新人教版选择性必修第三册高中物理 第五章 原子核核心素养检测卷（含解析）

第五章核心素养检测卷
考试时间：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．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富．科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于He，下列说法正确的是(　　)
A．He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
B．He聚变反应后变成He，原子核内核子间的比结合能没有发生变化
C．He发生核聚变，放出能量，不一定会发生质量亏损
D．He聚变反应的方程可能为He＋He―→2H＋He
2．对于有关中子的研究，下面说法正确的是(　　)
A．中子等微观粒子都具有波粒二象性
B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应
C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．核反应方程Po―→X＋He中的y＝206，X中核子个数为124
3．一个氡Rn经过多次衰变最后变成稳定的Pb，在多次衰变中共有n个中子变成质子，则n为(　　)
A．2B．3C．4D．5
4．自然界中很多元素具有放射性，居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学奖．其中金属钍(Th)就具有放射性，它能变为镤(Pa)并释放出一种新的粒子X，同时伴随有γ射线的产生，其方程为Th―→Pa＋X，已知钍的半衰期为24天，下列说法正确的是(　　)
A．X为质子
B．X为钍核外的电子
C．γ射线是镤核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的
D．1000个钍原子核经过48天后一定还剩下250个
5．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
6．[2023·辽宁大连高二第十二中学校联考期中]中科院的“人造太阳”全超导托卡马克，成功实现了1.2亿摄氏度的条件下人工可控核聚变101秒．已知该装置内部发生的核反应方程为H＋H―→He＋X，已知H的质量为m1，H的质量为m2，He的质量为m3，X的质量为m4，光速为c，则下列说法正确的是(　　)
A．X为正电子B．He比H更稳定
C．He的结合能为E＝(m1＋m2－m3－m4)c2D．该反应又被称为“链式反应”
7．[2023·辽宁高二校联考期中]近来中国探月工程取得重大成就．月球夜晚温度低至－180℃，为避免低温损坏仪器，“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238(Pu)会不断衰变，释放能量为仪器设备供热．Pu可以通过以下反应过程得到：U＋H―→Np＋2n，Np―→X＋Pu.已知Pu的衰变方程为Pu―→Y＋U，其半衰期为88年．则下列说法正确的是(　　)
A．U＋H―→Np＋2n为轻核聚变
B．白天时温度升高，Pu的半衰期会减小
C．Y为质子H
D．Pu的比结合能比U的比结合能小
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．下列说法正确的是(　　)
A．某放射性元素的半衰期为3小时，4个该元素的原子核经过3小时之后变成2个
B．核反应中的质量亏损并非质量消失，而是减少的质量以能量形式辐射出去
C．氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的频率不一定等于入射光的频率
D．铀核裂变的核反应方程为U―→Ba＋Kr＋2n
9．实现核电池小型化、安全可控化一直是人类追求的目标，玉兔二号月球车就是采用核电池来提供能量的，其原理是将放射性同位素衰变时放出的载能粒子，通过换能器转变为电能．玉兔二号月球车核电池的放射源是Pu，其衰变方程为Pu―→X＋He，钚238的半衰期为88年．已知钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．温度升高钚238的半衰期缩短
B．X的质子数为142
C．一个钚Pu衰变成X，释放的核能为(m1－m2－m3)c2
D．经过176年后，核电池内剩余钚238的质量变为初始质量的
10.
K－介子衰变的方程为K－―→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的元电荷e，π0介子不带电，π－介子的质量为m.如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2.有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直．在P点该介子发生了上述衰变．衰变后产生的π－介子沿v反方向射出，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线．则以下说法正确的是(　　)
A．π0介子做匀速直线运动
B．π－介子的运行轨迹为PENCMDP
C．π－介子运行一周回到P用时为t＝
D．B1＝2B2
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(6分)完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程．
(1)N＋n―→C＋________________
(2)N＋He―→O＋________________
(3)B＋n―→________________＋He
(4)Be＋He―→________________＋n
(5)Fe＋H―→Co＋________________
12．(10分)[2023·通化高二检测]在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即：中微子＋H―→n＋e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即e＋e―→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
13．(10分)正电子发射计算机断层扫描(Positronemissiontomography，简称PET)是一种核医学成像技术，它的基本原理是将放射性同位素氟 18(F)注入人体，参与人体的代谢过程．氟 18(F)在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像(如图甲)，根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出氟 18的衰变的方程式及正、负电子发生湮灭的方程式．
(2)根据氟 18的衰变规律(如图乙)(纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与t＝0时的原子数之比)，氟 18的半衰期为多长时间？经过5小时人体内氟 18的残留量是初始时的百分之几？
14．(12分)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．(16分)两个动能均为0.45MeV的氘核，正面对心碰撞发生聚变，生成一个中子和一个氦核．已知氘核质量mD＝2.0141u，中子质量mn＝1.0087u，氦核质量mHe＝3.0160u．1u相当于931.50MeV的能量．(能量均以MeV为单位，计算结果保留两位小数)
(1)写出核聚变反应的方程式；
(2)计算上述核反应释放的核能ΔE；
(3)若核反应中释放的核能全部转化为动能，求生成的中子和氦核的动能Ekn、EkHe.
第五章核心素养检测卷
1．答案：D
解析：原子核内的核子靠核力结合在一起，核力只存在于相邻的核子之间，A错误；比结合能是核的结合能与核子数之比，所以聚变后的比结合能一定发生变化，B错误；He发生聚变，放出能量，根据质能方程ΔE＝Δmc2一定会发生质量亏损，C错误；He聚变反应的方程式可能为He＋He2H＋He，D正确．故选D.
2．答案：A
解析：微观粒子都具有波粒二象性，故A正确；裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，故B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，故C错误；根据质量数守恒可得y＝210－4＝206，X中核子个数为206，中子数为206－82＝124，故D错误．故选A.
3．答案：C
解析：一次β衰变有一个中子变成一个质子，设此衰变过程中要经过x次α衰变和y次β衰变，其衰变方程为RnPb＋xHe＋ye，根据质量数守恒和电荷数守恒可得222＝206＋4x，86＝82＋2x－y联立解得x＝4，y＝4即n＝4故C正确．
4．答案：C
解析：根据核反应方程，电荷数和质量数守恒可知，X为电子e，这个电子并非原子核外的电子，而是由原子核内的一个中子变成一个质子加上一个电子而来的(nH＋e)，故AB错误；在β衰变的过程中，产物Pa能量高不稳定，会自发地向低能级跃迁，辐射出高能光子γ射线，故C正确；原子核的衰变是对大量原子核的统计学规律，对于少量原子核不成立，故D错误．故选C.
5．答案：C
解析：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射线具有较强的穿过本领，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不能使用，故D错误．故选C.
6．答案：B
解析：根据电荷数和质量数守恒，X的质子数为1＋1－2＝0，质量数为2＋3－4＝1，可知X为中子，A错误；核聚变的生成物比反应物更稳定，所以He比H更稳定，B正确；根据爱因斯坦质能方程，可知(m1＋m2－m3－m4)c2为该核聚变释放的能量，结合能指的是由单个核子组成原子核所释放的核能，所以(m1＋m2－m3－m4)c2并不是He的结合能，C错误．
7．答案：D
解析：U＋HNp＋2n不是轻核聚变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核内部自身决定，与外界的物理和化学状态无关，白天时温度升高，Pu的半衰期不变，故B错误；Pu的衰变方程为PuY＋U，根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒可知，Y为He，故C错误；生成物U比Pu更稳定，比结合能越大，原子核越稳定，可知Pu的比结合能比U的比结合能小，故D正确．
8．答案：BC
解析：半衰期是统计学的概念，对大量的粒子才有意义，故A错误；根据爱因斯坦质能方程，可知核反应中的质量亏损并非质量消失，而是减少的质量以能量形式辐射出去，故B正确；能级跃迁发生在两个定态之间，氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时可能放出多种频率的光子，不一定等于入射光的频率，故C正确；铀核需要中子撞击才能发生核裂变，故D错误．故选BC.
9．答案：CD
解析：元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；根据质量数和电荷数守恒得到X的质子数为90，故B错误；由爱因斯坦质能方程知一个Pu衰变成X释放的核能为ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；由半衰期公式可得m余＝m0()＝m0()＝m0，故D正确．故选CD.
10．答案：AD
解析：π0介子不带电，不受洛伦兹力作用，所以做匀速直线运动，故A正确；根据左手定则可知，π－介子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1时，受到的洛伦兹力方向向上，所以π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，故B错误；π－介子在整个过程中，在匀强磁场B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场B2中运动半个周期，所以t＝＋，故C错误；由题图可知，π－介子在匀强磁场B1中运动半径是匀强磁场B2中运动半径的一半，根据r＝可知，B1＝2B2，故D正确．
11．答案：(2)　(4)　H　H　Li　C　n
解析：(1)N＋n―→C＋H
(2)N＋He―→O＋H
(3)B＋n―→Li＋He
(4)Be＋He―→C＋n
(5)Fe＋H―→Co＋n
其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4).
12．答案：(1)0和0　(2)8.2×10－14　原因见解析
解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.
(2)产生能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE＝Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得＝8.2×10－14J．正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律．
13．答案：(1)F―→O＋e　e＋e―→2γ
(2)100min　12.5%
解析：(1)根据质量数与质子数守恒，则有氟 18的衰变方程：
F―→O＋e
正、负电子湮灭方程：e＋e―→2γ
(2)氟 18的半衰期为：T＝100min
当t＝5×60min＝300min时，由N＝N0()
可得：＝12.5%
14．答案：(1)H＋Li2He　(2)2E2－E1　
(3)－m1＋2m2
解析：(1)核反应方程为H＋Li→2He
(2)释放的核能ΔE＝2E2－E1
(3)根据ΔE＝Δmc2＝(m1＋m－2m2)c2
解得m＝－m1＋2m2
15．答案：见解析
解析：(1)由质量数守恒、核电荷数守恒得：
2H―→He＋n.
(2)设核反应中的质量亏损为Δm，则有Δm＝2mD－(mn＋mHe)＝3.50×10－3u，
则ΔE＝3.50×10－3×931.50MeV≈3.26MeV.
(3)因反应前两核动能相同，但合动量为0，两氘核正面对心碰撞过程动量守恒，有0＝mnvn＋mHevHe，
结合Ek＝得＝≈，
由能量守恒有：2Ek0＋ΔE＝mnv＋mHev，
因总动能为2Ek0＋ΔE＝2×0.45MeV＋3.26MeV＝4.16MeV，
则得Ekn＝3.12MeV，EkHe＝1.04MeV.