2024-2025學年高中物理第四章原子核章末質(zhì)量評估含解析粵教版選修3-5

PAGE6-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．在每小題給出的四個選項中，只有一個選項符合題目要求，選對的得3分，選錯或不答的得0分)1．原子核發(fā)生β衰變時，此β粒子是()A．原子核外的最外層電子B．原子核外的電子躍遷時放出的光子C．原子核內(nèi)存在著電子D．原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子時，放射出一個電子解析：因原子核是由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子組成的．原子核內(nèi)并不含電子，但在肯定條件下，一個中子可以轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個負電子，一個質(zhì)子可以轉(zhuǎn)化成一個中子和一個正電子，其轉(zhuǎn)化可用下式表示：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e.可看出β粒子(負電子)是由原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化而來．答案：D2．某種元素不同同位素的原子核內(nèi)，中子數(shù)N與原子核質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系是()解析：同位素的質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，而質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)，設(shè)質(zhì)子數(shù)為M，則有：A＝N＋M，所以C正確．答案：C3．關(guān)于放射性元素發(fā)出的三種射線，下列說法正確的是()A．α粒子就是氫原子核，它的穿透本事很強B．β射線是電子流，其速度接近光速C．γ射線是一種頻率很高的電磁波，它的穿透本事很弱D．三種射線中，α射線的電離本事最弱，γ射線的電離本事最強解析：α射線是高速He核流，帶正電，它的穿透本事很弱，A項錯誤；β射線是高速電子流，其速度接近光速，B項正確；γ射線是波長很短、頻率很高的電磁波，它的穿透本事很強，C項錯誤；α、β、γ、三種射線中穿透實力最強的是γ射線，α射線穿透實力最弱，一張厚的黑紙可以攔住α射線．電離實力最強的是α射線，γ射線電離實力最弱，D項錯誤．答案：B4．原子核eq\o\al(A,Z)X與氘核eq\o\al(2,1)H反應生成一個α粒子和一個質(zhì)子．由此可知()A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2解析：寫出核反應方程：eq\o\al(A,Z)X＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，列方程：A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得：A＝3，Z＝2，故答案為D.答案：D5．某放射性元素經(jīng)過11.4天有eq\f(7,8)的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為()A．1.4天 B．7.6天C．5.7天 D．3.8天解析：有eq\f(7,8)的原子核發(fā)生了衰變，即有eq\f(1,8)的原子核未發(fā)生衰變．據(jù)m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))代入數(shù)據(jù)解得：t＝3T＝11.4天，即T＝3.8天．故ABC錯誤，D正確．答案：D6.eq\o\al(235,92)U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成EQ\o(\s\up8(207),\s\do3(82))Pb，則()A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18解析：本題考查了原子核衰變的規(guī)律，解題的關(guān)鍵是抓住原子核發(fā)生α衰變和β衰變時原子核質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)的改變規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進行有關(guān)計算，原子核每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)量數(shù)削減4，電荷數(shù)削減2；每發(fā)生一次β衰變，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1.比較這兩種原子核，質(zhì)量數(shù)削減28，說明發(fā)生了7次α衰變，電荷數(shù)應削減14，而電荷數(shù)削減10，說明發(fā)生了4次β衰變，B項正確．答案：B7．原子核聚變可望給人類將來供應豐富的干凈能源．當氘等離子體被加熱到適當高溫時，氘核參加的幾種聚變反應可能發(fā)生，并放出能量．這幾種反應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＋43.15MeV，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：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分別有4k＋d＝10，2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正確選項為B.答案：B8．關(guān)于原子核及其改變，下列說法中正確的是()A．衰變和裂變都能自發(fā)的發(fā)生B．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分C．上升溫度可以使放射性元素的半衰期縮短D．同種放射性元素在化合物中的半衰期與單質(zhì)中的半衰期相等解析：衰變能自發(fā)發(fā)生，裂變不能自發(fā)發(fā)生，故A錯誤；β衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時產(chǎn)生電子的過程，但電子不是原子核的組成部分，故B錯誤；元素原子核的半衰期是由元素本身確定，與元素所處的物理和化學狀態(tài)無關(guān)，故C錯誤，D正確．答案：D9．靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn放出α粒子后變成釙核eq\o\al(218,84)Po，α粒子動能為Eα.若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能，真空中的光速為c，則該反應中的質(zhì)量虧損為()A.eq\f(4,218)·eq\f(Eα,c2) B．0C.eq\f(222,218)·eq\f(Eα,c2) D.eq\f(218,222)·eq\f(Eα,c2)解析：由于動量守恒，反沖核和α粒子的動量大小相等，由Ek＝eq\f(p2,2m)∝eq\f(1,m)，它們的動能之比為4∶218，因此衰變釋放的總能量是eq\f(222,218)Eα，由質(zhì)能方程得質(zhì)量虧損是eq\f(222,218)·eq\f(Eα,c2).答案：C10．典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時放出x個中子：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，鈾235質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，鋇144質(zhì)量為m3，氪89的質(zhì)量為m4，下列說法正確的是()A．該核反應類型屬于人工轉(zhuǎn)變B．該反應放出能量(m1－m2－m3－m4)c2C．x的值是3D．該核反應比聚變反應對環(huán)境的污染少解析：該核反應是核裂變，不是人工轉(zhuǎn)變，故A錯誤；核反應方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n中依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3；依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，該反應放出能量為：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B錯誤，C正確；該核反應生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯誤．答案：C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，有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分)11．下列關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程的說法中正確的是()A．E＝mc2中的E是物體以光速c運動的動能B．E＝mc2是物體各種形式能的總和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反應中，虧損的質(zhì)量Δm轉(zhuǎn)化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反應中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動質(zhì)量，被放出的能量帶走解析：由愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2表明物體的質(zhì)量與其他各種形式的能量之間的關(guān)系，選項A錯誤，B正確：ΔE＝Δmc2表明，在核反應中，虧損Δm質(zhì)量將產(chǎn)生ΔE＝Δmc2的能量，選項C錯誤，D正確．答案：BD12．下列核反應方程及其表述中正確的是()A.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是原子核的β衰變B.eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H是原子核的α衰變C.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉(zhuǎn)變D.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(92,36)Kr＋eq\o\al(141,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n是重核的裂變反應解析：A是β衰變方程，故A正確；B是輕核聚變方程，故B錯誤；C是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，故C正確；D是重核的裂變反應，故D正確．答案：ACD13．核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線．下列說法正確的是()A．碘131釋放的β射線由氦核組成B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量大于可見光光子能量C．與銫137相比，碘131衰變更慢D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)解析：該題綜合考查了衰變規(guī)律和同位素的相關(guān)問題，原子核中不包含β射線，A錯；γ光子的能量大于可見光光子的能量，B正確；銫137的半衰期長，衰變更慢，C錯；銫133和銫137是同位素，含有相同的質(zhì)子數(shù)，D選項正確．答案：BD14．下列說法正確的是()A．用γ射線治療腫瘤時肯定要嚴格限制劑量，以免對人體正常組織造成太大的損害B．兩個質(zhì)子間，不管距離如何，總有核力存在，且核力總是大于庫侖力C．放射性元素的半衰期與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)有關(guān)D．核子結(jié)合成原子核肯定有質(zhì)量虧損，釋放出能量解析：γ射線對人體細胞損害太大，因此不能用來人體透視，在用于治療腫瘤時要嚴格限制劑量，A項正確；核力是短程力，當距離超過1.5×10－15m時核力為零，B項錯誤；半衰期與原子核本身有關(guān)，與外界因素無關(guān)，C項錯誤；核子結(jié)合成原子核肯定有質(zhì)量虧損，釋放出能量，例如輕核聚變，D項正確．答案：AD三、非選擇題(本題共4小題，共54分．把答案填在題中的橫線上或按題目要求作答．解答時應寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟．只寫出最終答案的不能得分．答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)15．(12分)完成下列核反應方程，并指出核反應的類型．(1)eq\o\al(3,2)He＋________→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，是________變．(2)eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋________，是________變．(3)eq\o\al(23,11)Na＋________→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H，是________變．(4)EQ\o(\s\up8(235),\s\do3(92))U＋eq\o\al(1,0)n→EQ\o(\s\up8(142),\s\do3(56))Ba＋eq\o\al(91,36)Kr＋3______，是______變．解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可推斷粒子種類．答案：(1)eq\o\al(2,1)H聚(2)eq\o\al(0,－1)eβ衰(3)eq\o\al(2,1)H人工轉(zhuǎn)(4)eq\o\al(1,0)n裂16．(12分)(1)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應，當溫度達到108K時，可以發(fā)生“氦燃燒”．完成“氦燃燒”的核反應方程為：eq\o\al(4,2)He＋______→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s．肯定質(zhì)量的Be，經(jīng)7.8×10－16s后所剩Be占起先時的__________________．(3)一個中子與某原子核發(fā)生核反應，生成一個氘核，其核反應方程式為____________．該反應放出的能量為Q，則氘核的平均結(jié)合能為______．(4)太陽內(nèi)部不停地進行著熱核反應(氫聚變?yōu)楹?，同時釋放出巨大的能量．太陽能的特點之一是不________環(huán)境，太陽能電池是依據(jù)在半導體中發(fā)生的________效應制成的．解析：(1)依據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為eq\o\al(4,2)He.(2)半衰期為2.6×10－16s，經(jīng)7.8×10－16s，即3個半衰期，依據(jù)eq\f(m,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(3)＝eq\f(1,8)知，剩余eq\o\al(8,4)Be占起先時的eq\f(1,8)＝12.5%.(3)由質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可知，核反應方程式為：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H；氘核的平均結(jié)合能為eq\f(Q,2)；(4)太陽內(nèi)部不停地進行著熱核反應(氫聚變?yōu)楹?，同時釋放出巨大的能量．太陽能的特點之一是不污染環(huán)境，太陽能電池是依據(jù)在半導體中發(fā)生的光電效應制成的．答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)12.5%(3)eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)Heq\f(Q,2)(4)污染光電17．(14分)山東煙臺海陽核電站項目，一期工程和2號常規(guī)島正在進行設(shè)備安裝，一期工程規(guī)劃建設(shè)兩臺125萬千瓦AP1000核電機組．假如鈾235在中子的轟擊下裂變?yōu)閑q\o\al(90,38)Sr和eq\o\al(136,54)Xe，質(zhì)量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1.(1)寫出裂變方程；(2)求出一個鈾核裂變放出的能量；(3)若鈾礦石的濃度為3%，一期工程建成后，一年將消耗多少噸鈾礦石？解析：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n.(2)裂變過程的質(zhì)量虧損Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507u，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝0.1507×931MeV≈140.3MeV.(3)核電站一年的發(fā)電量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60J＝7.884×1016J，由E＝NΔE＝eq\f(m·3%,M)NAΔE，得m＝eq\f(EM,3%·NAΔE)＝eq\f(7.884×1016×235,3%×6.02×1023×140.3×106×1.6×10－19)g≈4.57×107g＝45.7t.答案：(1)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n(2)140.3MeV(3)45.7t18．(16分)1996年清華高校和香港高校的學生合作研制了太陽能汽車，該車是以太陽能電池將所接受的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能而供應應電動機來驅(qū)動的．已知車上太陽能電池接收太陽光能的板面面積為8m2，正對太陽能產(chǎn)生120V的電壓，并對車上的電動機供應10A的電流，電動機的直流電阻為4Ω，而太陽光照耀到地面處時單位面積上的輻射功率為103W/m2.(1)太陽光的能量事實上是由質(zhì)子