人教版（2019）选择性必修第三册第五章章节素养拓展

人教版（2019）选择性必修第三册 第五章 章节素养拓展
一、单选题
1．一种称为“毛细管流变SANS”的装置，它利用中子流的散射来探测分子的结构，从而能够促进更多纳米级的新发现。下列有关中子的说法正确的是（　　）
A．核反应方程中，生成物X的中子数为128
B．铀235吸收慢中子裂变成中等质量原子核的过程中，核子的平均质量变大
C．一个中子可转化成一个质子和一个电子，同时释放出能量
D．在辐射防护中，可以用电磁场来加速、减速以及束缚中子
2．有两个处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度与之发生碰撞．碰撞后二者的速度和在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而使该原子由基态跃迁到激发态，然后，此原子向低能态跃迁，并发出光子．下列说法正确的是
A．已知氢原子能级公式为，基态能量为eV，则吸收的动能为10eV时，原子可以跃迁到激发态
B．若该原子吸收动能从基态跃迁到n=4的激发态后，最多可以发出6种频率不同的光子
C．要求发生上述现象时B原子的碰撞之前的速度最小，则两原子应发生完全非弹性碰撞
D．氢原子吸收的动能只有大于氢原子基态能量时，才可能发出光子
3．下列说法中正确的是（　　）
A．电磁波是一种物质
B．万有引力定律和牛顿运动定律都是自然界普遍适用的规律
C．中等大小的原子核的结合能最大，原子核最稳定
D．宏观物体和微观粒子的能量都是量子化的
4．“氦-3”是一种已被世界公认的高效、清洁、安全和廉价的核燃料。其发生的核反应方程为。已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．a=1，b=2 B．此核反应为α衰变反应
C．2m1=m2 +m3 D．反应过程中释放的能量为
5．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（　　）
A．铀核的结合能等于其α衰变时所放出的能量
B．铀核衰变成α粒子和另一原子核，2个产物的结合能之和一定大于原来铀核的结合能
C．比结合能越小，原子核越稳定
D．结合能越小，原子核越稳定
6．下列说法正确的有（　　）
A．康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量
B．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波波长更长
C．在光电效应实验中，入射光的频率大于该金属的截止频率时不会发生光电效应
D．在光电效应实验中，入射光的频率越高，单位时间内发射的光电子数一定越多
7．“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是，反应原料氘（）富存于海水中，氚（）可以用中子轰击锂核（）得到，则关于中子轰击锂核（）产生一个氚核（）和一个新核，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应方程为
B．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱
C．在中子轰击锂核（）的核反应生成物中有α粒子，故该核反应属于α衰变
D．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能
8．精确的研究表明，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数Z有如图所示的关系。根据该图所提供的信息及原子核的聚变、裂变有关知识，下列说法正确的是（　　）
A．从图中可以看出，铁Fe原子核中核子的平均质量最大
B．原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，质量会增加
C．原子序数较大的重核A裂变成原子序数小一些的核B和C，需要吸收能量
D．原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核，F核的结合能大于D、E的结合能之和
9．2019年1月3日，“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离，实现月球背面着陆。“玉兔二号”搭载了一块核电池，利用衰变为释放能量，可在月夜期间提供一定的电能。已知的质量为mPu，的质量为mU，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．发生β衰变后产生的新核为
B．衰变为，中子数减少2
C．温度升高时，的衰变会加快
D．衰变为释放的能量为(mPu－mU)c2
10．2021年5月28日，有中国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（如图所示）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。已知该装置内发生的一种核反应为，其中原子核X的中子数为（　　）
A．5 B．3 C．2 D．1
二、多选题
11．如图所示，带电粒子以初速度v0从点垂直y轴进入匀强磁场，运动中经过b点，其中长度。若将磁场换成一个与y轴平行的匀强电场，仍以v0从点垂直y轴进入匀强电场，粒子仍能通过b点，则粒子在磁场中的运动时间t1与在电场中的运动时间t2之比和磁感应强度B与电场强度E之比为（　　）
A．t1∶t2＝2∶π B．t1∶t2＝π∶2
C．B∶E＝1∶2v0 D．B∶E＝2∶v0
12．室内氡的放射性污染具有长期性、隐蔽性和危害大、不易彻底消除等特点，装修材料中的石材瓷砖中的镭衰变产生的氡是放射性氡的主要来源。已知氡的半衰期约为4天，经衰变后产生一系列的物质，最后变成稳定的，在这一系列过程中，下列说法正确的是（　　）
A．镭衰变成氡的方程式中，粒子X是α粒子
B．衰变成的过程要经过6次α衰变和4次β衰变
C．氡核的质子数为86，中子数为136
D．40个氡核经过4天后一定有20个核发生了衰变
13．下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．光电效应、康普顿效应表明光具有粒子性
C．不确定性关系只适用于电子和光子等微观粒子，不适用于其他宏观物体
D．一个放射性原子核发生一次衰变，它的质子数增加一个，中子数减少一个
14．放射性元素氡（）的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核（Po），设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1，m2，m3，下列说法正确的是（　　）
A．该过程的核反应方程是
B．发生一次核反应释放的核能为（m2+m3-m1）c2
C．4g氡经4T时间后，剩余氡原子的质量为1g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能大
15．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核，放出一个正电子后变成原子核，下列说法正确的是（　　）
A．正电子和核轨迹形状是外切圆
B．正电子和核轨迹形状是内切圆
C．正电子的轨迹圆半径小于原子核的轨迹圆半径
D．正电子的轨迹圆半径大于原子核的轨迹圆半径
16．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（ ）
A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，改用波长较长的光照射该金属可能发生光电效应
B．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量
C．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下1g的氡222
D．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的
E．重核裂变为几个中等质量的核，则其平均核子质量会增加
17．下列说法中正确的是
A．射线的穿透能力比射线的穿透能力弱
B．结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量
C．若质子、电子具有相同动能，则它们的物质波波长相等
D．普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍
18．下列说法错误的是
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量
三、填空题
19．在下列四个核反应方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子，
①
②
③
④
①x1是__②x2是___③x3是__④x4是_____
20．置于铅盒中的放射源发射的、和三种射线，由铅盒的小孔射出．在小孔外放一张铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．射线进入电场后，变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为_____射线，射线b为_____射线．
21．贝克勒尔发现天然放射现象揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成、、三束。
(1)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是___________射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是___________射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个___________粒子。
(2)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：___________；___________。
四、解答题
22．在“云室”中加一匀强电场，通过观察带电粒子在其中的运动径迹，可研究原子核的衰变规律，现有一个原来速度几乎为零的某放射性原子核x置于“云室”中的O点，它发生衰变时所放出的粒子Y与反冲核Z的速度方向均与电场方向垂直，经过相等的时间所形成的径迹如图所示（s、l均表示长度）．
（1）试判断x衰变时所放出的粒子是带什么性质的电荷．
（2）试求衰变时所放出的粒子Y与反冲核Z所带电荷量的比值．
（3）若该放射性原子核为C14，且已知l：s=2：5，试写出核反应方程．
23．如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装Ra，Ra放出某种射线后衰变成 Rn。
（1）写出上述衰变方程；
（2）若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止 Ra核衰变过程中释放的核能有多少？（取1u=1.6×10﹣27 kg，e=1.6×10﹣19 C，结果保留三位有效数字）
24．如图所示，一个质量为M的匀质实心球，半径为R。如果通过球心挖去一个直径为R的小实心球，然后置于相距为d的地方，试计算空心球与小实心球之间的万有引力。
25．太阳不断向外辐射能量，按照爱因斯坦的质能方程，太阳的质量在不断减小，请据此估算太阳每秒质量的减少量。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．由核反应的质量数守恒，可知，生成物的质量数为206，所以中子数为206-82=124，故A错误；
B．裂变的过程中会释放能量，质量会变小，故B错误；
C．一个中子裂变成一个质子和电子，在衰变的过程中，同时会释放处能量；故C正确；
D．中子不带电荷，电磁场不会加速和减速及束缚中子，故D错误；
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
从基态跃迁吸收的能量至少为eV-(-13.6)eV=10.2eV才可以从基态跃迁到处于第二能级的激发态，AD错误；一个原子处于n=4的激发态，最多可以发出3种光子（4-3，3-2，2-1），B错误；要求发生上述现象时B原子的碰撞之前的速度最小，则两原子应发生完全非弹性碰撞，损失的动能最多，从基态跃迁到第一激发态，C正确．
3．A
【解析】
【详解】
A．电磁波是一种特殊的物质，A正确；
B．万有引力定律是自然界普遍适用的规律，牛顿运动定律只适用于宏观低速物体，B错误；
C．中等大小的原子核的比结合能大，原子核越稳定，而不是结合能。C错误；
D．微观粒子能量是量子化的，而宏观物体是由大量微粒组成的，每一个粒子的能量是一份一份的，这符合能量量子化假说，而大量粒子则显示出了能量的连续性。D错误。
故选A。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由质量数和电荷数守恒可得
A错误；
B．此核反应为核聚变反应，B错误；
C．核聚变反应会出现质量亏损，C错误；
D．根据
D正确。
故选D。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．衰变过程中放出的能量为反应后核子的总结合能与反应前的结合能的差值，故A错误；
B．衰变后的产物相对于衰变前要稳定，所以铀核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，故B正确；
CD．比结合能越大，原子核越稳定，故CD错误。
故选B。
6．A
【解析】
【详解】
A．光电效应证明光具有粒子性，康普顿用实验证实了光的粒子性，说明光子除了具有能量之外还具有动量，故A正确；
B．相同动能的一个电子和一个质子，由
可知，由于电子质量小于质子的质量，则电子的动量小于质子的动量，再由
电子的德布罗意波长比质子长，故B错误；
C．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，才能发生光电效应，故C错误；
D．发生光电效应时，入射光的频率影响的是光电子的最大初动能，光的强度影响单位时间内发出的光电子的数目，故D错误。
故选A。
7．B
【解析】
【详解】
A．根据题意可知该反应的核反应方程式
故A错误；
B．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，故B正确；
C．在中子轰击锂核（）的核反应生成物中有α粒子，故该核反应属于人工核转变，故C错误；
D．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，但是核聚变过程能释放出核能，故D错误。
故选B。
8．D
【解析】
【详解】
A．从图中可以看出，铁Fe原子核中核子的平均质量最小，A错误；
BC．原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，核子的平均质量会减小，同时放出大量能量，BC错误；
D．比结合能越大的，平均核子质量越小，原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核，是轻核的聚变，放出能量，因此F核的平均核子比D、E平均核子质量都小，因此F核的结合能大于D、E的结合能之和，D正确。
故选D
9．B
【解析】
【详解】
AB．衰变为，根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为
则发生的是衰变，其质量数减少4，核电荷数减少2，故中子数减少2，故A错误，B正确；
C．半衰期与外界因素无关，即温度升高时，的衰变快慢不变，故C错误；
D．核反应过程中的质量亏损为
核反应的过程中释放的能量
故D错误。
故选B。
10．D
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒和质量数守恒可得X的质量数为
2+3-1=4
电荷数为
1+2-0=3
所以X的中子数为
4-3=1
故选D。
11．BC
【解析】
【详解】
AB．粒子在匀强磁场中运动，轨迹为圆弧，所以半径满足
洛伦兹力提供向心力
解得半径为
经过时间
在电场中运动，粒子在水平方向做匀速直线运动，则运动时间
则
A错误，B正确；
CD．粒子在电场中，竖直方向做匀加速直线运动
结合上述半径表达式，解得
C正确，D错误。
故选BC。
12．AC
【解析】
【详解】
A．根据电荷数和质量数守恒可知X的电荷数是2，质量数是4，所以X是α粒子，故A正确；
B．设衰变成的过程要经过m次α衰变和n次β衰变，则222=206+4m，86=82+2m-n，解得m=4、n=4，故B错误；
C．氡核的质子数为86，中子数为136，故C正确；
D．半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少量放射性元素不适用，故D错误。
故选AC
13．BD
【解析】
【详解】
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说．故A错误；
B．光电效应现象和康普顿效应现象说明光即具有能量，也具有动量，具有粒子性．故B正确；
C．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观物体．故C错误；
D．根据β衰变的本质可知，一个放射性原子核发生一次β衰变，它的质子数增加一个，中子数减少一个，故D正确．
14．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该过程的核反应方程是
选项A正确；
B．发生一次核反应释放的核能为（m1-m2-m3）c2，选项B错误；
C．4g氡经4T时间后，剩余氡原子的质量为，选项C错误；
D．因反应放出核能，则钋核的比结合能比氡核的比结合能大，选项D正确。
故选AD。
15．AD
【解析】
【详解】
AB．放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆。则A正确，B错误；
CD．当放射性元素放出正电子时，两带电粒子的动量守恒，即两粒子动量等大反向，由半径公式
可得轨迹半径与电量成反比，而正电子的电量比反冲核的电量小，则正电子的半径比反冲核的半径大，故D正确，C错误。
故选：AD。
16．BCD
【解析】
【分析】
发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率；康普顿效应证实了光子既有粒子性；半衰期为一半的原子发生衰变所用的时间，根据这个关系可判断有多少氡发生衰变和能剩下多少氡；玻尔理论能解释不连续谱线；根据质量亏损，结合质能方程，可知发生核反应，平均核子质量会减小．
【详解】
A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是频率太小，波长太大，则改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应，选项A错误；
B．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量，选项B正确；
C．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下
的氡222，选项C正确；
D．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的，选项D正确；
E．无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故E错误；
故选BCD.
【点睛】
考查光电效应发生条件，知道波长与频率的关系，理解康普顿效应现象的作用，掌握半衰期的计算方法，及适用条件，注意玻尔理论的量子化观点，及释放能量，导致平均核子质量会减小．
17．AD
【解析】
【详解】
A、、、三种射线分别是氦核流、电子流、电磁波，三种射线的穿透能力逐渐增强，所以射线的穿透能力比射线穿透能力弱，故A正确
B、核子与核子结合成原子核时核力作正功，将放出能量，这能量就是原子核的结合能，而不是由于核子结合成原子核而具有的能量，故B错误；
C、物质波的波长==，若质子、电子具有相同动能Ek，但它们的质量m不相等，故它们的物质波波长不相等，故C错误；
D、普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子，在微观世界里，能量不能连续变化，只能取一系列的分立值，这种现象叫做能量的量子化，故D正确．
故选AD
18．ABD
【解析】
【详解】
α射线是氦原子的原子核，并非电磁波，A错误；β射线即电子是由核内的中子变为质子同时放出电子产生的，而非核外电子电离后形成的电子流，B错误；半衰期只与元素本身有关，与所处的物理、化学状态以及周围环境、温度等无关，C正确；在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故D错误．
19．
【解析】
【详解】
据质量数和电荷数守恒可得，中的是；据质量数和电荷数守恒可得，中的是；据质量数和电荷数守恒可得，中的是；据质量数和电荷数守恒可得，中的是．
20． γ射线 β射线
【解析】
【详解】
因粒子无法穿透铝箔，故打在底片上的只有和两种射线，因光子不带电，故在电场中不会偏转，故a为射线；射线带负电，故在电场中会向正极偏转，故b为射线；
21．
【解析】
【分析】
【详解】
根据电荷所受电场力特点可知，为射线，为射线，为射线。
(1)[1][2][3]三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个粒子。
(2)[4][5]根据质量数和电荷数守恒则有：
；
22．（1）带正电的α粒子 （2）1：2（3）
【解析】
【详解】
（1）由轨迹可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同，带正电，所以放出的粒子为α粒子．
（2）由动量守恒得，α粒子的动量与反冲核的动量相同．
沿着电场方向，粒子Y与反冲核Z所做初速度为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律和运动学公式得
解得粒子Y与反冲核Z所带电荷量的比值是1：2．
（3）若该放射性原子核为Cl4，且已知l：s=2:5，
核反应方程是．
23．（1）衰变方程；（2）一个静止核衰变过程中释放的核能有
【解析】
【分析】
【详解】
（1）核反应方程质量数和质子数反应前后保持不变，则衰变方程为
Ra→Rn＋He
（2）衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由
得α粒子的速度
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
得Rn的速度
释放的核能
代入数据解得
24．
【解析】
【分析】
实心球挖去一个半径为的小实心球后，质量分布不均匀。因此挖去小实心球剩余的部分，不能看成质量集中于球心的质点，直接求空心球和小实心球之间的万有引力很困难。
【详解】
假设用与挖去的小实心球完全相同的球填补挖去的位置，则空心球变成一个实心球，可看作质量集中于球心的质点，则大、小实心球之间的万有引力为
F＝G
小实心球的质量为
m＝ρ·π＝ρ·πR3＝M
代入上式得
F＝G
填入的小实心球与挖去的小实心球之间的万有引力为
F1＝G＝·＝
设空心球与小实心球之间的万有引力为F2，则有F＝F1＋F2因此，空心球与小实心球之间的万有引力为
F2＝F－F1＝－
25．
【解析】
【分析】
【详解】
以水为研究对象，设横截面积的圆筒内装有质量的水，若被太阳光垂直照射2 min，测得水的温度升高了1℃。由此可得，水吸收的热量为
在阳光直射下，地球表面每平方米每秒获得的能量为
由于大气层会吸收55%的太阳能，则每平方米每秒射到大气层的太阳能为
太阳辐射的能量均匀分布在以太阳为球心、日地距离为半径的球面上，查资料可知日地距离为
则太阳每秒辐射的总能量
根据
太阳每秒减少的质量
这个数量级看上去非常巨大，但与太阳质量的数量级相比，是微不足道的。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页