第5章 原子核 章末过关检测(五)(Word练习)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

章末过关检测(五) (时间：75分钟　分值：100分) 一、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，只有一项符合题目要求。 1．下列能揭示原子具有核式结构的是(　　) A．α粒子散射实验 B．天然放射现象 C．电子的发现 D．氢原子光谱是线状谱 解析：选A。α粒子散射实验的结果是：绝大多数α粒子能直线通过，少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子的偏转角超过90°，个别α粒子偏转角达到180°。所以α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构。 2．关于γ射线，下列说法不正确的是(　　) A．它是处于激发态的原子核放射的 B．它是原子内层电子受到激发时产生的 C．它是一种不带电的光子流 D．它是波长极短的电磁波 解析：选B。γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种不带电的光子流。 3．某种放射性元素的半衰期为4天，现在取这种元素2 kg，经过12天后，发生衰变的元素质量为(　　) A．1.75 kg B．1.5 kg C．0.5 kg D．1.0 kg 解析：选A。12天表示半衰期的个数n＝＝3，根据半衰期公式有m余＝m0·＝2× kg＝ kg，则发生衰变的元素质量m＝m0－m余＝ kg＝1.75 kg。 4．碳14是一种放射性元素，碳14衰变后变成氮14，则(　　) A．碳14发生的是α衰变 B．碳14、氮14的比结合能相等 C．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个 D．当氮14数量是碳14数量的3倍时，碳14衰变所经历的时间为两个半衰期 解析：选D。碳14衰变后变成氮14，质量数没有变化，只是质子数增加了1，所以碳14发生的是β衰变，故A错误；碳14的比结合能小于氮14的比结合能，故B错误；半衰期是统计规律，对于少数原子核不适用，故C错误；根据原子核半衰期公式N＝N0，当氮14数量是碳14数量的3倍时，可得n＝2，所以碳14衰变所经历的时间为两个半衰期，故D正确。 5．2023年，中国全超导托卡马克核反应实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403 s。核技术于现代社会的应用非常广泛，人类对于核反应的研究已经覆盖到电力、医疗、军事、工业等各个领域，下列核反应方程中括号内的粒子为α粒子的是(　　) A．Th→Pa＋(　　) B．(　　)＋U→Ba＋Kr＋3n C．(　　)＋N→O＋H D．n＋(　　)→H＋γ 解析：选C。由于质量数与核电荷数守恒，粒子质量数为0，质子数为－1，为电子，A错误；粒子质量数为1，质子数为0，为中子，B错误；粒子质量数为4，质子数为2，为α粒子，C正确；粒子质量数为1，质子数为1，为质子，D错误。 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，以下判断正确的是(　　) A．O核的结合能比Li核的结合能更小 B．两个H核结合成He时要释放能量 C．两个H结合成He存在能量与质量的相互转化 D．U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小 解析：选B。由题图可知，Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为30 MeV，O核的比结合能约为8 MeV，则O核的结合能约为128 MeV，所以O核的结合能比Li核的结合能更大，故A错误；由题图可知，H的比结合能约为1 eV，则两个H的结合能约为4 eV，He的比结合能约为7 eV，则He的结合能为28 eV，可知He的结合能大于两个H的结合能，则两个H核结合成He时要释放能量，故B正确；由质能方程可知，能量与质量之间存在着一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；由题图可知，U核的比结合能比Ba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U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大，故D错误。 7．2023年11月16日《红星新闻网》报道，进入11月，成都科创领域喜讯不断、活力澎湃，新一代“人造太阳”，中国环流三号实现115万安培放电……中国环流三号，是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，它也被称为新一代“人造太阳”。下列说法正确的是(　　) A．“中国环流三号”可将铀或钚聚变 B．氘和氚聚变的核反应方程式为H＋H→He C．“氦－3”聚变不产生中子，对环境非常安全，是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料 D．氢的同位素H(氚)具有放射性，半衰期为12.46年，现有100个氚原子核，经过12.46年后剩下50个氚原子核 解析：选C。铀或钚是重核，一般发生裂变，而“中国环流三号”是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，不可将铀或钚聚变，故A错误；氘和氚聚变的核反应方程式为H＋H→He＋n，故B错误；“氦－3”聚变不产生中子，对环境非常安全，是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料，故C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故D错误。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。 8．钴弹是只存在于设想中的核武器，假设在中子弹外面裹一层钴59，中子弹爆炸发出的中子打在钴59上，变成具有放射性的钴(Co)，钴(Co)衰变成镍(Ni)，同时放射出1.17～1.33 MeV的γ射线，其半衰期为5.27年。下列说法正确的是(　　) A．Co属于自然界中常见的同位素 B．Ni比Co更稳定 C．Co经过β衰变，衰变成Ni D．8个钴60经过21.08年全部衰变成镍 解析：选BC。钴在自然界中只存在一种稳定的同位素Co，故A错误；Co经过β衰变，衰变成Ni，则Ni比Co更稳定，故B、C正确；半衰期对应的是大量原子核衰变的统计规律，对于少量的原子核不成立，故D错误。 9．目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工转变。下列核反应方程类型正确的是(　　) A．核聚变：N＋He→O＋H B．β衰变：Th→Pa＋e C．核裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n D．原子核的人工转变：H＋H→He＋n 解析：选BC。核反应N＋He→O＋H是实验室内用α粒子轰击氮14原子核产生的核反应，属于原子核的人工转变，故A错误；核反应Th→Pa＋e是钍234原子核的β衰变，衰变时原子核放出一个电子，同时增加一个质子，故B正确；核反应U＋n→Ba＋Kr＋3n是铀235原子核俘获慢中子后的裂变反应，故C正确；核反应H＋H→He＋n是典型的轻核聚变反应，故D错误。 10．2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。下列关于核反应方程H＋H→He＋X的说法，正确的是(　　) A．X是中子 B．该核反应属于原子核的人工转变 C．该核反应过程电荷数和质量均守恒 D．He的比结合能大于H的比结合能 解析：选AD。核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以质量不守恒，故C错误；由电荷数和质量数守恒可知核反应方程为H＋H→He＋n，所以X是中子，故A正确；该核反应属于核聚变，故B错误；原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能大，故He的比结合能大于H的比结合能，故D正确。 三、非选择题：本题共6小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 11．(4分)放射性元素Po衰变为Pb，此衰变过程的核衰变方程是________________；用此衰变过程中发出的射线轰击F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是_____________________。 解析：根据核反应中的质量数、电荷数守恒，可以求出新生粒子为He，另一粒子为H。方程式中一定要使用箭头，不能用等号。 答案：Po→Pb＋He　　He＋F→Ne＋H 12．(8分)完成下列核反应方程，并说明下列核反应属于哪一类(衰变、人工转变、裂变、聚变)。 U→Th＋________，________ H＋H→________＋n，________ He＋Be→________＋n，________ U＋______→Ba＋Kr＋3n，______ 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为U→Th＋He，这属于α衰变。核反应方程为H＋H→He＋n，这属于核聚变。核反应方程为He＋Be→6C＋n，这属于人工转变。核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，这属于重核裂变。 答案：He　衰变　He　聚变　6C　人工转变　n　裂变 13．(8分)一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子。已知铀核(U)的质量为3.853 1×10－25 kg，钍核(Th)的质量为3.786 6×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 7×10－27 kg。 (1)写出铀核衰变为钍核时的α衰变方程。 (2)在这个衰变过程中释放的能量为多少焦耳(结果保留3位有效数字)? 解析：(1)根据质量数与电荷数守恒，铀核衰变为钍核时的α衰变方程为U→Th＋He。 (2)根据质能方程有 ΔE＝Δmc2＝(3.853 1×10－25－3.786 6×10－25－6.646 7×10－27)×(3×108)2 J＝2.97×10－13 J。 答案：(1)U→Th＋He　(2)2.97×10－13 J 14．(10分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238。 (1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？ (2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。 解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0知剩余的铀238质量m＝2×kg＝1 kg，在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m1＝(m0－m)，则m1＝ kg≈0.866 kg，即矿石中含有铅0.866 kg。 (2)设此矿石中铀238原来的质量为m0′，此矿石的年龄为t′，则现在剩余的铀238的质量m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238的质量为m0′－m′＝m0′，设铅206的质量为mx，则＝，即mx＝m0′，所以现在矿石中的铀、铅含量之比＝＝，解得t＝2τ＝90亿年。 答案：(1)1 kg　0.866 kg　(2)90亿年 15．(12分)“硼中子俘获疗法”是治疗肿瘤的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(5B)吸收慢中子后变的不稳定，会转变成一个新核和一个α粒子，同时释放出γ射线。一个硼核吸收一个中子后处于静止状态，然后发生核反应，此过程中释放的核能一部分转化为新核和α粒子的动能，另一部分以γ射线的形式释放。已知新核的动能为E，γ射线的能量为E0，真空中的光速为c。 (1)写出核反应方程。 (2)求核反应过程中亏损的质量。 解析：(1)根据反应前后质子数、质量数守恒可得 B＋n→Li＋He＋γ。 (2)根据动量守恒得pα＝－p新核 动能和动量的关系为Ek＝，可得＝ 反应过程中放出的能量ΔE＝Ek新＋Ekα＋E0 根据质能方程ΔE＝Δmc2 解得Δm＝＝。 答案：(1) B＋n→Li＋He＋γ　(2) 16．(12分)利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)。已知光速为c。 (1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程。 (2)计算该衰变反应中释放出的核能。 (3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？ 解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X粒子质量数为4，电荷数为2，则知X是α粒子，其核反应方程为Pu→U＋He。 (2)根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量 E＝c2。 (3)系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα，根据动能与动量的关系可得Ek＝∝，设α粒子的动能为Ek1，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E，解得Ek1＝(m1－m2－m3)c2。 答案：(1)α粒子　Pu→U＋He (2)c2　(3)c2 学科网（北京）股份有限公司 $