新教材2025版高中物理第五章原子核單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)新人教版選擇性必修第三冊(cè)

單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(五)原子核(時(shí)間：75分鐘滿(mǎn)分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分．每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1．太陽(yáng)不斷地向外輻射能量，中心溫度仍能達(dá)到1.5×107K，其主要緣由是太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著猛烈的()A．衰變反應(yīng)B．人工核反應(yīng)C．裂變反應(yīng)D．熱核反應(yīng)2．一個(gè)放射性元素的原子核，發(fā)生一次α衰變，它的()A．質(zhì)子數(shù)削減2，中子數(shù)不變B．質(zhì)子數(shù)增加2，中子數(shù)不變C．質(zhì)子數(shù)增加2，中子數(shù)增加2D．質(zhì)子數(shù)削減2，中子數(shù)削減23．鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是()A．使快中子變慢中子B．使慢中子變快中子C．使反應(yīng)速度加快D．限制反應(yīng)速度4．下列說(shuō)法正確的是()A．電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子B．最早發(fā)覺(jué)的輕子是電子，最早發(fā)覺(jué)的強(qiáng)子是中子C．τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，τ子不屬于輕子D．夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位5．2024年12月30日，中科院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變?cè)囼?yàn)裝置(EAST)在7000萬(wàn)℃的高溫下實(shí)現(xiàn)1056s的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行．若某次聚變反應(yīng)是4個(gè)氫核eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H結(jié)合成1個(gè)氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，同時(shí)釋放出正電子eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e.已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，則此次核反應(yīng)釋放的能量為()A．(4mp－mα－me)c2B．(4mp－mα－2me)c2C．(4mp＋mα－me)c2D．(4mp＋mα－2me)c26．核電池又稱(chēng)“放射性同位素電池”，利用衰變放出的射線(xiàn)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏瞥桑茖W(xué)家利用eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm→eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm＋X反應(yīng)制成核電池，已知eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm的半衰期約為2.6年，eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm、eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(62))Sm原子核及X粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m，真空中的光速為c，則()A．射線(xiàn)粒子X(jué)的符號(hào)是eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eB．5.2年后全部eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核均已衰變C．每個(gè)eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2D．單位時(shí)間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能始終保持不變7．2024年5月，中國(guó)科學(xué)院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變?cè)囼?yàn)裝置(EAST)取得新突破，勝利實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，創(chuàng)建托卡馬克試驗(yàn)裝置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄，向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步．等離子體狀態(tài)不同于固體、液體和氣體的狀態(tài)，被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)．當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí)，假如溫度進(jìn)一步上升，幾乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子，此時(shí)物質(zhì)稱(chēng)為等離子體．在自然界里，火焰、閃電、極光中都會(huì)形成等離子體，太陽(yáng)和全部恒星都是等離子體．下列說(shuō)法不正確的是()A.核聚變釋放的能量源于等離子體中離子的動(dòng)能B．可以用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體C．盡管等離子體整體是電中性，但它是電的良導(dǎo)體D．提高托卡馬克試驗(yàn)裝置運(yùn)行溫度有利于克服等離子體中正離子間的庫(kù)侖斥力二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分．全部選對(duì)得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)8．下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法中正確的是()A．核電站是利用重核裂變產(chǎn)生的能量，所以重核裂變平均核子放出的能量要比輕核聚變平均核子放出的能量多B．輕核聚變產(chǎn)生的廢料具有放射性，為了防止核污染應(yīng)用水泥包袱深埋海底C．隨著科技的發(fā)展，將來(lái)可能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)不再燒油，而改燒海水D．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)9．釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa，同時(shí)伴隨有γ射線(xiàn)產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa＋X，釷的半衰期為24天，則下列說(shuō)法中正確的是()A．X為質(zhì)子B．X為電子C．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D．1g釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th經(jīng)過(guò)120天后還剩0.3125g10．原來(lái)靜止的質(zhì)量為m1的原子核eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，經(jīng)α衰變后變成質(zhì)量為m2的原子核Y，α粒子的質(zhì)量為m3，其速度方向垂直于磁場(chǎng)，動(dòng)能為E0，假定原子核X衰變時(shí)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，質(zhì)子、中子質(zhì)量視為相等，則下列說(shuō)法正確的是()A．核Y與α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期之比為eq\f(A－4,2（Z－2）)B．核Y與α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為eq\f(Z－2,2)C．此衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為m2＋m3－m1D．此衰變過(guò)程中釋放的核能為eq\f(AE0,A－4)三、非選擇題(本題共5小題，共54分)11.(6分)自然界里放射性核元素并非一次衰變就達(dá)到穩(wěn)定，而是發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，直到穩(wěn)定的核元素而終止，這就是級(jí)聯(lián)衰變．某個(gè)釷系的級(jí)聯(lián)衰變過(guò)程如圖(N軸表示中子數(shù)，Z軸表示質(zhì)子數(shù))，圖中Pb→Bi的衰變是________衰變，從eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(90))Th到eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(82))Pb共發(fā)生________次α衰變．12．(10分)在下列描述核反應(yīng)過(guò)程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．13．(10分)正電子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描(Positronemissiontomography，簡(jiǎn)稱(chēng)PET)是一種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它的基本原理是將放射性同位素氟-18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)注入人體，參加人體的代謝過(guò)程．氟-18(eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(9))F)在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，被探測(cè)器探測(cè)到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清楚的圖像(如圖甲)，依據(jù)PET原理，回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出氟-18的衰變的方程式及正、負(fù)電子發(fā)生湮滅的方程式．(2)依據(jù)氟-18的衰變規(guī)律(如圖乙)(縱坐標(biāo)eq\f(N,N0)表示隨意時(shí)刻放射性元素的原子數(shù)與t＝0時(shí)的原子數(shù)之比)，氟-18的半衰期為多長(zhǎng)時(shí)間？經(jīng)過(guò)5小時(shí)人體內(nèi)氟-18的殘留量是初始時(shí)的百分之幾？14．(12分)現(xiàn)在的核電站廣泛采納的核反應(yīng)方程之一是：eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(143),\s\do1(60))Nd＋Zr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋8eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e＋eq\o(v,\s\up6(－))(1)核反應(yīng)方程中的eq\o(v,\s\up6(－))是反中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)．(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u；又知1u＝1.6606×10－27kg.試計(jì)算1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？15.(16分)一個(gè)靜止的鈾核eq\o\al(\s\up1(232),\s\do1(92))U放出一個(gè)α粒子后衰變成釷核Th.(1)寫(xiě)出鈾核的衰變反應(yīng)方程；(2)圖中的軌跡哪個(gè)是α粒子，哪個(gè)是釷核Th，并求出α粒子與釷核運(yùn)動(dòng)半徑的比；(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，已知α粒子的動(dòng)能為E0，則在此衰變過(guò)程中釋放的能量為多少？單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(五)1．解析：太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著猛烈的熱核反應(yīng)，故選項(xiàng)D正確．答案：D2．解析：依據(jù)原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒可知，發(fā)生一次α衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)削減2、中子數(shù)削減2，D正確．答案：D3．解析：在核反應(yīng)堆中慢化劑的作用是使快中子變?yōu)槁凶?，鎘汲取中子的實(shí)力很強(qiáng)，鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是限制反應(yīng)速度，D正確．答案：D4．解析：由于質(zhì)子、中子本身也有自己的困難的結(jié)構(gòu)，故它們不是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子，A錯(cuò)誤；最早發(fā)覺(jué)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)覺(jué)的輕子是電子，B錯(cuò)誤；τ子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，C錯(cuò)誤；不同夸克帶的電荷不同，分別為＋eq\f(2,3)e和－eq\f(e,3)，說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位，D正確．答案：D5．解析：核聚變方程為4eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e，依據(jù)質(zhì)能方程，可知核反應(yīng)釋放的能量ΔE＝(4mp－mα－2me)c2，故選B.答案：B6．解析：依據(jù)核反應(yīng)過(guò)程電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知射線(xiàn)粒子X(jué)的符號(hào)是0－1e，故A錯(cuò)誤；5.2年后經(jīng)過(guò)了2個(gè)半衰期，所以有eq\f(3,4)eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1(61))Pm原子核已衰變，故B錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得，每個(gè)eq\o\al(\s\up1(147),\s\do1())61Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2，故C正確；由能量守恒定律可知核電池衰變后，單位時(shí)間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能會(huì)漸漸減小，故D錯(cuò)誤．答案：C7．解析：核聚變釋放的能量源于來(lái)自于原子核的質(zhì)量虧損，A錯(cuò)誤；帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用而不飛散，故可以用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體，B正確；等離子體是各種粒子的混合體，整體是電中性的，但有大量的自由粒子，故它是電的良導(dǎo)體，C正確；提高托卡馬克試驗(yàn)裝置運(yùn)行溫度，增大了等離子體的內(nèi)能，使它們具有足夠的動(dòng)能來(lái)克服庫(kù)侖斥力，有利于克服等離子體中正離子間的庫(kù)侖斥力，D正確．本題選擇錯(cuò)誤的，選A.答案：A8．解析：目前核電站是利用重核裂變，其主要緣由是裂變反應(yīng)可以限制，且放出的能量比化石燃料要多許多，但與輕核聚變相比較，輕核聚變平均每個(gè)核子放出的能量要比重核裂變平均每個(gè)核子放出的能量大3～4倍，所以A錯(cuò)誤；輕核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的放射性廢料少，處理起來(lái)比較簡(jiǎn)單，而重核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的廢料須要裝入特制的容器，深埋地下，所以B錯(cuò)誤；輕核聚變的主要燃料氘在海水中含量豐富，每升海水中含有0.03g氘，隨著科技的發(fā)展，一旦輕核聚變反應(yīng)可限制，我們的汽車(chē)可以干脆利用海水中的氘資源，所以C正確；輕核聚變反應(yīng)須要輕核之間的距離達(dá)到10－15m以?xún)?nèi)，須要克服庫(kù)侖斥力，所以原子核必需有足夠的動(dòng)能，氫彈利用原子彈爆炸獲得高溫引發(fā)熱核反應(yīng)，所以D正確．答案：CD9．解析：依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過(guò)程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤，B正確；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由釷核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故C正確；釷的半衰期為24天，經(jīng)過(guò)120天即經(jīng)過(guò)5個(gè)半衰期，故1g釷eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th經(jīng)過(guò)120天后還剩0.03125g，故D錯(cuò)誤．答案：BC10．解析：依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(A－4),\s\do1(Z－2))Y，依據(jù)周期公式T＝eq\f(2πm,qB)，得周期之比為eq\f(TY,Tα)＝eq\f(mY,qY)∶eq\f(mα,qα)＝eq\f(A－4,Z－2)·eq\f(2,4)＝eq\f(A－4,2（Z－2）)，故A正確；依據(jù)半徑公式r＝eq\f(mv,qB)，又mv＝p(動(dòng)量)，則得：r＝eq\f(p,qB)①，在衰變過(guò)程中遵守動(dòng)量守恒定律，依據(jù)動(dòng)量守恒定律得：0＝pY－pα，則pY＝pα②，由①②得：半徑之比為eq\f(rY,rα)＝eq\f(qα,qY)＝eq\f(2,Z－2)，故B錯(cuò)誤；該過(guò)程質(zhì)量虧損Δm＝m1－(m2＋m3)，故C錯(cuò)誤；由Ek＝eq\f(p2,2m)知Y核的動(dòng)能EkY＝eq\f(4E0,A－4)，則釋放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝eq\f(AE0,A－4)，故D正確．答案：AD11．解析：由N-Z圖像可知，Pb、Bi的核子數(shù)(質(zhì)量數(shù)212)相等，但Pb的質(zhì)子數(shù)比Bi少1，因此Pb→Bi的衰變是β衰變．每發(fā)生一次α衰變，其質(zhì)量數(shù)削減4，質(zhì)子數(shù)將少2，由題圖可知從90232Th到答案：β612．解析：A和B的反應(yīng)生成物里都有電子，屬于β衰變；C的反應(yīng)生成物里有α粒子，是α衰變；裂變是重核裂變成輕核，屬于裂變的是E；聚變是輕核生成重核，屬于聚變的是F.答案：CA、BEF13．解析：(1)依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，則有氟-18的衰變方程：eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e正、負(fù)電子湮滅方程：eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ.(2)氟-18的半衰期為：T＝100min當(dāng)t＝5×60min＝300min時(shí)，由N＝N0(eq\f(1,2))eq\s\up6(\f(t,T))可得：eq\f(N,N0)＝12.5%.答案：(1)eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())9F→eq\o\al(\s\up1(18),\s\do1())8O＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eeq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e→2γ(2)100min12.5%14．解析：(1)鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8