2025高考物理 人教版選擇性必修第3冊專項復習第5章　4、5含答案

2025高考物理人教版選擇性必修第3冊專項復習第5章4、5含答案第五章4.5.基礎(chǔ)達標練1．(多選)下列所述正確的是()A．強子是參與強相互作用的粒子B．輕子是不參與強相互作用的粒子C．膠子是輕子中的一種粒子D．微觀粒子是通過交換規(guī)范玻色子發(fā)生相互作用答案：ABD解析：強子是參與強相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強子，故A正確；輕子是不參與強相互作用的粒子，電子是最早發(fā)現(xiàn)的輕子，故B正確；膠子是負責在兩個夸克之間傳遞強作用力的基本粒子，類似光子負責在兩個帶電粒子之間傳遞電磁力一般，膠子無質(zhì)量，可知膠子不是輕子，故C錯誤；粒子之間的基本相互作用是通過交換某種粒子來傳遞的，即基本相互作用都是由媒介粒子傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子，即微觀粒子是通過交換規(guī)范玻色子發(fā)生相互作用，故D正確。2．下列說法不正確的是()A．核裂變反應中慢化劑的作用是使中子更適于引發(fā)核裂變B．人工產(chǎn)生的熱核反應主要用在核武器上，例如氫彈C．原子彈是利用重核裂變的鏈式反應制成的D．通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最大體積稱為它的臨界體積答案：D解析：核裂變反應中慢化劑的作用是使中子減速，更適于引發(fā)核裂變，A正確；人工產(chǎn)生的熱核反應指輕核聚變，主要用在核武器上，例如氫彈，B正確；原子彈是利用重核裂變的鏈式反應制成的，C正確；通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積稱為它的臨界體積，D錯誤。3．(多選)日本福島第一核電站在地震后，數(shù)秒內(nèi)就將控制棒插入核反應堆內(nèi)，終止了鈾的裂變鏈式反應。但海嘯摧毀了機組的冷卻系統(tǒng)，因裂變遺留的產(chǎn)物銫、鋇等繼續(xù)衰變不斷釋放能量，核燃料棒溫度不斷上升，對周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害。則下列說法正確的是()A．控制棒通過吸收中子來實現(xiàn)對核反應的控制B．控制棒插入核反應堆芯后，被吸收的中子數(shù)量變多C．核裂變遺留物銫、鋇等原子的質(zhì)量可能比鈾原子質(zhì)量大D．核泄漏中放射性物質(zhì)對人類是有害的答案：ABD解析：控制棒通過吸收中子來實現(xiàn)對核反應速度的控制，故A、B正確；核泄漏中放射性物質(zhì)對周邊環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害，故D正確；因為核裂變反應有能量釋放，可知銫、鋇等原子的質(zhì)量比鈾原子質(zhì)量小，故C錯誤。4．(2024·河南許昌一模)2024年1月6日，“華龍一號”4號機組內(nèi)穹頂?shù)跹b就位，我國“華龍一號”是當前核電市場接受度最高的三代核電機型之一，其全面建成有力支撐了我國由核電大國向核電強國的跨越。核反應堆是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量核能。eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，X是某種粒子，a是X粒子的個數(shù)，用mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mX表示X粒子的質(zhì)量，c為真空中的光速。以下說法正確的是()A．X為中子，a＝2B．太陽就是一個巨大的鈾核裂變反應堆C．上述核反應中放出的核能ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2D．鈾塊體積必須達到臨界體積，有質(zhì)子通過時，才能發(fā)生鏈式反應答案：C解析：由電荷數(shù)守恒知X的電荷數(shù)為0，故X為中子，由質(zhì)量數(shù)守恒知a＝3，故A錯誤；太陽發(fā)生的是輕核聚變，所以太陽是一個巨大的熱核反應堆，故B錯誤；由題意知，核反應過程中的質(zhì)量虧損Δm＝mU＋mX－mBa－mKr－3mX，由質(zhì)能方程可知，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mX)c2，故C正確；根據(jù)鏈式反應的條件可知，鈾塊體積必須達到臨界體積，有中子通過時，才能發(fā)生鏈式反應，故D錯誤。5．中國核工業(yè)集團新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”，取得了聚變溫度1.5億攝氏度、等離子體電流2.5兆安培的重要進展，在這個全球競爭的聚變科學項目中一直保持著領(lǐng)先。關(guān)于核聚變反應，下列說法正確的是()A．核聚變反應原理簡單，比裂變反應容易實現(xiàn)B．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加C．太陽目前正在進行的核反應既有聚變反應，也有裂變反應D．核聚變反應的核反應方程可能是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋2eq\o\al(1,0)n答案：B解析：核聚變反應原理簡單，但需要極高的溫度，所以比裂變反應更難實現(xiàn)，選項A錯誤；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過程中要釋放能量，核子的平均質(zhì)量減小，比結(jié)合能增加，選項B正確；太陽目前正在進行的核反應是聚變反應，選項C錯誤；根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，D項中的核反應方程不正確，正確的可能為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。6．(2024·青海模擬預測)宇宙中一些熾熱的恒星通過熱核反應正源源不斷地向外輻射能量，其中一種熱核反應為2eq\o\al(2,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n，若eq\o\al(2,1)H、X的比結(jié)合能分別為E1、E2，光在真空中傳播的速度為c，下列說法正確的是()A．該反應是吸熱反應B．核反應中的X為eq\o\al(4,2)HeC．X的中子數(shù)為1D．核反應中質(zhì)量虧損為eq\f(4E2－E1,c2)答案：C解析：由題意可知該核反應為放熱反應，故A錯誤；根據(jù)核反應前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，可知X為eq\o\al(3,2)He，故B錯誤；X的中子數(shù)為3－2＝1，故C正確；核反應中質(zhì)量虧損為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3E2－4E1,c2)，故D錯誤。7．目前普遍認為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的，u夸克帶電荷量為＋eq\f(2,3)e，d夸克帶電荷量為－eq\f(1,3)e，e為元電荷，下列論斷可能正確的是()A．質(zhì)子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C．質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D．質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成答案：B解析：題目中給出的信息是u夸克與d夸克帶的電荷量，故應從質(zhì)子所帶電荷為e，中子不帶電荷的角度考慮，經(jīng)過分析知B項正確。8．太陽中含有大量的氘核，因氘核不斷發(fā)生核反應釋放大量的核能，以光和熱的形式向外輻射。若已知兩個氘核eq\o\al(2,1)H聚變產(chǎn)生一個中子eq\o\al(1,0)n和一個氦核eq\o\al(3,2)He。已知氘核質(zhì)量為2.0136u，氦核質(zhì)量為3.0150u，中子質(zhì)量為1.0087u,1u的質(zhì)量相當于931.5MeV的能量。則：(1)寫出核反應方程；(2)求核反應中釋放的核能；(3)兩氘核以相等的動能0.35MeV進行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，求反應中產(chǎn)生的中子和氦核的動能。答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)3.26MeV(3)2.97MeV0.99MeV解析：(1)核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。(2)核反應過程中質(zhì)量減少了Δm＝2×2.0136u－1.0087u－3.0150u＝0.0035u釋放的核能ΔE＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV。(3)據(jù)動量守恒定律得p1＋p2＝0而E＝eq\f(p2,2m)，又mHe＝3mn，則En＝3EHe由能量守恒定律得En＋EHe＝ΔE＋2Ek代入數(shù)據(jù)解得En＝2.97MeV，EHe＝0.99MeV。能力提升練9.K－介子衰變方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是帶負電的基元電荷，π0介子不帶電。一個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點相切，它們的半徑RK－與Rπ－之比為2∶1，如圖所示，π0介子的軌跡未畫出，由此可知π－介子的動量大小與π0介子的動量大小之比為()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6答案：C解析：因為RK－＝eq\f(m1v1,Be)，Rπ－＝eq\f(m2v2,Be)，它們的半徑RK－與Rπ－之比為2∶1，因電荷量相同，則eq\f(pK－,pπ－)＝eq\f(2,1)，K－介子在P點發(fā)生衰變，衰變后π－介子的運動方向與K－介子相反，衰變過程動量守恒：pK－＝－pπ－＋pπ0，解得pπ0＝pK－＋pπ－＝3pπ－，所以有eq\f(pπ－,pπ0)＝eq\f(1,3)，選項C正確。10．(多選)在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變反應，釋放出大量核能。已知核反應方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反應堆中發(fā)生的眾多反應中的一種，其中eq\o\al(235,92)U的相對原子質(zhì)量是235.0439u(單位原子質(zhì)量1u＝1.66×10－27kg)，每次該核反應釋放出的核能為173.8MeV?，F(xiàn)有一座核電站發(fā)電能力為3.6×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為45%，假定反應堆中發(fā)生的裂變?nèi)潜绢}中的核反應，下列說法正確的是()A．X是eq\o\al(1,0)n，a＝3B．為使核反應堆持續(xù)正常工作，必須由外界不斷地向鈾塊射入高速中子流C．該裂變反應每次釋放出的核能與氫原子光譜中波長最短的一個光子的能量相當D．該核電站每年(1年按3×107s計算)消耗的鈾核質(zhì)量約為3.4t答案：AD解析：據(jù)電荷數(shù)守恒知X是eq\o\al(1,0)n，據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒知a＝235＋1－141－92＝3，故A正確；核反應過程中產(chǎn)生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，故B錯誤；氫原子光譜波長最短的光子能量為13.6eV，該裂變反應每次釋放出的核能為173.8MeV，兩者不相等，故C錯誤；此核電站一年產(chǎn)生的電能為E電＝Pt。設(shè)質(zhì)量為M的鈾核提供的能量為E總＝eq\f(M,mU)ΔE，又知E電＝ηE總，可得M≈3.4×103kg＝3.4t，故D正確。11．(2024·河北一模)統(tǒng)計顯示，一座百萬千瓦電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸，可見核能是減排效應較大的能源之一。下列對于鈾235相關(guān)的核反應的描述中，說法正確的是()A．鈾塊的體積越小，越容易發(fā)生鏈式反應B．發(fā)生鏈式反應的核反應方程為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．在核反應堆中，中子的速度越快，鈾核越容易發(fā)生核裂變D．核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，主要是為了調(diào)節(jié)中子數(shù)量，控制反應速度答案：D解析：要使鏈式反應發(fā)生，鈾塊必須達到臨界體積，故A錯誤；只有中子轟擊鈾核，才能發(fā)生裂變反應，其方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，故B錯誤；在核反應堆中，中子的速度越快，會與鈾235“擦肩而過”，鈾核越不容易發(fā)生核裂變，故C錯誤；核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，可以吸收中子，主要是為了調(diào)節(jié)中子數(shù)量，控制反應速度，故D正確。12．(多選)圖示為當前普遍使用的“慢中子”核反應堆的示意圖，鈾棒是核燃料，一種典型的鈾核裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，用重水作慢化劑可使快中子減速。假設(shè)中子與重水中的氘核(eq\o\al(2,1)H)的每次碰撞都是彈性正碰，而且認為碰撞前氘核是靜止的，氘核的質(zhì)量是中子的兩倍，則下列說法正確的是()A．鋇核(eq\o\al(144,56)Ba)的比結(jié)合能比鈾核(eq\o\al(235,92)U)的大B．若碰撞前中子的動能為E0，經(jīng)過一次彈性碰撞，中子動能變成eq\f(1,9)E0C．鎘棒插入深一些可增大鏈式反應的速度D．水泥防護層可用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的射線答案：ABD解析：鈾核在裂變過程中，釋放出核能，表明鋇核比鈾核更加穩(wěn)定，所以鋇核的比結(jié)合能要比鈾核的大，故A正確；根據(jù)動量守恒定律有mnv0＝mnv1＋mHv2，根據(jù)能量守恒定律有eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mHveq\o\al(2,2)，由于氘核的質(zhì)量是中子的兩倍，解得v1＝－eq\f(1,3)v0，v2＝eq\f(2,3)v0，可知eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)mneq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)v0))2＝eq\f(1,9)×eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,9)E0，故B正確；鎘棒插入越深，則鎘棒吸收中子數(shù)越多，鏈式反應速度越小，故C錯誤；水泥防護層可以屏蔽裂變產(chǎn)物放出的射線，故D正確。13．“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。中微子的質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下列說法正確的是()A．母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù)B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)C．子核的動量與中微子的動量相同D．子核的動能大于中微子的動能答案：B解析：原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱⒎懦鲆粋€中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。電荷數(shù)少1，質(zhì)量數(shù)不變，故A錯誤，B正確；原子核(稱為母核)俘獲電子的過程中動量守恒，初狀態(tài)系統(tǒng)的總動量為0，則子核的動量和中微子的動量大小相等，方向相反，故C錯誤；子核的動量大小和中微子的動量大小相等，由于中微子的質(zhì)量很小，根據(jù)Ek＝eq\f(p2,2m)，知中微子的動能大于子核的動能，故D錯誤，故選B。14．太陽現(xiàn)在正處于主序星演化階段，它主要是由電子和質(zhì)子、氦核等組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應，核反應為兩個電子與四個質(zhì)子聚變?yōu)楹ぁＲ阎柕馁|(zhì)量為2×1030kg，太陽向周圍空間輻射能量的總功率為3.8×1026W。(1)寫出上述聚變反應的方程；(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.67×10－27kg，氦核質(zhì)量mα＝6.6458×10－27kg，電子質(zhì)量me＝9.0×10－31kg，光速c＝3.0×108m/s，求每發(fā)生一次上述核反應所釋放的能量；(3)根據(jù)題目中數(shù)據(jù)計算太陽1秒鐘減少的質(zhì)量。求太陽還能用多少年？答案：(1)2eq\o\al(0,－1)e＋4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He(2)3.24×10－12J(3)4.2×109kg1.5×1013年解析：(1)根據(jù)聚變反應滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得核反應方程為2eq\o\al(0,－1)e＋4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He。(2)反應中的質(zhì)量虧損Δm＝2me＋4mp－mα＝(2×9.0×10－31＋4×1.67×10－27－6.6458×10－27)kg＝3.6×10－29kg，由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應釋放的能量ΔE＝Δmc2＝3.6×10－29×(3.0×108)2J＝3.24×10－12J。(3)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg，太陽還能用t＝eq\f(m,Δm)＝eq\f(2×1030,4.2×109)s≈4.76×1020s，＝1.5×1013年。綜合學業(yè)質(zhì)量標準檢測本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時間90分鐘。第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共12小題，其中第1～8小題只有一個選項符合題目要求，每小題3分，第9～12小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．下列說法符合歷史事實的是()A．哥白尼的發(fā)現(xiàn)及其所應用的“實驗和邏輯推理相結(jié)合”的科學研究方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端B．牛頓在建立萬有引力定律過程中的“月地檢驗”，證實了地球?qū)υ虑虻囊εc太陽對行星的引力是同種性質(zhì)的力，服從相同的規(guī)律C．麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)了人類直至19世紀中葉對電磁規(guī)律的研究成果，建立了經(jīng)典電磁場理論，預言了電磁波的存在D．目前人們已經(jīng)建立了粒子物理標準模型，在這個模型中，強子，輕子，規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的最基本粒子答案：C解析：伽利略的發(fā)現(xiàn)及其所應用的“實驗和邏輯推理相結(jié)合”的科學研究方法，標志著物理學的真正開端，故A錯誤；“月地檢驗”證實了地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力與地球?qū)υ虑虻囊κ峭N性質(zhì)的力，服從相同的規(guī)律，故B錯誤；麥克斯韋建立了經(jīng)典電磁場理論，預言了電磁波的存在，故C正確；目前人們已經(jīng)建立了粒子物理標準模型，在這個模型中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的最基本粒子，故D錯誤。2．下列說法正確的是()A．圖甲中，當弧光燈發(fā)出的光照射到鋅板上時，與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，發(fā)生光電效應，該效應可以用光的波動性進行解釋B．如圖乙所示為某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，當入射光的頻率為2ν0時，光電子逸出的動能一定等于hν0C．圖丙中，用從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑，不能發(fā)生光電效應D．圖丁是放射性元素發(fā)出的射線在垂直于紙面向里的磁場中偏轉(zhuǎn)示意圖，射線c是β粒子流，來源為原子核內(nèi)答案：D解析：圖甲中，當弧光燈發(fā)出的光照射到鋅板上時，與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，發(fā)生光電效應，該效應可以用光的粒子性進行解釋，故A錯誤；如圖乙所示為某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖像可知逸出功為W0＝hν0，當入射光的頻率為2ν0時，光電子逸出的最大動能為Ek＝2hν0－W0＝hν0，但金屬內(nèi)不同位置電子逸出的動能不一定等于hν0，故B錯誤；圖丙中，根據(jù)E2－E1＝10.2eV，可知用從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑，能發(fā)生光電效應，故C錯誤；圖丁是放射性元素發(fā)出的射線在垂直于紙面向里的磁場中偏轉(zhuǎn)示意圖，根據(jù)左手定則可知射線a帶正電，則射線c是β粒子流，產(chǎn)生原因是原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的，故D正確。3．(2024·廣東佛山二模)正電子發(fā)射計算機斷層掃描是核醫(yī)學領(lǐng)域較先進的臨床檢查影像技術(shù)，使用eq\o\al(11,6)C作為原料產(chǎn)生正電子，其反應方程式為eq\o\al(11,6)C→eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(0,1)e。真空中存在垂直于紙面的勻強磁場，某個靜止的eq\o\al(11,6)C原子核在其中發(fā)生衰變，生成的硼核及正電子運動軌跡及方向如圖所示，則()A．正電子動量大于硼核動量B．空間中磁場方向垂直紙面向外C．半徑較大的軌跡是正電子軌跡D．正電子運動周期大于硼核周期答案：C解析：靜止的eq\o\al(11,6)C原子核在其中發(fā)生衰變，生成的硼核及正電子，由動量守恒定律可得0＝pB＋pe，可知正電子動量大小等于硼核動量，故A錯誤；由qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)，可知半徑較大的軌跡是電荷量小的正電子軌跡，故C正確；由硼核及正電子運動方向，根據(jù)左手定則可知空間中磁場方向垂直紙面向里，故B錯誤；硼核的eq\f(m,q)比正電子的大，由T＝eq\f(2πm,qB)可知正電子運動周期小于硼核周期，故D錯誤。4．在“天宮課堂”上，王亞平用水在兩板之間“搭建了一座橋”，形成了如圖所示的“液橋”，關(guān)于“液橋”下列說法中正確的是()A．“液橋”表面層的水分子之間作用力表現(xiàn)為引力，使得“液橋”表面有收縮的趨勢B．“液橋”表面層的水分子間距小于“液橋”內(nèi)部的水分子間距C．“液橋”的形成與水的表面張力有關(guān)，表面張力的方向總是垂直于“液橋”表面D．王亞平之所以能搭建“液橋”，是因為水在太空中不受地球引力答案：A解析：“液橋”表面層的水分子之間作用力表現(xiàn)為引力，使得“液橋”表面有收縮的趨勢，故A正確；液體的表面張力形成的原因是液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子距離，分子力表現(xiàn)為引力，故B錯誤；液橋的形成是水的表面張力作用的結(jié)果，由液體表面張力產(chǎn)生的原因可知，液體表面張力使液面具有收縮到液體表面積最小的趨勢，因此液體表面張力的方向總是沿液面切線方向，故C錯誤；“液橋”的形成與張力有關(guān)，水在太空中受地球引力，故D錯誤。5．下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定B．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性的C．氡的半衰期是3.8天，100個氡原子經(jīng)過3.8天后還剩50個D．盧瑟福α粒子散射實驗，揭示了原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中答案：B解析：原子核的比結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定，與結(jié)合能的大小無關(guān)，故A錯誤；衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象都是波動性特有的現(xiàn)象，電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，說明電子具有波動性，故B正確；半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對大量原子核衰變成立，對少數(shù)原子核衰變不適用，故C錯誤；盧瑟福α粒子散射實驗，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，而“原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中”是玻爾的原子模型理論，故D錯誤。故選B。6．(2024·天津河西二模)氣壓式電腦升降桌通過汽缸上下運動來支配桌子升降，其簡易結(jié)構(gòu)如圖所示。圓柱形汽缸與桌面固定連接，柱狀活塞與底座固定連接?？勺杂梢苿拥钠着c活塞之間封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸導熱性能良好，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦活動。設(shè)氣體的初始狀態(tài)為A，將電腦放在桌面上保持不動，桌子緩慢下降一段距離后達到穩(wěn)定狀態(tài)B。打開空調(diào)一段時間后，室內(nèi)溫度降低到設(shè)定溫度，穩(wěn)定后氣體狀態(tài)為C。則氣體從狀態(tài)A→B→C的過程中，下列說法正確的是()A．從A到B的過程中，氣體等溫壓縮，壓強增大B．從A到B的過程中，氣體從外界吸熱C．從B到C的過程中，氣體等壓降溫，體積增大D．從B到C的過程中，氣體從外界吸熱答案：A解析：從A到B的過程中，桌子緩慢下降，由于汽缸導熱性能良好，可知氣體等溫壓縮，體積減小，根據(jù)玻意耳定律可知，壓強增大，故A正確；從A到B的過程中，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體會向外界放熱，故B錯誤；從B到C的過程中，桌面受力不變，氣體壓強一定，根據(jù)蓋呂薩克定律可知，溫度降低，體積一定減小，故C錯誤；從B到C的過程中，氣體溫度降低，內(nèi)能減小，體積減小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體會向外界放熱，故D錯誤。7．(2024·北京東城二模)下列有關(guān)熱現(xiàn)象的說法正確的是()A．當物體溫度為0℃時，物體的內(nèi)能為零B．分子間作用力隨分子間距離增大，一定先減小后增大C．氣體分子的速率有大有小，但大量氣體分子的速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布D．一定質(zhì)量的氣體溫度不變時，體積減小，壓強增大，說明每秒撞擊單位面積器壁的分子數(shù)減少答案：C解析：溫度為0℃的物體，分子不停地做無規(guī)則的運動，分子動能不為零，分子間存在相互作用的引力與斥力，分子勢能不為零，故溫度為0℃的物體的內(nèi)能不為零，故A錯誤；當分子間距離增大時，分子間的引力和斥力均減小，斥力減小得快。當分子間距離小于r0時，分子間斥力大于引力，分子力表現(xiàn)為斥力，隨分子間距離的增大而減小；當分子間距離大于r0時，分子間斥力小于引力，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離的增大先增大后減小，故B錯誤；氣體分子的速率有大有小，但大量氣體分子的速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布，故C正確；一定質(zhì)量的氣體溫度不變時，氣體平均分子動能不變，體積減小，氣體分子密度增大，則壓強將增大，故每秒撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增加，故D錯誤。8．(2024·山東棗莊三模)1824年法國工程師卡諾創(chuàng)造性地提出了具有重要理論意義的熱機循環(huán)過程——卡諾循環(huán)，極大地提高了熱機的工作效率。如圖為卡諾循環(huán)的p－V圖像，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開始沿循環(huán)曲線ABCDA回到初始狀態(tài)，其中AB和CD為兩條等溫線，BC和DA為兩條絕熱線。下列說法正確的是()A．在D→A絕熱壓縮過程中，氣體內(nèi)能減小B．一次循環(huán)過程中氣體吸收的熱量小于放出的熱量C．B→C過程氣體對外界做的功等于D→A過程外界對氣體做的功D．B狀態(tài)時氣體分子單位時間對器壁單位面積撞擊次數(shù)比A狀態(tài)多答案：C解析：D→A絕熱壓縮過程中，外界對氣體做功W>0，Q＝0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知ΔU>0，即氣體內(nèi)能增加，故A錯誤；一次循環(huán)過程中氣體的溫度不變，內(nèi)能不變。p－V圖像中圖線與坐標軸圍成的面積表示功。由圖知，在一次循環(huán)過程中，氣體對外界做功，為確保氣體的內(nèi)能不變，則氣體一定從外界吸收熱量，故一次循環(huán)過程中氣體吸收的熱量大于放出的熱量，故B錯誤；由圖知TA＝TB，TC＝TD，故B→C過程和D→A過程，溫度變化量的大小相等，內(nèi)能變化量的大小相等，且Q＝0，可知W大小也必然相等，即B→C過程氣體對外界做的功等于D→A過程外界對氣體做的功，故C正確；AB狀態(tài)溫度相同，則狀態(tài)A和狀態(tài)B氣體分子的平均速率相同，而狀態(tài)B的體積大，氣體的密集程度小，則B狀態(tài)時氣體分子單位時間對器壁單位面積撞擊次數(shù)比A狀態(tài)少，故D錯誤。9．(2024·浙江高二期中)下列說法正確的是()A．甲圖為光學顯微鏡下所示的石墨表面原子的照片B．乙圖所示的多晶體蔗糖具有固定的熔點C．丙圖中說明液晶不是晶體，因此它不具有光學各向異性的特點D．丁圖中將兩種不同液體放置玻璃試管中，說明左邊液體浸潤玻璃，右邊液體不浸潤玻璃答案：BD解析：光學顯微鏡無法觀測原子尺寸的范圍，故A錯誤；多晶體具有固定的熔點，故B正確；液晶具有光學各向異性，因此制成液晶顯示器，故C錯誤；浸潤液體液面呈現(xiàn)凹形，不浸潤液體液面呈現(xiàn)凸形，故D正確。10．美國趣味科學網(wǎng)站2021年2月16日報道，歐洲核子研究中心的科學家們成功捕獲了希格斯玻色子(“上帝粒子”)的衰變，或?qū)⑵平庥钪娼K極謎題。研究發(fā)現(xiàn)，希格斯玻色子衰變?yōu)閮蓚€輕子(帶相反電荷的電子對或μ子對)和一個光子。假設(shè)希格斯玻色子衰變?yōu)殡娮訉鸵粋€高能光子，衰變前希格斯玻色子靜止，由于衰變后正負電子動能很小，可以認為衰變過程中由于質(zhì)量虧損放出的能量全部轉(zhuǎn)化為光子的能量。已知正負電子質(zhì)量均為521keV/c2(1keV＝103eV)，希格斯玻色子質(zhì)量為125GeV/c2(1GeV＝109eV)，普朗克常數(shù)取h＝6.6×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×108m/s，1eV＝1.6×10－19J，則()A．希格斯玻色子衰變過程滿足動量守恒B．希格斯玻色子衰變過程中因質(zhì)量虧損釋放的能量約為2.0×10－10JC．希格斯玻色子衰變過程中的質(zhì)量虧損約為2.2×10－25kgD．衰變后光子頻率約為3.0×1025Hz答案：ACD解析：微觀粒子的衰變皆滿足動量守恒，故A正確；衰變中因質(zhì)量虧損釋放的能量約ΔE＝Δmc2＝(125×109－2×521×103)×1.6×10－19J≈2.0×10－8J，故B錯誤；希格斯玻色子衰變過程中的質(zhì)量虧損約為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(2.0×10－8,3.0×1082)kg≈2.2×10－25kg，故C正確；衰變后光子頻率為ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(2.0×10－8,6.6×10－34)Hz≈3.0×1025Hz，故D正確。11．質(zhì)子和中子屬于強子，強子是由更基本的粒子——夸克組成。根據(jù)夸克理論，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。它們的帶電荷量分別為±eq\f(e,3)或±eq\f(2,3)e，電荷量e為元電荷。已知一個質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。則下列說法正確的是()A．上夸克的電荷量為＋eq\f(2e,3)B．下夸克的電荷量為－eq\f(e,3)C．上夸克的電荷量為－eq\f(2e,3)D．下夸克的電荷量為＋eq\f(2e,3)答案：AB解析：根據(jù)質(zhì)子帶電荷量為＋e和中子不帶電，設(shè)上、下夸克的電荷量分別為q1、q2，則有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋eq\f(2e,3)，q2＝－eq\f(e,3)，故選AB。12．2021年5月28日，中國的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創(chuàng)造了新的世界紀錄，成功實現(xiàn)可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，向核聚變能源應用邁出重要一步。我國重大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應的方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→x＋eq\o\al(1,0)n。已知氘核的質(zhì)量為m1，比結(jié)合能為E，中子的質(zhì)量為m2，反應中釋放的核能為ΔE，光速為c，下列說法正確的是()A．要使該聚變反應發(fā)生，必須克服兩氘核間巨大的庫侖斥力B．反應產(chǎn)物x為eq\o\al(4,2)HeC．x核的質(zhì)量為eq\f(ΔE,c2)＋m2－2m1D．x的比結(jié)合能為eq\f(4,3)E＋eq\f(ΔE,3)答案：AD解析：要發(fā)生聚變反應，兩個原子核要足夠近，故需要克服兩氘核間巨大的庫侖斥力，故A正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知x的質(zhì)量數(shù)為3，電荷數(shù)為2，所以反應產(chǎn)物x應為eq\o\al(3,2)He，故B錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE＝mc2，則有ΔE＝(2m1－mx－m2)c2，解得mx＝2m1－m2－eq\f(ΔE,c2)，故C錯誤；根據(jù)能量守恒定律有4E＋ΔE＝3Ex，解得Ex＝eq\f(4,3)E＋eq\f(ΔE,3)，故D正確。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(本題共2小題，共14分。把答案直接填在橫線上)13．(6分)(2024·江蘇鹽城高二期中)用油膜法估測油酸分子的大小的實驗步驟如下：A．向淺盤中倒入適量的水，并向水面均勻地撒入爽身粉B．將1mL純油酸加入酒精中，得到2×103mL的油酸酒精溶液C．把玻璃板放在坐標紙上，計算出薄膜的面積S(坐標紙中正方形小方格的邊長為20mm)D．將配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下50滴溶液的體積E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油酸膜的輪廓F．按照得到的數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑(1)上述步驟中，正確的順序是________(填步驟前的字母)。(2)如圖所示為描出的油酸膜輪廓，油酸膜的面積約為________m2。(3)已知50滴溶液的體積為1mL，估算油酸分子的直徑約為________m(保留兩位有效數(shù)字)。(4)用油膜法測出分子直徑后，要測出阿伏加德羅常數(shù)，只需知道油滴的________。A．摩爾質(zhì)量 B．體積C．摩爾體積 D．密度答案：(1)BDAECF(2)0.0224(3)4.5×10－10(4)C解析：(1)根據(jù)實驗思路可知，題中所述步驟中，正確的順序是BDAECF。(2)數(shù)出油酸膜輪廓范圍內(nèi)的小方格共有56格，則油酸膜的面積約為S＝56×4cm2＝0.0224m2。(3)1滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為V＝eq\f(1,2×103)×eq\f(1×10－6,50)m3＝10－11m3，則油酸分子的直徑約為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(10－11,0.0224)m＝4.5×10－10m。(4)由油分子直徑可以求出油分子的體積，只要知道了油的摩爾體積，由摩爾體積和油分子體積之比可以求1摩爾油所含有的油分子數(shù)目，即可以求出阿伏加德羅常數(shù)，故C正確。14．(8分)在“用DIS研究溫度不變時一定質(zhì)量的氣體壓強與體積的關(guān)系”實驗中，某組同學先后兩次使用如圖(a)所示實驗裝置獲得多組注射器內(nèi)封閉氣體的體積V和壓強p的測量值，并通過計算機擬合得到如圖(b)所示兩組p－V圖線。(1)實驗過程中應避免手握注射器含空氣柱的部分，這是為了控制氣體的________不發(fā)生變化，為檢驗氣體的壓強p與體積V是否成反比例關(guān)系，可作________圖線(選填“p－V”或“p－eq\f(1,V)”)。對圖像進行分析，如果在誤差允許范圍內(nèi)該圖線是一條_________________，就說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，其壓強與體積成反比。(2)兩組圖線經(jīng)檢驗均符合反比例關(guān)系，由圖判斷導致①、②兩組數(shù)據(jù)差異的原因可能是________。A．某組實驗中活塞移動太快B．兩組封閉氣體的質(zhì)量不同C．某組器材的氣密性不佳(3)某小組進行實驗時緩慢推活塞壓縮氣體得到了數(shù)據(jù)圖像，驗證了玻意耳定律。在這個過程中，理想氣體________(選填“吸熱”“放熱”或“無熱交換”)。答案：(1)溫度p－eq\f(1,V)過原點的傾斜直線(2)B(3)放熱解析：(1)實驗過程中應避免手握注射器含空氣柱的部分，這是為了控制氣體的溫度不發(fā)生變化；根據(jù)玻意耳定律可得pV＝C，可得p＝C·eq\f(1,V)，為檢驗氣體的壓強p與體積V是否成反比例關(guān)系，可作圖線p－eq\f(1,V)；對圖像進行分析，如果在誤差允許范圍內(nèi)該圖線是一條過原點的傾斜直線，就說明一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，其壓強與體積成反比。(2)若某組實驗中活塞移動太快，會使注射器內(nèi)封閉氣體的溫度不斷變化，此時不可能得到反比例關(guān)系圖線；同理，某組器材的氣密性不佳在實驗中會漏氣，氣體質(zhì)量會持續(xù)變化，此時圖線也不可能符合反比例關(guān)系，故A、C錯誤；根據(jù)pV＝nRT，若兩組封閉氣體的質(zhì)量不同，則兩組封閉氣體的摩爾數(shù)n不同，兩組注射器內(nèi)氣體的p與V的乘積不相等，可知對于同一V值所對應的p值不同，故B正確。(3)緩慢推活塞壓縮氣體，氣體體積減小，外界對氣體做功，而溫度保持不變則氣體內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學第一定律可知，在這個過程中，理想氣體放熱。三、論述、計算題(本題共4小題，共46分。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)15.(8分)(2024·湖北襄陽高二期中)在一電梯內(nèi)有一導熱性能良好的汽缸，質(zhì)量為m的活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞的橫截面積為S，活塞離汽缸底部的距離為H，如圖所示。將汽缸緩慢地旋轉(zhuǎn)180°，已知大氣壓為p0且保持不變，環(huán)境溫度保持不變，不計活塞與汽缸之間的摩擦，重力加速度為g。(1)求汽缸旋轉(zhuǎn)180°后，封閉氣體壓強的變化大小；(2)汽缸旋轉(zhuǎn)180°后，若電梯以eq\f(1,2)g的加速度向上做加速運動，求活塞到汽缸底部的距離h。答案：(1)eq\f(2mg,S)(2)eq\f(2p0S＋mg,2p0S－3mg)H解析：(1)初態(tài)時對活塞受力分析有p1S＝p0S＋mg汽缸旋轉(zhuǎn)180°后，對活塞受力分析有p2S＋mg＝p0S這個過程中理想氣體壓強變化的大小Δp＝p1－p2＝eq\f(2mg,S)。(2)汽缸旋轉(zhuǎn)后，電梯以eq\f(1,2)g的加速度向上做加速運動，設(shè)此時汽缸內(nèi)氣體的壓強為p3，對活塞受力分析有p0S－mg－p3S＝meq\f(g,2)這個過程中封閉氣體做等溫變化，由玻意耳定律有HSp1＝hSp3解得h＝eq\f(2p0S＋mg,2p0S－3mg)H。16．(10分)(2024·河北高三期中)中國宇航員計劃在2030年之前登上月球，其中宇航服的研制與開發(fā)需要達到更高的要求。研究團隊在地面對宇航服進行實驗研究的過程中，宇航服內(nèi)的氣體可視為理想氣體，初始時其體積為V，溫度為T，壓強為0.7p0，其中p0為大氣壓強，求：(1)若將宇航服內(nèi)氣體的溫度升高到1.4T，且氣體的壓強不變，則氣體對外做多少功；(2)若在初始狀態(tài)將宇航服的閥門打開，外界氣體緩慢進入宇航服內(nèi)，直至內(nèi)、外氣體壓強相等，均為p0后不再進氣，此時宇航服內(nèi)理想氣體的體積為1.4V，且此過程中，氣體的溫度保持為T不變，則進入宇航服內(nèi)氣體的質(zhì)量與原有質(zhì)量之比為多少。答案：(1)0.28p0V(2)1∶1解析：(1)氣體的壓強不變，氣體等壓變化eq\f(V,T)＝eq\f(V2,1.4T)解得V2＝1.4V。氣體對外做功W＝0.7p0(V2－V)＝0.28p0V。(2)氣體的溫度保持為T不變，氣體等溫變化，則0．7p0V＝p0V′解得V′＝0.7V進入宇航服內(nèi)氣體的質(zhì)量與原有質(zhì)量之比為eq\f(Δm,m)＝eq\f(1.4V－0.7V,0.7V)＝1∶1。17．(12分)玉龍雪山位于云南省麗江市，是我國最南的雪山，也備受旅行愛好者的關(guān)注，由于玉龍雪山的海拔比較高，旅行者登山時，往往會帶上幾個氧氣袋。已知某儲存有氧氣的容器容積為V0＝50L，開始時封閉的氧氣壓強為p0＝1.2×107Pa，用該容器向容積為V＝10L的真空氧氣瓶充入氧氣，假設(shè)氧氣可視為理想氣體，充氣過程中氧氣不泄漏，假設(shè)氧氣瓶的容積和環(huán)境的溫度恒定。求：(1)若每個氧氣瓶充滿氣體后壓強均為p＝1.0×106Pa，則可以分裝多少個氧氣瓶？(2)若每次給氧氣瓶充滿氣體后兩容器內(nèi)封閉氣體的壓強相同，則充滿10個氧氣瓶后容器內(nèi)剩余的氣體的壓強與開始時氣體的壓強之比為多少？答案：(1)55(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6)))10解析：(1)設(shè)能分裝n個氧氣瓶，則以容器內(nèi)開始的氣體為研究對象，由玻意耳定律得p0V0＝p(nV＋V0)代入數(shù)據(jù)解得n＝55。(2)第1個氧氣瓶充滿氣體后，由玻意耳定律p0V0＝p1(V＋V0)得p1＝eq\f(p0V0,V＋V0)同理，第2個氧氣瓶充滿氣體后，由玻意耳定律p1V0＝p2(V＋V0)得p2＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(V0,V＋V0)))2同理，第3個氧氣瓶充滿氣體后，由玻意耳定律p2V0＝p3(V＋V0)得p3＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(V0,V＋V0)))3由此可推出第10個氧氣瓶充滿氣體后，由玻意耳定律p9V0＝p10(V＋V0)得p10＝p0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(V0,V＋V0)))10則eq\f(p10,p0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(V0,V＋V0)))10代人數(shù)據(jù)解得eq\f(p10,p0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,6)))10。18．(16分)在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電(PuO2中的Pu是eq\o\al(238,94)Pu)。已知eq\o\al(238,94)Pu衰變后變?yōu)閑q\o\al(234,92)U和一個X粒子。若靜止的eq\o\al(238,94)Pu在磁感應強度大小為B的勻強磁場中發(fā)生衰變，X粒子的速度大小為v，方向與勻強磁場的方向垂直，在磁場中做勻速圓周運動。已知X粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q。(1)寫出eq\o\al(238,94)Pu發(fā)生衰變的核反應方程；(2)eq\o\al(234,92)U在磁場中的圓周運動可等效成一個環(huán)形電流，求eq\o\al(234,92)U做圓周運動的周期T和環(huán)形電流大小I；(3)磁矩是描述環(huán)形電流特征的物理量，把粒子做圓周運動形成的環(huán)形電流與圓環(huán)面積的乘積叫作粒子的回旋磁矩，用符號μ表示。試推導eq\o\al(234,92)U粒子回旋磁矩μ的表達式。答案：(1)eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(117πm,46Bq)eq\f(2116Bq2,117πm)(3)μ＝eq\f(mv2,117B)解析：(1)衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He。(2)衰變時，根據(jù)動量守恒定律得mv－Mv′＝0在磁場中，根據(jù)牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)解得r＝eq\f(mv,qB)所以鈾核在磁場中運動的軌道半徑為R＝eq\f(Mv′,QB)＝eq\f(mv,46qB)根據(jù)T＝eq\f(2πR,v′)M＝eq\f(234,4)m＝eq\f(117,2)m解得T＝eq\f(117πm,46Bq)環(huán)形電流大小I＝eq\f(Q,T)＝eq\f(46q,\f(117πm,46Bq))＝eq\f(2116Bq2,117πm)。(3)根據(jù)題意可得μ＝I·πR2解得μ＝eq\f(mv2,117B)。第五章3.基礎(chǔ)達標練1．關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．鈾核的結(jié)合能等于其α衰變時所放出的能量B．鈾核衰變成α粒子和另一原子核，這兩個產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來鈾核的結(jié)合能C．比結(jié)合能越小，原子核越穩(wěn)定D．結(jié)合能越小，原子核越穩(wěn)定答案：B解析：衰變過程中放出的能量為反應后核子的總結(jié)合能與反應前的結(jié)合能的差值，故A錯誤；衰變后的產(chǎn)物相對于衰變前要穩(wěn)定，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能，故B正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故C、D錯誤。2．(多選)對于核力，以下說法正確的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強相互作用的表現(xiàn)，是強力C．核子之間的距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起D．人們對核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時核力的變化規(guī)律更清楚答案：BC解析：核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力比庫侖力大得多，故A錯誤，B正確；核力在大于0.8×10－15m時表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減??；在距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起，故C正確；人們對核力的了解還不是很清楚，這是科學家們奮力攻克的堡壘，故D錯誤。3．(多選)核電池是通過半導體換能器，將放射性同位素衰變過程中釋放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｄ撤N核電池使用放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu，靜止的eq\o\al(239,94)Pu衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U和α粒子，并放出頻率為ν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、mU、mα。下列說法正確的是()A.eq\o\al(239,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γB．此核反應過程中質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mαC．釋放出的γ光子的能量為(mPu－mU－mα)c2D．反應后eq\o\al(235,92)U和α粒子結(jié)合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能大答案：ABD解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(239,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故A正確；此核反應過程中的質(zhì)量虧損等于反應前后質(zhì)量之差，為Δm＝mPu－mU－mα，故B正確；釋放的γ光子的能量為hν，核反應的過程中釋放的能量為E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反應的過程中釋放的核能轉(zhuǎn)化為新核與α粒子的動能以及光子的能量，所以γ光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C錯誤；eq\o\al(239,94)Pu衰變成eq\o\al(235,92)U和α粒子后，釋放核能，將原子核分解為單個的核子需要的能量更大，原子變得更穩(wěn)定，所以反應后eq\o\al(235,92)U和α粒子結(jié)合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能大，故D正確。4．(多選)為紀念愛因斯坦對物理學的巨大貢獻，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法正確的是()A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計算核反應中釋放的核能C．一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應時釋放的核能答案：ABC解析：E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比，其中E不能理解為發(fā)生核反應時釋放的核能，選項A正確，D錯誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計算核反應中釋放的核能，選項B正確；一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時發(fā)生聚變反應，會有質(zhì)量虧損，虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放出來，即釋放出核能，選項C正確。5．(多選)eq\o\al(64,29)Cu原子核有40%的可能發(fā)生β－衰變，方程為eq\o\al(64,29)Cu→eq\o\al(64,30)Zn＋eq\o\al(0,－1)e，衰變過程釋放的核能是ΔE1；有19%的可能發(fā)生β＋衰變，方程為eq\o\al(64,29)Cu→eq\o\al(64,28)Ni＋eq\o\al(0,1)e，衰變過程釋放的核能是ΔE2，ΔE1>ΔE2。已知eq\o\al(64,29)Cu的比結(jié)合能為E，普朗克常量為h，真空中光速為c，正負電子質(zhì)量相等，下列說法正確的是()A．由于釋放核能，所以衰變過程質(zhì)量數(shù)不守恒B.eq\o\al(64,30)Zn的質(zhì)量比eq\o\al(64,28)Ni質(zhì)量小C.eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E－eq\f(ΔE1,64)D.eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E＋eq\f(ΔE2,64)答案：BD解析：衰變過程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，故A錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，由于ΔE1>ΔE2，正負電子質(zhì)量相等，可知β－衰變質(zhì)量虧損更多，故eq\o\al(64,30)Zn的質(zhì)量比eq\o\al(64,28)Ni質(zhì)量小，故B正確；設(shè)eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E1，eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E2，根據(jù)能量守恒有64E1－64E＝ΔE1,64E2－64E＝ΔE2，可得eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E1＝E＋eq\f(ΔE1,64)，可得eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E2＝E＋eq\f(ΔE2,64)，故C錯誤，D正確。6．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的理解正確的是()A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應地減少ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應地增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D．在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質(zhì)量和與它們結(jié)合成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm答案：ABD解析：一定的質(zhì)量對應于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應地減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A、D正確；如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量一定相應地增加Δmc2，所以選項B正確；原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項C錯誤。7．用中子轟擊靜止的eq\o\al(6,3)Li，核反應方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→X＋eq\o\al(4,2)He。中子的速度為v，質(zhì)量為m，生成的X速度方向與中子的速度方向相反，X與eq\o\al(4,2)He的速度之比為7∶8，質(zhì)子的質(zhì)量可近似為m，光速為c。則()A．X為eq\o\al(2,1)HB．核反應過程中，質(zhì)量守恒、電荷數(shù)也守恒C．核反應過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為X的動能D.eq\o\al(4,2)He的速度為eq\f(8,11)v答案：D解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，X核的質(zhì)量數(shù)為3，電荷數(shù)為1，核反應過程釋放能量，存在質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，故A、B錯誤；以中子的速度方向為正方向，由動量守恒定律得mv＝－mXv1＋mHev2，由題意知v1∶v2＝7∶8，解得v1＝eq\f(7,11)v，v2＝eq\f(8,11)v，核反應過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為X核的動能與eq\o\al(4,2)He核的動能，故C錯誤，D正確。8．在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動，其軌跡半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用eq\o\al(A,Z)X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應方程。(2)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。答案：(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)解析：(1)根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，該α衰變的核反應方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He。(2)由qvB＝meq\f(v2,R)，得v＝eq\f(qBR,m)，設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動量守恒：Mv′－mv＝0，則v′＝eq\f(mv,M)＝eq\f(qBR,M)由Δmc2＝eq\f(1,2)Mv′2＋eq\f(1,2)mv2，得Δm＝eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)。能力提升練9．(多選)關(guān)于原子核中的核力與結(jié)合能，下列說法中正確的是()A．核力是短程力，作用范圍在10－15m內(nèi)，在核力作用范圍內(nèi)核力比庫侖力大得多B．原子核中，質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，質(zhì)子和中子間沒有核力C．結(jié)合能是指核子構(gòu)成原子核時原子核具有的能量D．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固答案：AD解析：核力與萬有引力、庫侖力性質(zhì)不同，核力是短程力，作用范圍在10－15m內(nèi)，在核力作用范圍內(nèi)核力比庫侖力大得多，故A正確；原子核中，相鄰質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，相鄰質(zhì)子與中子間、相鄰中子與中子間都有核力，故B錯誤；原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故C錯誤；比結(jié)合能越大，原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D正確。10．大科學工程“人造太陽”主要是將核反應eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中釋放的能量用來發(fā)電，已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u,1u＝931MeV/c2。該核反應中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV答案：B解析：該核反應的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，可知該核反應中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931MeV＝3.3MeV，選項B正確。11．(2024·湖北黃石一模)2023年12月，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”面向全球開放。假設(shè)“人造太陽”內(nèi)部發(fā)生的兩種核聚變分別為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)H＋Y，已知eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能為E1，eq\o\al(3,1)H的比結(jié)合能為E2，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能