第5章 原子核与基本粒子 章末检测试卷(5) （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

ZHANGMOJIANCESHIJUAN(WU) 章末检测试卷(五) (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题6分，共42分。在每小题给出的四个 选项中，只有一项是符合题目要求的) 1.(2022·广元市高二月考)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是 A.天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核外电子 B.放射性元素经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定 从而产生γ射线 C.氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一 定衰变为钋218 D.比结合能越大，原子越容易发生衰变 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时产生一个电子，这个电子以β射线的形式释放出去，A错误； 放射性元素经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线，B正确； 因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，C错误； 比结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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，原子核的比结合能增加 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，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； 核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。 3.(2022·威海市高二月考)下列说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A.图甲中的γ射线可能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 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衰变中生成的电子是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； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 γ射线具有较强的穿透本领，题图丙的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，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，对于少量的原子核不适用，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，选项A错误； 根据爱因斯坦质能方程知，该反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，选项C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.(2022·菏泽市高二月考)放射性元素123I会衰变为稳定的123Te，半衰期约为13 h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1，则经过26 h后123I与123Te的质量之比 A.1∶2 B.1∶4 C.1∶8 D.1∶16 √ 根据题述，123I与123Te原子数量之比为4∶1，则通过26 h(两个半衰期)后，4份123I衰变剩余1份，生成了3份123Te原子，剩余123I与123Te原子数量之比为1∶4，因为123I与123Te原子质量相同，所以经过26 h(两个半衰期)后，123I与123Te原子的质量之比为1∶4，故B正确，A、C、D错误。 1 2 3 11 12 6.(2022·济南市高二阶段练习)如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是 C.根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大 D.根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量 4 5 6 7 8 9 10 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确； 若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子受力方向均与电场强度方向相同，均带正电， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 核反应前后动量守恒有m1v1＝m2v2， 解得q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误； 根据能量关系可知mXc2＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV，解得mX＝939.6 MeV/c2，选项B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的径迹为内切圆，若电性相同则在磁场 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 中的径迹为外切圆，所以原子核发生的是α衰变，A错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量， 则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则径迹1为衰变后新核的运动径迹，径迹2为α粒子的运动径迹，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2 (3分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　17 190年 代入数据解得n＝3 (3分) 则有t＝3T1/2＝5 730×3年＝17 190年。 (2分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　1.0 MeV　3.0 MeV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 碰撞和反应过程动量守恒，则碰后氦3和中子总动量为零， 即3mv1＝mv2，设氦3的动能为E1，中子的动能为E2， (2分) 核反应释放的能量 ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7)×931.5 MeV≈3.26 MeV (3分) 根据能量守恒E1＋E2＝ΔE＋2E0＝4.0 MeV (2分) 解得氦3的动能E1＝1.0 MeV 中子的动能E2＝3.0 MeV。 (2分) D.核聚变反应的核反应方程可能是H＋H→He＋2n 4.(2022·沈阳市高二月考)U核某种裂变方式的核反应方程为U＋n→ Ba＋Kr＋xn，已知U、n、Ba、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是 A.核反应方程式中x＝2 B.U中含有56个中子 C.该反应释放的核能为(m1－2m2－m3－m4)c2 D.Ba比U的比结合能小 U原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为235－92＝143，选项B错误； 核反应方程式生成物比反应物稳定，则U原子核的比结合能小于Ba 原子核的比结合能，选项D错误。 A.根据图甲可知，He核的结合 能约为7 MeV B.根据图甲可知，U核比Kr 核更稳定 分析图像可知，He核的比结 合能为7 MeV，结合能＝比结 合能×核子数(即质量数)，故 He核的结合能约为28 MeV， A错误； 比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，Kr核比U核的比结合能大，故Kr核比U核更稳定，B错误； 7.(2022·江西抚州高二月考)静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是 A.C→He＋Be B.C→e＋B C.C→e＋N D.C→H＋B 设时间为t，则＝2 ① ＝4 ② 加速度a＝， 则得∶＝1∶2 二、多项选择题(本题共3小题，每小题8分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 8.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个质子，14个核子 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； 由碳核的组成可知，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ΔE＝Δmc2可知，核子结合成碳核 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6个质子，14个核子，故D正确。 9.(2022·石家庄市高二月考)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是 A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026 J。则太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝＝ kg≈4.4×109 kg，选项C正确； 因为E＝4×1026 J＝ eV＝2.5×1045 eV＝2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，选项D错误。 10.(2022·邯郸市高二月考改编)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是 A.原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B.径迹1可能是衰变后新核的径迹 C.若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和 射出的粒子的动能之比为117∶2 D.若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45 由牛顿第二定律得qvB＝m，解得r＝＝， 根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝，所以动能之比等于质量的反比，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117，C错误； 根据r＝＝，解得r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确。 三、非选择题(本题共2小题，共34分) 11.(16分)(2022·南阳市高二月考)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求： (1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子N后，会形成C，C很不稳定，易发生β衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少？(真空中光速为c)； 答案　N＋n→C＋H，C→N＋e　　 根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得 N＋n→C＋H，C→N＋e (3分) 可得Δm＝ (2分) (2)若测得一古生物体遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？ 由题知古生物体遗骸中C含量只有活体中的12.5%， 故有m余＝m0()n (3分) 12.(18分)(2022·日照市高二期末)2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7 000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1 056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He核的质量为3.015 0 u(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV)。除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍。(计算结果单位为MeV，保留两位有效数字) (1)写出该反应的核反应方程； 答案　H＋H→He＋n 则该反应的核反应方程为H＋H→He＋n (6分) (2)若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为He核与中子的动能。反应前每个氘核的动能均为0.37 MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 则E1∶E2＝∶＝1∶3 (3分) $$