高中物理人教版5第十九章原子核 章末質(zhì)量評估(四)

章末質(zhì)量評估(四)(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本大題共10小題，每小題3分，共30分．每小題給出的四個選項中，只有一個選項正確)1．1956年，李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源進行了實驗驗證，1957年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理學(xué)獎.eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe，其中νe是反中微子，它的電荷為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零，則衰變產(chǎn)物eq\o\al(A,Z)Ni的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)分別為()A．60，28 B．60，26C．59，26 D．59，28解析：本題考查考生對原子核變化過程遵守的兩個規(guī)律的掌握．要求考生能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒判斷出核變化方程中粒子的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．答案：A2．當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時，放出MeV的能量，當(dāng)三個α粒子結(jié)合成一個碳核時，放出MeV的能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放的能量為()A．MeV B．MeVC．MeV D．MeV解析：設(shè)中子的質(zhì)量為mn，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，α粒子的質(zhì)量為mα，碳原子核的質(zhì)量為mC.根據(jù)質(zhì)能方程：ΔE1＝MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2，①ΔE2＝MeV＝[3mα－mC]c2，ΔE3＝[6mn＋6mp－mC]c2.③由①②③式得ΔE3＝MeV.答案：C3．放射性元素(eq\o\al(222,)86Rn)經(jīng)α衰變變成釙(eq\o\al(218,)84Po)，半衰期約為天，但勘測表明，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,)86Rn的礦石，其原因是()A．目前地殼中的eq\o\al(222,)86Rn主要來自于其他放射性元素的衰變B．在地球形成初期，地殼中的元素eq\o\al(222,)86Rn的含量足夠多C．當(dāng)衰變產(chǎn)物eq\o\al(218,)84Po積累到一定量以后，eq\o\al(218,)84Po的增加會減慢eq\o\al(222,)86Rn的衰變進程\o\al(222,)86Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期答案：A4．下列說法正確的是()A．研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)Pu)由鈾239(eq\o\al(239,92)U)經(jīng)過4次β衰變而產(chǎn)生B．發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nC．20g的eq\o\al(238,92)U經(jīng)過兩個半衰期后其質(zhì)量變?yōu)?5g\o\al(238,92)U在中子轟擊下，生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的核反應(yīng)前后，原子核的核子總數(shù)減少解析：eq\o\al(239,92)U→eq\o\al(239,94)Pu＋2eq\o\al(0,－1)e發(fā)生2次β衰變，A錯誤．20geq\o\al(238,92)U經(jīng)過兩個半衰期后其質(zhì)量m＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)g＝5g，C錯誤．在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒，D錯誤．所以只有B正確．答案：B5．下列說法中正確的是()A．核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝3C．β衰變中產(chǎn)生的β射線是原子核外電子掙脫原子核束縛后形成的D．4個放射性元素的原子核經(jīng)過一個半衰期后一定還剩下2個沒有發(fā)生衰變解析：核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆中核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工控制下進行，A項正確；根據(jù)核反應(yīng)前后電荷數(shù)守恒規(guī)律，B選項中的d＝2，B項不正確；β衰變是原子核內(nèi)釋放出電子的核反應(yīng)，不是核外電子的逃逸，C項不正確；4個放射性元素的原子核經(jīng)過一個半衰期后，衰變的結(jié)果有多種情況，半衰期是對大量原子核的行為的統(tǒng)計預(yù)測，對幾個核的衰變無法預(yù)測，D項不正確．答案：A6．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與一種核聚變反應(yīng)的方程為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.關(guān)于eq\o\al(3,2)He聚變，下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)不會釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電解析：該聚變反應(yīng)釋放了能量，是因為發(fā)生了質(zhì)量虧損，A、C錯；該聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新原子核eq\o\al(1,1)H，B對；目前核電站都是用重核裂變發(fā)電而不是用輕核裂變，D錯．答案：B7．以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程：x＋eq\o\al(7,3)Li→2y，y＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)O，y＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)C.x、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．質(zhì)子C．中子D．電子解析：由于核反應(yīng)前后電荷數(shù)守恒，則：x＋3＝2y，①y＋7＝x＋8，②y＋4＝z＋6.③由①②③聯(lián)立解得：x＝1，y＝2，z＝0，故z為中子，選項C正確．答案：C8．原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋MeV由平衡條件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得12＝4k＋d＋2，①6＝2k＋d.②解①②得k＝2，d＝2.答案：B9．一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射中的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波長λ＝eq\f(h,（m1＋m2－m3）c2)解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，故選項A錯誤；聚變過程中輻射出γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故選項B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故選項C錯誤；由E＝eq\f(hc,λ)知，γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3)c，故選項D錯誤．答案：B10．一個原來靜止的238U核發(fā)生α衰變，它的兩個產(chǎn)物在垂直于它們速度方向的勻強磁場中運動，它們的軌跡和運動方向(圖中用箭頭表示)可能是下列圖中的(圖中半徑大小沒有按比例畫)()解析：由于發(fā)生的是α衰變，產(chǎn)物是兩個帶正電的粒子，根據(jù)動量守恒定律Mv1＋mvα＝0，可得這兩個新核的運動方向相反，受到的洛倫茲力方向相反，即軌跡應(yīng)該是外切圓，再利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，故D項正確．答案：D二、多項選擇題(本大題共4小題，每小題4分，共16分．在每小題給出的四個選項中有多個選項正確，全部選對得4分，漏選得2分，錯選或不選得0分)11．下列說法中正確的是()A．α射線比β射線更容易使氣體電離B．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自重核的裂變C．γ射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．太陽輻射的能量主要來源于太陽內(nèi)部輕核的聚變解析：α射線有很強的電離作用，β射線電離作用較弱，A正確；核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自重核的裂變，太陽輻射的能量主要來源于太陽內(nèi)部輕核的聚變，B、D正確；γ射線是波長很短的電磁波不帶電，在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C正確．答案：ABCD12．“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個核外電子，核內(nèi)一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，原子核衰變成一個新核，并且放出一個中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電)．若一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計)，則()A．生成的新核與衰變前的原子核質(zhì)量數(shù)相同B．生成新核的核電荷數(shù)增加C．生成的新核與衰變前的原子核互為同位素D．生成的新核與中微子的動量大小相等解析：質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)相同，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，A正確；新核質(zhì)子數(shù)減少，故該電荷數(shù)減少，B錯；新核與原核質(zhì)子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，C錯；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)初動量為零，所以生成的新核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確．答案：AD13.月球的表面長期受到宇宙射線的照射，使得“月壤”中的eq\o\al(3,2)He含量十分豐富．科學(xué)家認(rèn)為，eq\o\al(3,2)He是發(fā)生核聚變的極好原料，將來eq\o\al(3,2)He也許是人類重要的能源，所以探測月球意義十分重大．關(guān)于eq\o\al(3,2)He，下列說法正確的是()\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有三個中子兩個質(zhì)子\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有一個中子兩個質(zhì)子\o\al(3,2)He發(fā)生核聚變，放出能量，一定會發(fā)生質(zhì)量虧損\o\al(3,2)He原子核內(nèi)的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起解析：eq\o\al(3,2)He是氦元素的一種同位素，質(zhì)量數(shù)是3，電荷數(shù)是2，原子核內(nèi)有兩個質(zhì)子一個中子，所以A錯誤、B正確；發(fā)生核聚變放出能量就會有質(zhì)量虧損，C正確；原子核內(nèi)的核子是靠核力緊密結(jié)合在一起的，而不是靠萬有引力緊密結(jié)合在一起的，D錯誤．答案：BC14．據(jù)媒體報道，叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙(eq\o\al(210,84)Po)．若該元素發(fā)生α衰變，其半衰期是138天，衰變方程為eq\o\al(210,84)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則下列說法中正確的是()A．X原子核含有124個中子B．X原子核含有206個核子C．γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級向較低能級躍遷時發(fā)出的D．100g的eq\o\al(210,84)Po經(jīng)276天，已衰變的質(zhì)量為75g解析：X原子核中的核子數(shù)為210－4＝206(個)，B項正確．中子數(shù)為206－(84－2)＝124(個)，A項正確．γ射線是由于核反應(yīng)前后因質(zhì)量虧損釋放的能量以γ光子的形式放出，C項錯．經(jīng)過兩個半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D項正確．答案：ABD三、非選擇題(本題共4小題，共54分．解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)15．(12分)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部四個氫核(eq\o\al(1,1)H)轉(zhuǎn)化成一個氦核(eq\o\al(4,2)He)和兩個正電子(eq\o\al(0,＋1)e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝3u，α粒子的質(zhì)量mα＝6u，正電子的質(zhì)量me＝5u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于MeV的能量．(1)寫出該核反應(yīng)方程．(2)一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少能量(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)?解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，該核反應(yīng)方程為：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e.(2)質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me＝4×3u－6u－2×5u＝6u.ΔE＝6×MeV≈MeV.答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)MeV16．(14分)已知氘核的質(zhì)量mD＝6×10－27kg.如果用入射光子照射氘核使其分為質(zhì)子和中子，質(zhì)子質(zhì)量mp＝6×10－27kg，中子質(zhì)量mn＝9×10－27解析：氘核分為質(zhì)子和中子，增加的質(zhì)量為Δm＝mp＋mn－mD＝6＋9－6)×10－27kg＝9×10－27吸收的入射光子的能量為E＝Δmc2＝9×10－27×(3×108)2J＝×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的頻率為ν＝eq\f(E,h)＝eq\f×10－13,×10－34)Hz≈×1020Hz.答案：×1020Hz17．(14分)(2023·海南卷)一靜止原子核發(fā)生α衰變，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直進入磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，其運動軌跡是半徑為R的圓．已知α粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，新核的質(zhì)量為M，光在真空中的速度大小為c.求衰變前原子核的質(zhì)量．解析：設(shè)衰變產(chǎn)生的α粒子的速度大小為v，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,R).①設(shè)衰變后新核的速度大小為v1，衰變前后動量守恒，有：0＝Mv1－mv.②設(shè)衰變前原子核質(zhì)量為M0，衰變前后能量守恒，有：M0c2＝Mc2＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋mc2＋eq\f(1,2)mv2.③聯(lián)立以上三式解得：M0＝(M＋m)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1＋\f(（qBR）2,2Mmc2))).答案：(M＋m)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1＋\f(（qBR）2,2Mmc2)))18．(14分)钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*立即衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U，并放出能量為MeV的γ光子．已知：eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝1u、mU＝9u和mα＝6u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于MeV的能量．(1)寫出衰變方程；(2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能．解析：(1