第五章 原子核（单元测试 ）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

人教版新教材 物理选择性必修第三册 第五章《原子核》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 单项选择题（本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求） 1．我国于2024年1月研发出全球首款民用核电池，它最大的特点是可以实现50年稳定发电。该核电池利用镍63来工作，其核反应方程为，则是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为，故选B。 2．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现射线、射线、射线的穿透本领不同。图1为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是（　　） A．射线、射线、射线 B．射线、射线、射线 C．射线、射线、射线 D．射线、射线、射线 【答案】C 【详解】射线穿透能力最弱，不能穿透比较厚的黑纸，故①为射线 射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为射线 射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是射线 故选C。 3．二十世纪初，爱因斯坦、卢瑟福、波尔等物理学家相继取得了一系列重要的成果，他们的发现对人类文明的进程产生了深远的影响。下列关于该段时间内的物理学成就的描述正确的是（　　） A．是重核的裂变，它是目前核电站反应堆工作原理之一 B．是轻核的聚变，该反应会释放能量，原因是的比结合能比和的比结合能都小 C．根据狭义相对论，任何情况下测得的光速都是相同的 D．根据爱因斯坦的光电效应方程Ekm=hν – W，逸出光电子的最大初速度的大小与照射光的频率成线性关系 【答案】A 【详解】A．是重核的裂变，它是目前核电站反应堆工作原理之一。故A正确； B．是轻核的聚变，该反应会释放能量，原因是的比结合能比和的比结合能都大。故B错误； C．狭义相对论是应用在惯性参考系下的时空理论。故C错误； D．根据爱因斯坦的光电效应方程Ekm=hν – W 逸出光电子的最大初动能的大小与照射光的频率成线性关系。故D错误。故选A。 4．放射性同位素钍232经α、β衰衰变会生成氡，其衰变方程为。则下列说法中正确的是（　　） A．衰变方程中 B．氡核的比结合能大于钍核的比结合能 C．钍核α衰变的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α粒子、β粒子与氡核的质量之和等于衰变前钍核的质量 【答案】B 【详解】A．α粒子为、β粒子为，根据质量数守恒有 解得，故A错误； B．衰变过程释放能量，生成的氡核更稳定，比结合能大于钍核的比结合能，故B正确； C．根据半衰期的定义，可知钍核的半衰期不等于其放出一个α粒子所经历的时间，故C错误； D．α衰变释放核能，有质量亏损，故D错误。故选B。 5．中科院EAST全超导托卡马克装置，被称为中国的“人造太阳”，已实现了1.6亿度（约为太阳中心温度的10倍）等离子体运行。其核反应方程是：，则（　　） A．的结合能小于与结合能之和 B．该反应前后核子的总质量相等 C．的比结合能小于的比结合能 D．X为中子 【答案】D 【详解】AB．该核反应释放能量，有质量亏损，生成物更稳定，则知的结合能比反应物的结合能之和大。故AB错误； C．核反应中，生成物的比结合能大于反应物的比结合能。故C错误； D．由电荷数和质量数守恒，X的质量数 电荷数 可知X为中子。故D正确。故选D。 6．我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90％，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是（　　） A．核的结合能比核的结合能更小 B．两个核结合成时要释放能量 C．两个结合成存在能量与质量的相互转化 D．中核子的平均质量比中核子的平均质量小 【答案】B 【解析】A．由题图可知，核的比结合能约为，则核的结合能约为。可知核的比结合能约为，则核的结合能约为，所以核的结合能比核的结合能更大，故A错误； B．由图可知，的比结合能约为，则两个的结合能约为，的比结合能约为，则的结合能为，可知，的结合能大于两个的结合能，则两个核结合成时要释放能量，故B正确； C．由质能方程可知，能量与质量之间存在着—定的必然对应的关系，两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，故C错误； D．由题图可知，核的比结合能比核的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以中核子的平均质量比中核子的平均质量大，故D错误。故选B。 7．图为铀238衰变为钍234过程中铀核质量随时间变化图像，则（　　） A．原子核衰变过程中不释放核能 B．铀238衰变为钍234同时放出电子 C．铀238半衰期为年 D．环境温度降低衰变速度将变慢 【答案】C 【解析】A．原子核衰变过程中有质量亏损，会释放核能，故A错误； B．铀238衰变为钍234，质量数减少4，为衰变，故B错误； C．由图可知铀238从衰变到的时间为年，则可知半衰期为年，故C正确； D．外界因素不会影响半衰期大小，故D错误。故选C。 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核的质量分别为、，下列说法正确的是（    ） A．该核反应中会生成中子（） B．该核反应中会生成电子（） C．该核反应中质量亏损小于 D．该核反应方程是 【答案】CD 【详解】ABD．由题意可得，该核反应方程式为 该核反应中会生成正电子，选项AB错误，D正确； C．该核反应中的质量亏损 选项C正确。故选CD。 9．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，真空中光速为c，则下列说法中正确的是（　　） A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2 D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2 【答案】BD 【详解】AB．由核反应方程2H→He＋X知X应为中子，A错误，B正确； CD．根据质能方程可知，释放的核能应为ΔE＝（2m1－m3－m2）c2 C错误，D正确；故选BD。 10．钚239既可能发生衰变，也可能发生衰变。将钚239核置于匀强磁场中，衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直，图中的a、b、c、d分别表示粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是（　　） A．衰变过程中粒子的动量守恒 B．磁场方向垂直纸面向里 C．甲图是衰变，乙图是衰变 D．b为粒子的运动轨迹，c为粒子的运动轨迹 【答案】AD 【解析】A．衰变过程中，系统合外力为零，粒子的动量守恒，故A正确； B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子旋转的方向相反，由于粒子和粒子的速度方向未知，故不能判断磁场的方向，故B错误； C．放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故甲图是衰变，乙图是衰变，故C错误； D．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，根据洛伦兹力提供向心力 可得轨迹半径为 可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，粒子和粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则粒子和粒子的轨迹半径比反冲核的轨迹半径大，故b为粒子的运动轨迹，c为粒子的运动轨迹，故D正确。故选AD。 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（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______(选填“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________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 【答案】中子 核裂变 【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，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 12．（9分）原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍。那么： (1)该衰变是________(填“α衰变”或“β衰变”)。 (2)沿小圆运动的是________(填“射线粒子”或“反冲核”)。 (3)原子核A的原子序数是________。 【答案】(1)β衰变　(2)反冲核　(3)n－1 【解析】(1)静止的原子核发生衰变过程中动量守恒，故射线粒子与反冲核动量大小相等，方向相反，二者形成的轨迹是内切圆，在切点处两者受到的洛伦兹力方向相同，结合左手定则可知两粒子电性相反，则该衰变为β衰变。 (2)带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力充当向心力有Bqv＝m，可得r＝，而两粒子动量大小相同，则轨迹半径之比为所带电荷量的反比，β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则β粒子的轨迹半径较大，因此沿小圆运动的是反冲核。 (3)β粒子电荷数为－1，由(2)及题意可知，反冲核的电荷数即原子序数为n，则可得原子核A的原子序数为n－1。 13．（12分）某放射性元素经过9天后，只剩下没有衰变，它的半衰期是多少天？为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变次。现将这瓶溶液倒入水库，9天后在水库中取水样（可认为溶液已均匀分布），测得水样每分钟衰变20次。请估算水库中水的体积V。 【答案】3天， 【详解】由半衰期公式 结合天，解得天 依题意可知 解得 14．(14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式是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) 【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 得x＝10 (2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m 由爱因斯坦质能方程可知，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 同时：E＝NAΔE 可得：M＝＝ kg≈22 kg。 15．（18分）镭（）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发放出粒子而变成新核，已知的质量，的质量，粒子的质量。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求： （1）粒子与核在磁场中运动的半径之比和周期之比； （2）衰变过程中放出的能量（）。    【答案】（1），；（2） 【解析】（1）静止的镭核衰变时动量守恒，粒子与核运动方向相反，因此均带正电，在磁场中所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反；又因粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，故两粒子的运动轨迹为两外切圆，由动量守恒知 由 可得 由电荷数守恒可知核的电荷量为 可知粒子与核在磁场中运动的半径之比 由周期公式 可知粒子与核在磁场中运动的周期之比为 （2）衰变过程中的质量亏损 衰变过程中放出的能量为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 人教版新教材 物理选择性必修第三册 第五章《原子核》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 单项选择题（本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求） 1．我国于2024年1月研发出全球首款民用核电池，它最大的特点是可以实现50年稳定发电。该核电池利用镍63来工作，其核反应方程为，则是（　　） A． B． C． D． 2．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现射线、射线、射线的穿透本领不同。图1为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是（　　） A．射线、射线、射线 B．射线、射线、射线 C．射线、射线、射线 D．射线、射线、射线 3．二十世纪初，爱因斯坦、卢瑟福、波尔等物理学家相继取得了一系列重要的成果，他们的发现对人类文明的进程产生了深远的影响。下列关于该段时间内的物理学成就的描述正确的是（　　） A．是重核的裂变，它是目前核电站反应堆工作原理之一 B．是轻核的聚变，该反应会释放能量，原因是的比结合能比和的比结合能都小 C．根据狭义相对论，任何情况下测得的光速都是相同的 D．根据爱因斯坦的光电效应方程Ekm=hν – W，逸出光电子的最大初速度的大小与照射光的频率成线性关系 4．放射性同位素钍232经α、β衰衰变会生成氡，其衰变方程为。则下列说法中正确的是（　　） A．衰变方程中 B．氡核的比结合能大于钍核的比结合能 C．钍核α衰变的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α粒子、β粒子与氡核的质量之和等于衰变前钍核的质量 5．中科院EAST全超导托卡马克装置，被称为中国的“人造太阳”，已实现了1.6亿度（约为太阳中心温度的10倍）等离子体运行。其核反应方程是：，则（　　） A．的结合能小于与结合能之和 B．该反应前后核子的总质量相等 C．的比结合能小于的比结合能 D．X为中子 6．我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90％，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是（　　） A．核的结合能比核的结合能更小 B．两个核结合成时要释放能量 C．两个结合成存在能量与质量的相互转化 D．中核子的平均质量比中核子的平均质量小 7．图为铀238衰变为钍234过程中铀核质量随时间变化图像，则（　　） A．原子核衰变过程中不释放核能 B．铀238衰变为钍234同时放出电子 C．铀238半衰期为年 D．环境温度降低衰变速度将变慢 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核的质量分别为、，下列说法正确的是（    ） A．该核反应中会生成中子（） B．该核反应中会生成电子（） C．该核反应中质量亏损小于 D．该核反应方程是 9．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，真空中光速为c，则下列说法中正确的是（　　） A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2 D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2 10．钚239既可能发生衰变，也可能发生衰变。将钚239核置于匀强磁场中，衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直，图中的a、b、c、d分别表示粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是（　　） A．衰变过程中粒子的动量守恒 B．磁场方向垂直纸面向里 C．甲图是衰变，乙图是衰变 D．b为粒子的运动轨迹，c为粒子的运动轨迹 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（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______(选填“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________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 12．（9分）原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍。那么： (1)该衰变是________(填“α衰变”或“β衰变”)。 (2)沿小圆运动的是________(填“射线粒子”或“反冲核”)。 (3)原子核A的原子序数是________。 13．（12分）某放射性元素经过9天后，只剩下没有衰变，它的半衰期是多少天？为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变次。现将这瓶溶液倒入水库，9天后在水库中取水样（可认为溶液已均匀分布），测得水样每分钟衰变20次。请估算水库中水的体积V。 14．(14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式是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) 15．（18分）镭（）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发放出粒子而变成新核，已知的质量，的质量，粒子的质量。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求： （1）粒子与核在磁场中运动的半径之比和周期之比； （2）衰变过程中放出的能量（）。    原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$