选择性必修3 第五章　原子核 章末检测试卷(五)（word版含解析）

第五章　原子核 章末检测试卷(五)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分．每题只有一个选项最符合题意．
1．(2021·江苏南京高二期末)下列关于原子或原子核的说法正确的是(　　)
A．天然放射现象的发现揭示了原子具有核式结构
B．温度升高，放射性元素的半衰期会减小
C．原子核发生β衰变后，原子序数不变
D．比结合能越大，原子核越稳定
2．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
3．(2021·广东高二月考)核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是(　　)
A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电
4．(2021·江苏省西安交大苏州附中高二期中)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示．该装置中探测器接收到的是(　　)
图1
A．X射线 B．α射线
C．β射线 D．γ射线
5．(2021·江苏省星海实验中学高二期中)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　)
A.U→Th＋He是α衰变
B.N＋He→O＋H是轻核聚变
C.H＋H→He＋n是β衰变
D.Se→Kr＋2e是重核裂变
6.反粒子就是质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反的粒子，例如，反质子为H.假若分别使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO′方向进入匀强磁场B2，形成图2中的4条径迹，则(　　)
图2
A．1、2是反粒子径迹
B．3、4为反粒子径迹
C．3为反α粒子径迹
D．1为反α粒子径迹
7．(2020·江苏泰州高二期末)钴核(Co)放出一个β粒子后衰变成一个镍核(Ni)，并伴随产生了γ射线．已知钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是(　　)
A．核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2
B．放出的γ射线的穿透本领比β射线弱
C．放出的β粒子是钴原子核内中子转化而来
D．若有16个钴原子核，经过一个半衰期后只剩下8个钴原子核
8．据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是(　　)
A．钍核Th有90个中子，142个质子
B．铀核裂变的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定
D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小
9．(2020·六盘山高级中学高二期中)太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中．太阳能是由太阳内部激烈进行的多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个氘核(H)和一个氚核(H)聚变产生一个氦核(He)，下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是(　　)
A．该核聚变反应方程为H＋H→He＋e
B．若氘核(H)的结合能为E1，氚核(H)的结合能为E2，氦核(He)的结合能为E3，则这个反应中释放出的核能为ΔE＝E3－E1－E2
C．原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量数一定减少
D．聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有引力作用下紧密结合在一起的过程
10.(2020·会宁县第一中学高二月考)如图3，匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，衰变过程中放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为42∶1，则氡核的衰变方程是(　　)
图3
A.Rn→Fr＋e
B.Rn→Po＋He
C.Rn→At＋e
D.Rn→At＋H
二、非选择题：共5题，共60分．其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．
11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖．他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg P随时间衰变的关系图像如图4所示，请估算4 mg的P经过________天的衰变后还剩0.25 mg.
图4
12．(12分)(2020·江苏省如皋中学)用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献．若已知α粒子的质量为4.001 509 u，中子的质量为1.008 665 u，铍核的质量为9.012 19 u，碳核的质量为12.000 00 u，试写出发现中子的核反应方程，并确定核反应中所释放的核能为多少？(1 u相当于931.5 MeV的能量)
13．(14分)(2020·宜春九中高二开学考试)氘核和氚核的核反应为：H＋H→He＋X＋17.6 MeV，则：
(1)核反应式中的X是什么粒子？
(2)这一过程的质量亏损是多少(保留两位有效数字)
(3)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能？(氘核的摩尔质量M＝2 g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1)
14．(14分)(2020·修水县第五中学高二月考)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是
U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3均分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/
mol，一月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
15．(14分)(2021·江苏省南京师大苏州实验学校高二月考)一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn，已知镭核226质量为226.025 4 u，氡核222质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．(计算结果保留两位小数)
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．
答案与解析
章末检测试卷(五)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分．每题只有一个选项最符合题意．
1．(2021·江苏南京高二期末)下列关于原子或原子核的说法正确的是(　　)
A．天然放射现象的发现揭示了原子具有核式结构
B．温度升高，放射性元素的半衰期会减小
C．原子核发生β衰变后，原子序数不变
D．比结合能越大，原子核越稳定
答案　D
解析　天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂结构，选项A错误；外界环境对半衰期无影响，选项B错误；原子核发生β衰变后，原子序数增加1，选项C错误；比结合能越大，原子核越稳定，选项D正确．
2．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
答案　B
解析　将核反应方程式改写成He＋Al→n＋X，由电荷数守恒和质量数守恒知，X应为X.
3．(2021·广东高二月考)核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是(　　)
A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电
答案　C
解析　轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，原子核的比结合能增大，选项A错误，C正确；经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能变大，选项B错误；目前我国核电站利用重核裂变释放的能量来发电，选项D错误．
4．(2021·江苏省西安交大苏州附中高二期中)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示．该装置中探测器接收到的是(　　)
图1
A．X射线 B．α射线
C．β射线 D．γ射线
答案　D
解析　α、β、γ三种射线的穿透能力不同，α射线不能穿过钢板，β射线只能穿过3 mm厚的铝板，而γ射线能穿透钢板．故D正确．
5．(2021·江苏省星海实验中学高二期中)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　)
A.U→Th＋He是α衰变
B.N＋He→O＋H是轻核聚变
C.H＋H→He＋n是β衰变
D.Se→Kr＋2e是重核裂变
答案　A
解析　U→Th＋He，该核反应是天然放射现象，属于α衰变，A正确；N＋He→O＋H，该核反应是原子核的人工转变，B错误；H＋H→He＋n，该核反应是轻核的聚变，C错误；Se→Kr＋2e，该核反应属于β衰变，D错误．
6.反粒子就是质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反的粒子，例如，反质子为H.假若分别使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO′方向进入匀强磁场B2，形成图2中的4条径迹，则(　　)
图2
A．1、2是反粒子径迹
B．3、4为反粒子径迹
C．3为反α粒子径迹
D．1为反α粒子径迹
答案　A
解析　由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转，反质子、反α粒子向左偏转，故A正确，B、C错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径r＝知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，故D错误．
7．(2020·江苏泰州高二期末)钴核(Co)放出一个β粒子后衰变成一个镍核(Ni)，并伴随产生了γ射线．已知钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是(　　)
A．核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2
B．放出的γ射线的穿透本领比β射线弱
C．放出的β粒子是钴原子核内中子转化而来
D．若有16个钴原子核，经过一个半衰期后只剩下8个钴原子核
答案　C
解析　根据质能方程可知核反应中释放的能量为(m1－m2－m3)c2，A错误；根据三种射线的特点可知，γ射线的穿透本领比β射线强，B错误；根据β衰变的本质可知，β粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，C正确；半衰期是对大量原子衰变的统计结果，对少数原子没有意义，D错误．
8．据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是(　　)
A．钍核Th有90个中子，142个质子
B．铀核裂变的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定
D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小
答案　B
解析　钍核Th有90个质子，142个中子，故A错误；根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确；根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误；较重的核分裂成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，核子的比结合能会增大，故D错误．
9．(2020·六盘山高级中学高二期中)太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中．太阳能是由太阳内部激烈进行的多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个氘核(H)和一个氚核(H)聚变产生一个氦核(He)，下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是(　　)
A．该核聚变反应方程为H＋H→He＋e
B．若氘核(H)的结合能为E1，氚核(H)的结合能为E2，氦核(He)的结合能为E3，则这个反应中释放出的核能为ΔE＝E3－E1－E2
C．原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量数一定减少
D．聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有引力作用下紧密结合在一起的过程
答案　B
解析　核反应过程质量数守恒，电荷数守恒，H和H发生核反应，核反应方程为H＋H→
He＋n；原子核聚变反应过程中释放出了核能，但反应前后原子核的质量数依然守恒，A、C错误；释放的核能ΔE＝E3－E2－E1，B正确；在核反应中，核子结合在一起靠的不是库仑力和万有引力，D错误．
10.(2020·会宁县第一中学高二月考)如图3，匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，衰变过程中放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为42∶1，则氡核的衰变方程是(　　)
图3
A.Rn→Fr＋e
B.Rn→Po＋He
C.Rn→At＋e
D.Rn→At＋H
答案　B
解析　粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qvB＝m，故r＝；粒子衰变过程中不受外力，系统动量守恒，故生成的两个粒子的动量等大、反向，故：r＝∝；大圆与小圆的半径之比为42∶1，故生成的两个粒子的电荷量之比为1∶42；根据电荷数守恒，生成物是α粒子，则衰变方程应该是Rn→Po＋He，B正确．
二、非选择题：共5题，共60分．其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．
11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖．他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg P随时间衰变的关系图像如图4所示，请估算4 mg的P经过________天的衰变后还剩0.25 mg.
图4
答案　正电子(3分)　56(3分)
解析　核反应方程式为：P→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知半衰期大约为14天，
由公式0.25 mg＝4 mg×=，知t＝56天．
12．(12分)(2020·江苏省如皋中学)用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献．若已知α粒子的质量为4.001 509 u，中子的质量为1.008 665 u，铍核的质量为9.012 19 u，碳核的质量为12.000 00 u，试写出发现中子的核反应方程，并确定核反应中所释放的核能为多少？(1 u相当于931.5 MeV的能量)
答案　He＋Be→C＋n　4.7 MeV
解析　根据题意可写出发现中子的核反应方程为He＋Be→C＋n(4分)
可得核反应过程中的质量亏损为Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005 034 u(4分)
根据质能方程ΔE＝Δmc2得该核反应所释放的核能为ΔE＝×0.005 034 u
≈4.7MeV.(4分)
13．(14分)(2020·宜春九中高二开学考试)氘核和氚核的核反应为：H＋H→He＋X＋17.6 MeV，则：
(1)核反应式中的X是什么粒子？
(2)这一过程的质量亏损是多少(保留两位有效数字)
(3)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能？(氘核的摩尔质量M＝2 g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1)
答案　(1)中子　(2)3.1×10－29 kg　(3)8.448×1011 J
解析　(1)由质量数守恒得：2＋3＝4＋b(1分)
得b＝1(1分)
由电荷数守恒得：1＋1＝2＋a(1分)
得a＝0(1分)
故X是中子．(1分)
(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2，(2分)
得：Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg(3分)
(3)1 g氘核完全与氚核发生反应释放的核能为
ΔE′＝NA×17.6 MeV(2分)
得ΔE′＝5.28×1030 eV＝8.448×1011 J．(2分)
14．(14分)(2020·修水县第五中学高二月考)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是
U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3均分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/
mol，一月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
答案　(1)3　(2)(m1－m2－m3－2m)c2　(3)22 kg
解析　(1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝141＋92＋x(2分)
得x＝3(2分)
(2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－2m(2分)
由质能方程可知，释放的核能为：ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－2m)c2；(2分)
(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt(2分)
同时：E＝NAΔE(2分)
可得：m＝＝ kg≈22 kg.(2分)
15．(14分)(2021·江苏省南京师大苏州实验学校高二月考)一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn，已知镭核226质量为226.025 4 u，氡核222质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．(计算结果保留两位小数)
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．
答案　(1)Ra→Rn＋He　(2)6.055 MeV　(3)5.95 MeV
解析　(1)由质量数与核电荷数守恒可知，该反应方程中放射出一个He粒子，核反应方程为
Ra→Rn＋He(4分)
(2)该核反应中质量亏损为Δm＝226.025 4 u－222.016 3 u－4.002 6 u＝0.006 5 u(2分)
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV≈6.05 MeV(2分)
(3)衰变的过程中动量守恒，若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，规定He粒子运动的方向为正方向，则
mαv1－mRnv2＝0(2分)
mαv12＋mRnv22＝ΔE(2分)
联立解得Ekα＝mαv12＝≈5.94 MeV.(2分)