第五章 原子核 单元检测（A）-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word版含答案）

第五章 原子核(A)
(时间:75分钟　满分: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,只有一项是符合题目要求的.
1.为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”将在太空中寻找“反物质”.“反物质”是由“反粒子”构成的.“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反.由此可知反氢原子是 (　　)
A.由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成
B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D.由1个不带电的中子和1个带正电荷的正电子构成
2.在贝克勒尔发现天然放射现象后,人们对射线的性质进行了深入的研究,发现α、β、γ射线的穿透本领不同.下图为这三种射线穿透能力的比较,图中射线①②③分别是 (　　)
A.γ、β、α射线　　　　 B.β、γ、α射线
C.α、β、γ射线 D.γ、α、β射线
3.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的核裂变反应,其核裂变方程为UnX+Sr+n,则下列叙述正确的是 (　　)
A.X原子核中含有86个中子
B.X原子核中含有141个核子
C.因为核裂变时释放能量,根据E=mc2,所以核裂变后的总质量数增加
D.因为核裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少
4.在元素周期表中查到铅的原子序数为82,一个铅原子质量数为207,下列说法正确的是 (　　)
A.铅原子核外有82个电子,核内有207个质子
B.铅原子核外有82个电子,核内有82个质子
C.铅原子核内有82个质子,207个中子
D.铅原子核内有125个核子
5.关于核力,下列说法错误的是 (　　)
A.铅原子的核力是一种特殊的万有引力,存在于原子核内所有的核子间
B.铅原子的原子核内只有相邻的核子间才有核力作用
C.铅原子的核力是原子核能稳定存在而不“分崩离析”的原因
D.铅原子的核力是一种短程强相互作用力,其作用的范围约为10-15 m
6.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式,即原子核俘获一个核外电子,核内一个质子变为中子,原子核衰变成一个新核,并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电).若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”
(电子的初动量可不计),则 (　　)
A.生成的新核与衰变前的原子核相比质量数增加
B.生成的新核的电荷数增加
C.生成的新核与衰变前的原子核互为同位素
D.生成的新核与中微子的动量大小相等
7.下面四幅示意图能正确反映核反应过程的是 (　　)
A B
C D
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,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分.
8.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE=Δmc2=2.2 MeV是氘核的结合能.下列说法正确的是 (　　)
A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子
B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为0
C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为0
D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和不为0
9.在某些恒星内,3个α粒子结合成一个CC的质量是12.000 0 u,α粒子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量,真空中的光速为3.0×108 m/s,电子电荷量为1.6×10-19 C,则 (　　)
A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.007 8 u
B.反应过程中的质量亏损是Δm=1.294 8×10-29 kg
C.反应过程中放出的能量约为7.266 MeV
D.反应过程中放出的能量约为1.16×10-19 J
10.静止在匀强磁场中的U核发生α衰变,产生一个未知粒子X,它们在磁场中的运动径迹如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.该核反应方程为UXHe
B.α粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同
C.轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动径迹
D.α粒子、X粒子运动径迹半径之比为45∶1
三、非选择题:共54分.
11.(6分)核电池又叫“放射性同位素电池”(如图所示),一个硬币大小的核电池,就可以让手机不充电使用5 000年.燃料中钚Pu)是一种人造同位素,可通过下列反应合成.
(1)用氘核H)轰击铀核U)生成镎核Np)和两个相同的粒子X,核反应方程是HNp+2X.
(2)镎核Np)放出一个粒子Y后转变成钚核Pu),核反应方程是NpPu+Y.
X粒子的符号为　　　　,Y粒子的符号为　　　　.
12.(10分)为了验证ΔE=Δmc2,设计了下面的实验:用动能E1=0.9 MeV的质子去轰击静止的锂核Li,生成两个α粒子,测得这两个α粒子的动能之和E=
19.9 MeV.质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.007 3 u、7.016 0 u、
4.001 5 u.1 u相当于931.5 MeV的能量.
(1)写出该核反应方程式;
(2)计算核反应过程中释放的能量ΔE;
(3)通过计算说明ΔE=Δmc2的正确性.
13.(10分)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核U和α粒子,并放出能量为0.097 MeV的γ光子.已知Pu核U核、α粒子的质量分别为mPu=239.052 1 u,mU=235.043 9 u,mα=4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量.
(1)写出衰变方程;
(2)若衰变放出光子的动量可忽略,求α粒子的动能.
14.(14分)用速度几乎是0的慢中子轰击静止的硼核B),产生锂核Li)和α粒子.已知中子质量mn=1.008 665 u,硼核质量mB=10.016 77 u,锂核质量mLi=7.018 22 u,α粒子质量mα=4.002 60 u.1 u相当于931.5 MeV的能量.
(1)写出该反应的核反应方程.
(2)求出该反应放出的能量ΔE.
(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能,则锂核和α粒子的动能各是多少
15.(14分)太阳能不仅包括直接射到地球表面的太阳辐射能,还包括所有的化石燃料的化学能、水能、风能、海洋能等间接的太阳能,还应包括绿色植物的光合作用固定下来的能量,即生物质能.严格地说,除了地热能和原子核能地球上所有其他能源全部来自太阳能,这也被称为“广义太阳能”,以便与仅指太阳辐射能的“狭义太阳能”相区别.
(1)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应,这种核反应释放出的能量就是太阳能.其核反应方程是　　　　　 　.若mH=1.007 3 u,mα=4.002 6 u,me=0.000 55 u,则该反应中发生的质量亏损是　　　　u.如果1 u相当于931.5 MeV的能量,那么该反应中释放的能量是　 　MeV.由于核反应中的质量亏损,太阳的质量缓慢减小,假设地球公转半径不变,与现在相比,在很久很久以前,地球公转的周期　　　　(选填“较长”“较短”或“没有变化”).
(2)利用光电转换可以将太阳能转化为电能.若地球附近某空间站上的太阳能电池接收板的面积是S,光电转化效率为η.已知太阳辐射的总功率为P,太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计,光速为c,太阳光射到空间站经历的时间是t,试求该太阳能电池能够输出的最大电功率.
1.B
2.C
3.A
4.B
5.A
6.D
7.A
8.AD
9.ABC
10.ABD
11.根据质量数守恒和电荷数守恒可得U+HNp+n和NpPue.
答案:(2ne
12.可先计算核反应过程中的质量亏损Δm,再根据ΔE=Δmc2计算出核反应中释放的能量ΔE,并建立一个理想模型.释放的能量全部转化为系统的动能,计算出核反应中系统的动能的增加量E-E1.在误差允许的范围内,只要释放的能量ΔE与系统的动能的增加量E-E1近似相等,即可说明ΔE=Δmc2是正确的.
(1)根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.
(2)核反应过程中的质量亏损
Δm=(1.007 3+7.016 0-2×4.001 5) u=0.020 3 u,
根据ΔE=Δmc2计算出核反应中释放的能量
ΔE=0.020 3×931.5 MeV=18.9 MeV.
(3)由实验知反应前后系统增加的动能是
E-E1=(19.9-0.9) MeV=19.0 MeV,
这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等,证明了方程ΔE=Δmc2是正确的.
答案:(1HLiHe　(2)18.9 MeV　(3)见解析.
13.(1)核反应过程中,电荷数守恒,质量数守恒.衰变方程为
PuUHe+γ.
(2)衰变过程中,质量亏损,释放核能,放出的能量转化为铀核的动能EkU、α粒子的动能Ekα和γ光子的能量Eγ.
EkU+Ekα+Eγ=(mPu-mU-mα)c2,
衰变过程中,系统动量守恒,设铀核和α粒子的速度分别为vU和vα,则由动量守恒有
mUvU=mαvα,
根据动量和动能的关系可知p=,
则=,
解得α粒子的动能Ekα=5.03 MeV.
答案:(1PuUHe+γ　(2)5.03 MeV
14.根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程,由质量亏损及物体的质量与能量的关系求出核能,再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能.
(1)核反应方程为BnLiHe.
(2)核反应过程中的质量亏损为
Δm=(10.016 77 u+1.008 665 u)-(7.018 22 u+4.002 60 u)=0.004 615 u,
释放出的能量为
ΔE=0.004 615×931.5 MeV≈4.30 MeV.
(3)根据动量守恒定律有mLivLi=mαvα,
由动能计算式得EkLi=mLi,Ekα=mα,
联立有=,
根据能量守恒有EkLi+Ekα=ΔE=4.30 MeV,
解得EkLi=1.56 MeV,Ekα=2.74 MeV.
答案:(1BnLiHe　(2)4.30 MeV (3)1.56 MeV　2.74 MeV
15.(1)核反应方程为HHe+e.该核反应的质量亏损为Δm=4mH-mα-2me=4×1.007 3 u-4.002 6 u-2×0.000 55 u=0.025 5 u;该核反应释放的能量为ΔE=0.025 5×931.5 MeV=23.75 MeV.
在很久很久以前,太阳质量比现在的大,太阳与地球间的万有引力比现在的大,由F=mr可知,很久很久以前,地球公转的周期较短.
(2)以太阳为中心,以太阳、空间站间距离r为半径作一个球面,其表面积
S球=4πr2,r=ct,
设接收板上获得的辐射功率为P',当其正对太阳光时,获得功率最大,则=,
联立求解可得P'=,
则太阳能电池能够输出的最大功率
Pm=ηP'=.
答案:(1)HHe+e　0.025 5　23.75　较短　(2)