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人教版选择性必修三第五章检测试卷A卷
（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
一、选择题：本题共10小题，共42分。在每小题给出的四个选项中，第1~8小题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9~10小题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的或不选的得0分。
1．如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”（Magnetar）是中子星的一种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X射线及γ射线为主的高能量电磁辐射，下列说法正确的是（ ）
A．X射线是高速电子流 B．X射线的波长小于γ射线的波长
C．X射线可以消毒 D．γ射线可以摧毁病变的细胞
2．在下列两个核反应方程中，，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示Y的电荷数和质量数，则（ ）
A．， B．， C．， D．，
3．利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。在研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，左图是三类射线在垂直纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。右图是两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是（ ）
A．放射源可以打出三类射线，说明同时发生ɑ、β、γ衰变
B．ɑ射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是ɑ射线
C．a为电源正极，到达A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
4．来自外太空的宇宙射线在进入地球大气层后，可能会与大气中的氮原子作用而产生质子。中子与氮14发生的核反应方程是：，产生的不够稳定，能自发的进行β衰变，其半衰期为5730年。考古学家可利用的衰变规律推断出古木的年代，下列说法正确的是（ ）
A．发生β衰变的生成物是
B．的半衰期随温度的降低而变长
C．β衰变辐射出的粒子是碳原子核外电子跃迁产生的
D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知该古木距今约11460年
5．2023年8月，日本不顾多个国家的反对，公然将含有大量放射性物质的核废水排放到太平洋中，其中有一种放射性物质是碳14，它的半衰期大约为5730年，其衰变方程为；则下列说法正确的是（ ）
A．衰变方程中X为粒子
B．如果有100个碳14，经过5730年将有50个原子核发生衰变
C．碳14半衰期很长，所以短期内不会对人类造成影响
D．衰变产生的X粒子电离本领比光子强
6．2023年8月24日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海，引起了周边国家的强烈谴责，核污染水含有的放射性物质如铀、钚、锕、锶、铯、碘等，通过核裂变释放出放射性能量，对海洋生态环境的潜在威胁难以估量。其中核反应方程式为的半衰期为30年，下列说法正确的是（ ）
A．随着环境温度升高的半衰期增大
B．的比结合能比的比结合能大
C．该核反应中产生的电子来自于原子核外电子电离逸出
D．100个原子核经过60年，只剩25个原子核未衰变
7．“嫦娥五号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能。“核电池”利用了的衰变，衰变方程为，下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能比的大
B．月夜的寒冷导致衰变得比在地球上慢些
C．衰变方程中的m等于92，一个衰变为释放的核能为
D．Y是氦的原子核，具有极强的穿透能力可用于金属探伤
8．太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：。已知一个氘核的质量为，一个氦核的质量为，一个中子的质量为，下列说法正确的是（ ）
A．氦核和中子的质量数之和小于两个氘核的质量数之和
B．该核反应吸收的能量为
C．核反应前后系统总动量减小
D．该核反应释放的能量为
9．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置—中国环流器二号M装置（HL－2M）在成都建成并实现首次放电。“人造太阳”主要是将氘核与氚核聚变反应释放的能量用来发电，+→X+，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，中子的质量为m3，反应中释放的核能为ΔE，光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．核反应前后质量数守恒、电荷数守恒
B．反应产物X核是氦核
C．反应产物X核的比结合能比的比结合能小
D．反应产物X的质量为
10．2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院的可控核聚变装置全超导托卡马克（EAST）缔造了新的纪录，实现了高功率稳定的403s稳态长脉冲高约束模等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。已知该装置内部发生的核反应方程为：，已知、、和的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV，则下列说法中正确的是（ ）
A．该反应属于轻核聚变
B．该反应中生成物的总质量大于反应物的总质量
C．该反应过程中释放的能量约为17.6MeV
D．该反应中生成物的结合能之和小于反应物的结合能之和
二、填空题：本大题共3小题，共16分。
11．1. “嫦娥三号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了的衰变，在放出一个α粒子后衰变为一个新的原子核，新核的中子数比的中子数少 个； 在月球上的衰变速度与在地球上的衰变速度相比 （选填“快了”、“慢了”、“一样快”），新原子核的平均结合能 （选填“大于”“等于”或“小于”） 的平均结合能。
12．2015年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓，日本科学家梶田隆章和加拿大科学家阿瑟，因发现中微子振荡，证明中微子有质量而获得了诺贝尔物理学奖。核聚变电站被称为“人造太阳”，它来自下面的反应：4个质子（氢核）聚变成1个α粒子，同时释放2个正电子和2个中微子，质子、氦核、正电子、中微子的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c，此聚变的核反应方程是 （中微子可略去不写），核反应过程中释放的能量ΔE= 。
13．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片（如图所示），已知两个相切圆半径分别为r1、r2。若衰变方程是ThHe，则r1∶r2= ，1和2的径迹 （选填“均是顺时针”“一个顺时针一个逆时针”或“均是逆时针”）方向。
三、计算题（本题共3小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
14．山东海阳核电站一期工程建设了两台125万千瓦的AP1000三代核电机组．如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。
（1）写出裂变方程；
（2）求出一个铀核裂变放出的能量；
（3）若铀矿石的浓度为3%，一期工程投产发电后，一年将消耗多少吨铀矿石？（阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1）
15．镭（）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发放出粒子而变成新核，已知的质量，的质量，粒子的质量。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求：
（1）粒子与核在磁场中运动的半径之比和周期之比；
（2）衰变过程中放出的能量（）。
16．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子，若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10-27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程；
（2）试计算这个核反应释放出来的能量。
（3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量 （一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取两位有效数字）
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（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
一、选择题：本题共10小题，共42分。在每小题给出的四个选项中，第1~8小题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9~10小题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的或不选的得0分。
1．如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”（Magnetar）是中子星的一种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X射线及γ射线为主的高能量电磁辐射，下列说法正确的是（ ）
A．X射线是高速电子流 B．X射线的波长小于γ射线的波长
C．X射线可以消毒 D．γ射线可以摧毁病变的细胞
【答案】D
【详解】A．β射线是高速电子流，X射线不是高速电子流，选项A错误；
B．X射线的频率小于γ射线的频率，X射线的波长大于γ射线的波长，选项B错误；
C．紫外线具有波长短、频率高、能量大的特点可以进行消毒，X射线可以用来进行透视以诊断病情，故C错误；
D．γ射线穿透能力较强，可以摧毁病变的细胞，选项D正确。
故选D。
2．在下列两个核反应方程中，，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示Y的电荷数和质量数，则（ ）
A．， B．， C．， D．，
【答案】A
【详解】设X电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
联立解得
，
故选A。
3．利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。在研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，左图是三类射线在垂直纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。右图是两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。下列说法错误的是（ ）
A．放射源可以打出三类射线，说明同时发生ɑ、β、γ衰变
B．ɑ射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是ɑ射线
C．a为电源正极，到达A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
【答案】B
【详解】从右图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据平抛运动公式，知两个粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板电压U相同，比荷小的飞行距离短，所以电子的竖直位移小，故达到A极板距离小，是β射线，A极板带正电，a为电源的正极。
本题选错误的，故选B。
4．来自外太空的宇宙射线在进入地球大气层后，可能会与大气中的氮原子作用而产生质子。中子与氮14发生的核反应方程是：，产生的不够稳定，能自发的进行β衰变，其半衰期为5730年。考古学家可利用的衰变规律推断出古木的年代，下列说法正确的是（ ）
A．发生β衰变的生成物是
B．的半衰期随温度的降低而变长
C．β衰变辐射出的粒子是碳原子核外电子跃迁产生的
D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知该古木距今约11460年
【答案】D
【详解】
A．根据题意可知，衰变方程为
即发生衰变的产物是，故A错误；
B．半衰期与外界环境无关，故B错误；
C．衰变辐射出的粒子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故C错误；
D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知，经过了2个半衰期，则该古木距今约为
5730×2年＝11460年
故D正确。
故选D。
5．2023年8月，日本不顾多个国家的反对，公然将含有大量放射性物质的核废水排放到太平洋中，其中有一种放射性物质是碳14，它的半衰期大约为5730年，其衰变方程为；则下列说法正确的是（ ）
A．衰变方程中X为粒子
B．如果有100个碳14，经过5730年将有50个原子核发生衰变
C．碳14半衰期很长，所以短期内不会对人类造成影响
D．衰变产生的X粒子电离本领比光子强
【答案】D
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒，衰变方程为
可知衰变方程中X为电子，故A错误；
B．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故B错误；
C．碳14半衰期很长，短期内会对人类造成影响，故C错误；
D．衰变产生的X粒子电离本领比光子强，故D正确。
故选D。
6．2023年8月24日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海，引起了周边国家的强烈谴责，核污染水含有的放射性物质如铀、钚、锕、锶、铯、碘等，通过核裂变释放出放射性能量，对海洋生态环境的潜在威胁难以估量。其中核反应方程式为的半衰期为30年，下列说法正确的是（ ）
A．随着环境温度升高的半衰期增大
B．的比结合能比的比结合能大
C．该核反应中产生的电子来自于原子核外电子电离逸出
D．100个原子核经过60年，只剩25个原子核未衰变
【答案】B
【详解】A．半衰期只由原子核自身决定，与温度无关，故A错误；
B．衰变过程释放能量，反应后的比反应前的更稳定，则的比结合能小于的比结合能，故B正确；
C．衰变过程中的电子是由核内中子转化为质子释放出来的，故C错误；
D．半衰期是大量原子核的统计规律，对于少数原子核不适用，故D错误。
故选B。
7．“嫦娥五号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能。“核电池”利用了的衰变，衰变方程为，下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能比的大
B．月夜的寒冷导致衰变得比在地球上慢些
C．衰变方程中的m等于92，一个衰变为释放的核能为
D．Y是氦的原子核，具有极强的穿透能力可用于金属探伤
【答案】C
【详解】
A．发生衰变成更稳定的，而核越稳定，比结合能越大，故A错误；
B．衰变快慢不受外界环境影响，故B错误；
C．此核反应过程中的质量亏损等于反应前后的质量差，为
核反应过程中释放的能量
故C正确；
D．根据质量数守恒和电荷数守恒可知
解得
故Y是氦的原子核，发生的是衰变，射线的穿透能力较弱，不能用于金属探伤，故D错误。
故选C。
8．太阳内部每天都进行着大量的核聚变反应，其中一种核聚变反应为两个氘核对心碰撞发生的核聚变：。已知一个氘核的质量为，一个氦核的质量为，一个中子的质量为，下列说法正确的是（ ）
A．氦核和中子的质量数之和小于两个氘核的质量数之和
B．该核反应吸收的能量为
C．核反应前后系统总动量减小
D．该核反应释放的能量为
【答案】D
【详解】A．核聚变满足质量数守恒，则氦核和中子的质量数之和等于两个氘核的质量数之和，故A错误；
BD．核聚变反应释放能量，反应前后有质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可知
故B错误，D正确；
C．核聚变反应为内力作用，系统的动量守恒，则核反应前后系统总动量不变，故C错误。
故选D。
9．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置—中国环流器二号M装置（HL－2M）在成都建成并实现首次放电。“人造太阳”主要是将氘核与氚核聚变反应释放的能量用来发电，+→X+，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，中子的质量为m3，反应中释放的核能为ΔE，光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．核反应前后质量数守恒、电荷数守恒
B．反应产物X核是氦核
C．反应产物X核的比结合能比的比结合能小
D．反应产物X的质量为
【答案】AB
【详解】A．发生核反应的过程中质量数和电荷数守恒，A正确；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒，反应产物X的电荷数为2，质量数是4，是氦核，B正确；
C．反应放出能量且反应后的生成物更加稳定，即氦核比结合能大于，C错误；
D．设X的质量为m4，根据质能方程得
ΔE＝（m1+m2-m3-m4）c2
得
D错误。
故选AB。
10．2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院的可控核聚变装置全超导托卡马克（EAST）缔造了新的纪录，实现了高功率稳定的403s稳态长脉冲高约束模等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。已知该装置内部发生的核反应方程为：，已知、、和的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV，则下列说法中正确的是（ ）
A．该反应属于轻核聚变
B．该反应中生成物的总质量大于反应物的总质量
C．该反应过程中释放的能量约为17.6MeV
D．该反应中生成物的结合能之和小于反应物的结合能之和
【答案】AC
【详解】A．该反应叫轻核聚变，也叫热核反应，故选项A正确；
B．该反应放出核能，有质量亏损，即反应物的质量大于生成物的质量，故选项B错误；
C．该反应过程中释放的能量为
故选项C正确；
D．轻核聚变过程，生成物的结合能大于反应物的结合能，故选项D错误。
故选AC。
二、填空题：本大题共3小题，共16分。
11．1. “嫦娥三号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了的衰变，在放出一个α粒子后衰变为一个新的原子核，新核的中子数比的中子数少 个； 在月球上的衰变速度与在地球上的衰变速度相比 （选填“快了”、“慢了”、“一样快”），新原子核的平均结合能 （选填“大于”“等于”或“小于”） 的平均结合能。
【答案】 2 一样快 大于
【详解】[1] 产生一次α衰变，原子核少2个质子和2个中子，因此新核的中子数比的中子数少2个。
[2]衰变是原子核自发的，衰变的快慢只与原子核本身有关，与外界的物理环境和化学环境均无关，因此在月球上的衰变速度与在地球上的衰变速度相比一样快。
[3] 在放出一个α粒子后衰变为一个新的原子核，可知新核的核子数比的核子数较小，是重核，由比结合能曲线可知，新原子核的平均结合能大于的平均结合能。
12．2015年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓，日本科学家梶田隆章和加拿大科学家阿瑟，因发现中微子振荡，证明中微子有质量而获得了诺贝尔物理学奖。核聚变电站被称为“人造太阳”，它来自下面的反应：4个质子（氢核）聚变成1个α粒子，同时释放2个正电子和2个中微子，质子、氦核、正电子、中微子的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c，此聚变的核反应方程是 （中微子可略去不写），核反应过程中释放的能量ΔE= 。
【答案】
【详解】[1][2]根据参与反应的粒子种类及生成粒子的种类，根据质量数守恒与电荷数守恒写出核反应方程式，即
核反应过程中的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程可知，核反应过程中释放的能量
13．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片（如图所示），已知两个相切圆半径分别为r1、r2。若衰变方程是ThHe，则r1∶r2= ，1和2的径迹 （选填“均是顺时针”“一个顺时针一个逆时针”或“均是逆时针”）方向。
【答案】 1∶45 均是顺时针
【详解】[1]核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即
解得
由于p、B都相等，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，由图可知，半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为粒子的运动轨迹，且二者半径之比为
[2]生成的两粒子都带正电，由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动。
三、计算题（本题共3小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
14．山东海阳核电站一期工程建设了两台125万千瓦的AP1000三代核电机组．如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。
（1）写出裂变方程；
（2）求出一个铀核裂变放出的能量；
（3）若铀矿石的浓度为3%，一期工程投产发电后，一年将消耗多少吨铀矿石？（阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1）
【答案】（1） （2）140.4MeV （3）45.7t
【详解】（1）根据核裂变规律可得
（2）裂变过程的质量亏损为
释放的能量为
（3）核电站一年的发电量为
由
得
代入数据解得
15．镭（）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发放出粒子而变成新核，已知的质量，的质量，粒子的质量。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求：
（1）粒子与核在磁场中运动的半径之比和周期之比；
（2）衰变过程中放出的能量（）。
【答案】（1），；（2）
【详解】（1）静止的镭核衰变时动量守恒，粒子与核运动方向相反，因此均带正电，在磁场中所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反；又因粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，故两粒子的运动轨迹为两外切圆，由动量守恒知
由
可得
由电荷数守恒可知核的电荷量为
可知粒子与核在磁场中运动的半径之比
由周期公式
可知粒子与核在磁场中运动的周期之比为
（2）衰变过程中的质量亏损
衰变过程中放出的能量为
16．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子，若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10-27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程；
（2）试计算这个核反应释放出来的能量。
（3）若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量 （一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取两位有效数字）
【答案】（1）；（2）2.8×10-12J；（3）23kg
【详解】（1）氘和氚聚合的反应方程为
（2）根据质能方程可得核反应释放出来的能量为
（3）每年要消耗氘的质量为
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