⅱ(本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中，至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 14．实现核电池小型化、安全可控化一直是人类追求的目标，玉兔二号月球车就是采用核电池来提供能量的，其原理是将放射性同位素衰变时放出的载能粒子，通过换能器转变为电能。玉兔二号月球车核电池的放射源是钚238(Pu)，其衰变方程为Pu―→X＋He，钚238的半衰期为88年。已知钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法正确的是(　 　) A．若温度升高，则钚238的半衰期缩短 B．X的质子数为142 C．一个钚核Pu衰变成X，释放的核能为(m1－m2－m3)c2 D．经过176年后，核电池内剩余钚238的质量变为初始质量的 【解析】 元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；根据质量数和电荷数守恒得到X的质子数为92，故B错误；由爱因斯坦质能方程知一个Pu衰变成X释放的核能为ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；由半衰期公式可得m余＝m0＝m0＝m0，故D正确。 【解析】 粒子之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为0，故α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，故A正确；由于释放的α粒子和反冲核均在磁场中做圆周运动，R＝＝，若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子有R1＝，对反冲核有R2＝，由于p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，解得Q＝90，原来放射性元素的原子核电荷数为90，反冲核的核电荷数为90－2＝88，故B、C正确；粒子的动量为p＝mv，由于两粒子动量p大小相等，则它们的速度大小与质量成反比，由于不知道两粒子间的质量关系，则无法确定两粒子的速度大小关系，故D错误。 三、非选择题(本题共6小题，共55分) 16．(6分)约里奥­居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了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随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的P经过________天的衰变后还剩0.25 mg。 正电子(或e) 【解析】 核反应方程为P―→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25 mg＝4 mg×，知t＝56天。 17．(6分)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni―→Cu＋H＋X，该反应中的X是________(填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是__________(填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 18．(10分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子H轰击静止的Li，生成两个He。Li和He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c。 (1)写出核反应方程。 (2)求出释放的核能ΔE。 (3)求出质子的质量m。 【答案】 (1)H＋Li―→2He　(2)2E2－E1 (3)－m1＋2m2 【解析】 (1)核反应方程为H＋Li―→2He。 (2)释放的核能ΔE＝2E2－E1。 (3)根据质能方程知ΔE＝Δmc2＝(m1＋m－2m2)c2， 解得m＝－m1＋2m2。 19．(11分)用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”。1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1。查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为0的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献。若已知α粒子的质量为4.001 509 u，中子的质量为1.008 665 u，铍核的质量为9.012 19 u，碳核的质量为12.000 00 u，试写出发现中子的核反应方程，并确定核反应中所释放的核能为多少。(1 u相当于931.5 MeV的能量，计算结果保留两位有效数字) 【答案】 He＋Be―→C＋n　4.7 MeV 【解析】 根据题意可写出发现中子的核反应方程为 He＋Be―→C＋n， 可得核反应过程中的质量亏损为 Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005 034 u， 根据质能方程ΔE＝Δmc2得，该核反应所释放的核能为 ΔE＝×0.005 034 u≈4.7 MeV。 20．(11分)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程是U＋n―→Xe＋Sr＋(　　)n。 (1)在括号内填写n前的系数。 (2)用m1、m2、m3分别表示U、Xe、Sr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(真空中的光速为c) (3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10-11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol-1，计算结果保留两位有效数字) 同时E＝NAΔE， 可得M＝＝ kg≈22 kg。 (1)写出氟18的衰变方程式及正负电子发生湮灭的方程式。 (2)设电子质量为m、电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h，求探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长。 (3)根据氟18的衰变规律，纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与t＝0时刻的原子数之比，经过5 h人体内氟18的残留量是初始时的百分之几？ 【答案】 (1)F―→e＋O　e＋e―→2γ (2)　(3)12.5% 【解析】 (2)由质能方程得ΔE＝Δmc2＝2mc2， 由能量守恒得ΔE＝2hν＝2h， 化简得 λ＝。 (3)由题图知，氟18的半衰期为τ＝100 min， 残留量N＝N0， 则当t＝5×60 min＝300 min时，＝×100%＝12.5%。 $$