第五章　原子核　章末检测试卷(五)（含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

第五章　原子核 章末检测试卷(五)
(满分：100分)
一、单项选择题：共11题，每题4分，共44分。每题只有一个选项最符合题意。
1．(2022·南京市高二期末)氮3大量存在于月球表面月壤中，是未来的清洁能源。两个氦3聚变的核反应方程是He＋He→He＋2X＋12.86 MeV，则X为(　　)
A．电子 B．氘核
C．中子 D．质子
2．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中，一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是(　　)
A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现
B．两个轻核结合成质量较大的核，原子核的比结合能增加
C．太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应
D．核聚变反应的方程可能是H＋H→He＋2n
3．核潜艇以核反应堆为动力来源，反应堆的核反应方程式为U＋n→Ba＋Kr＋3X，则(　　)
A．X为电子
B．Kr有36个质子，89个中子
C.Ba比U的比结合能大
D．核反应前、后原子核的总质量保持不变
4．(2021·山东卷)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的
Pb，其衰变方程为Pb→Bi＋X。以下说法正确的是(　　)
A．衰变方程中的X是电子
B．升高温度可以加快Pb的衰变
C.Pb与Bi的质量差等于衰变的质量亏损
D．方程中的X来自于Pb内质子向中子的转化
5．(2022·南通市高二期中)2021年3月，考古学家利用C技术测定了位于临淄的稷下学宫遗址下的土层，确定距今约2 400年，这个年代略早于春秋齐桓公时期。已知C的半衰期为5 730年，它很容易发生β衰变，变成一个新核。下列说法正确的是(　　)
A．骨骼中以碳酸钙(CaCO3)形式存在的C的半衰期比单质C的半衰期更长
B.C发生β衰变，其衰变方程为：C→B＋e
C．β衰变的实质是核内一个中子转化为一个质子和一个电子
D.C经过2 400年后，剩余的C不到原来的一半
6．(2022·威海市高二月考)下列说法正确的是(　　)
A．图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的
B．图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子
C．图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚
D．图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变
7.Cu具有放射性，如静止的Cu发生α衰变时，产生Co同时伴有γ光子辐射。若Cu核、Co核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是(　　)
A.Co的结合能为(m1－m2－m3)c2
B.Cu核、Co核和α粒子中，Cu核的结合能最大
C．γ光子是衰变过程中Cu核辐射的
D.Co核与α粒子能量之和等于反应前Cu的能量
8．(2022·盐城市高二期末)放射性元素A、B的半衰期分别为T和2T。在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝4T时刻，衰变的原子核总数为N，则刚开始A、B原子核数目之比为(　　)
A．1∶2 B．2∶1
C．1∶3 D．3∶1
9．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是(　　)
A．根据图甲可知，He核的结合能约为7 MeV
B．根据图甲可知，U核比Kr核更稳定
C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大
D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量
10．太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　)
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为839.6 MeV/c2
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2
11.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是(　　)
A.C→He＋Be B.C→e＋B
C.C→e＋N D.C→H＋B
二、非选择题：共5题，共56分。其中第13题～第16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。
12．(8分)(2019·江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。
13．(8分)(2022·无锡市高二期末)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu。
(1)写出Pu发生α衰变的核反应方程；
(2)Pu的半衰期是87.7年，大约要经过多少年会有87.5%的原子核发生衰变？
14．(10分)(2022·扬州市高二期末)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子H轰击静止的Li，生成两个He，Li和He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c。
(1)写出核反应方程；
(2)求出释放的核能ΔE；
(3)求出质子的质量m。
15．(14分)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→Xe＋Sr＋(　　)n
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3分别表示U、Xe、Sr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？(真空中的光速为c)
(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，一个月约为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)
16．(16分)(2023·南通市高二月考)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核X发生了一次α衰变，放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，其轨迹半径为R。已知α粒子的质量为m，电荷量为q，光速为c。
(1)若新核的元素符号用Y表示，原子核X的比结合能为E1，新核Y的比结合能为E2，α粒子的比结合能为E3，写出该α衰变的核反应方程及衰变过程中释放的核能ΔE；
(2)若该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。
章末检测试卷(五)
1．D　[根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为质子，D正确。]
2．B　[核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。]
3．C　[根据核反应过程中，质量数与电荷数守恒，可知X的质量数A＝＝1，电荷数Z＝＝0，所以X为中子，故A错误；Kr有36个质子，中子数为：89－36＝53，故B错误；核反应要释放出能量，核反应后核的比结合能大于反应前核的比结合能，故C正确；核反应要释放出能量，有质量亏损，故D错误。]
4．A　[根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；半衰期非常稳定，不受温度、压强以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误；Pb与Bi和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；方程中的X来自于Pb内中子向质子的转化，D错误。]
5．C　[放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期，放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，A错误；C发生β衰变产生电子，根据电荷数守恒，质量数守恒，C的衰变方程为C→N＋e，B错误；β衰变的实质是核内一个中子转化为一个质子和一个电子，C正确；C的半衰期为5 730年，经过2 400年后，未达到C的半衰期，故剩余的C比原来的一半多，D错误。]
6．C　[题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；题图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿透本领，题图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，对于少数的放射性原子核不适用，故D错误。]
7．B　[由爱因斯坦质能方程可知，(m1－m2－m3)c2为核衰变中因质量亏损释放的能量，不是Co的结合能，A错误；
在Cu核、Co核和α粒子中，Cu的核子数最多，结合时需要最多的能量，即结合能最大，B正确；
衰变过程中，Co处于激发态，当它向低能级跃迁时辐射出γ光子，C错误；
由能量守恒定律可知，Co核与α粒子能量、以及γ光子辐射带走的一部分能量之和等于反应前Cu的能量，D错误。]
8．B　[假设衰变之前A、B的原子核数分别为x、y，
则x＋y＝N，x－x＋y－y＝N
解得x＝，y＝
所以＝2，故B正确，A、C、D错误。]
9．C　[分析图像可知，He核的比结合能为7 MeV，根据结合能＝比结合能×核子数(即质量数)，故He核的结合能约为28 MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，Kr核比U核的比结合能大，故Kr核比U核更稳定，B错误；核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确；若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。]
10．C　[由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；根据能量关系可知mXc2＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV，解得mX＝939.6 MeV/c2，选项B错误；太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026 J。则太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝＝ kg≈4.4×109 kg，选项C正确；因为E＝4×1026 J＝ eV＝2.5×1045 eV＝2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，选项D错误。]
11．A　[由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，设时间为t，则＝2①
＝4②
加速度a＝，
则得∶＝1∶2
核反应前后动量守恒有m1v1＝m2v2，
解得q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。]
12．中子(4分)　核裂变(4分)
解析　根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。
13．(1)Pu→He＋U　(2)263.1年
解析　(1)根据电荷数和质量数守恒得到衰变方程为Pu→He＋U(2分)
(2)半衰期为87.7年，根据m＝(2分)
其中m0为衰变前的质量，m是衰变后剩余质量，有87.5%的原子核衰变，剩余质量为
m＝0.125m0(2分)
可得t＝263.1年。(2分)
14．(1)H＋Li→2He　(2)2E2－E1　(3)－m1＋2m2
解析　(1)核反应方程为H＋Li→2He(2分)
(2)释放的核能ΔE＝2E2－E1(3分)
(3)根据ΔE＝Δmc2＝(m1＋m－2m2)c2(3分)
解得m＝－m1＋2m2。(2分)
15．(1)10　(2)(m1－m2－m3－9m)c2　(3)22 kg
解析　(1)由质量数与电荷数守恒可知，
235＋1＝136＋90＋x(2分)
得x＝10(2分)
(2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m(2分)
由爱因斯坦质能方程可知，释放的核能为：
ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－9m)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)
16．(1)X→Y＋He　(A－4)E2＋4E3－AE1　(2)＋
解析　(1)根据质量数和电荷数守恒可得，衰变方程为X→Y＋He(2分)
由能量守恒可得
ΔE＝(A－4)E2＋4E3－AE1(2分)
(2)α粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qv1B＝m(1分)
解得v1＝(1分)
由动量守恒得mv1＝Mv2(1分)
解得v2＝(1分)
由题意知ΔE＝mv12＋Mv22(2分)
即ΔE＝＋(2分)
又ΔE＝Δmc2(2分)
解得Δm＝＋。(2分)