高中物理粤教版选修3-5同步练习阶段质量检测（四）+原子核+Word版含解析

阶段质量检测（四） 原子核
(时间：60分钟　满分：100分)
一、单项选择题(共7小题，每小题5分，共35分)
1．(全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为 92238U→ 90234Th＋24He。下列说法正确的是(　　)
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
解析：选B　静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有＝，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；根据半衰期的定义可知，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误。
2．原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力作用。下列说法中正确的是(　　)
A．核力是斥力
B．每个核子和核内其他核子之间都存在核力作用
C．核力是核子间的库仑力和万有引力的合力
D．核力是一种强相互作用力，是在相邻核子之间存在的超短距离的作用力
解析：选D　核力是短程力，核力只发生在相邻核子之间，而库仑力和万有引力都是长程力，故B、C错；原子核内的质子没有因为库仑斥力而分散，是因为核力的强大吸引力，故A错，D对。
3．现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉，经过40 min后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影，心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置，你认为检测用放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的(　　)
A．10 min　　　　　　 B．10 h
C．10 s D．10 y(年)
解析：选B　过量的射线对人体有害，在选择放射性同位素时，应该在满足要求的前提下选用半衰期短的元素，故D错；而要满足显像要求放射性元素的半衰期必须大于40 min，故A、C错。
4．一个 92235U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 92235U＋01n―→X＋3894Sr＋201n，则下列叙述正确的是(　　)
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
解析：选A　由质量数和电荷数守恒可知：X原子核的质量数(即核子数)为140，电荷数(即质子数)为54。由中子数＝核子数－质子数，可知其中子数为86，故A正确，B错误。核裂变时释放能量有质量亏损，但总质量数不变，C、D均错。
5．由图可得出结论(　　)
A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B．质子和中子的质量之和等于氘核的质量
C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量
解析：选C　该反应是吸热反应，所以质子和中子的质量之和大于氘核的质量，故选项C对。
6.在匀强磁场中有一个静止的氡原子核( 86222Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个(　　)
A. 86222Rn―→ 87222Fr＋－1　0e
B. 86222Rn―→ 84218Po＋24He
C. 86222Rn―→ 85222At＋10e
D. 86222Rn―→ 85220At＋12H
解析：选B　原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两圆外切圆可知，放出的是正粒子，是α衰变，在匀强磁场中，
由R＝可知，＝＝＝ 。
故反冲核的电荷数是84，由电荷数和质量数守恒知，选项B对。
7．美国物理学家雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为ve＋1737Cl→1837Ar＋－10e，已知1737Cl核的质量为36.956 58 u,1837Ar核的质量为36.956 91 u，－10e的质量为0.000 55 u，1 u质量对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为(　　)
A．1.33 MeV　　　　 B．0.82 MeV
C．0.51 MeV D．0.31 MeV
解析：选B　根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)×931.5 MeV＝0.82 MeV。
二、多项选择题(共5小题，每小题5分，共25分。全选对得5分，选不全得3分，选错或不选不得分)
8．下列说法中正确的是(　　)
A．质子与中子结合成氘核的过程中会释放大量能量
B．氪90(3690Kr)经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(4090Zr)要经过1次α衰变和4次β衰变
C．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流
D．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间
解析：选AD　中子与质子的聚变反应属于热核反应，放出大量的热，可知选项A正确；B中衰变方程为3690Kr→4090Zr＋4　0－1e，可知选项B错误；天然放射线中的β粒子是原子核中的一个中子衰变为质子放出的电子：01n→11H＋　0－1e，选项C错误；由半衰期意义及其由核内部自身的因素所决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，可知选项D正确。
9．太阳每年辐射到地球上的能量相当于燃烧1813亿吨标准煤所放出的能量，是全世界年需能量总和的5000倍，是地球上最大的能源。太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：12H＋13H→24He＋01n。若已知12H的质量为m1,13H的质量为m2,24He的质量为m3,01n的质量为m4，则下列说法中正确的是(　　)
A．01n是中子
B．12H和13H是同种元素H的同位素
C．12H和13H在常温下就能够发生聚变
D．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
解析：选ABD　01n是中子，故A对；12H和13H是同种元素H的同位素，故B对；12H和13H必须在高温下才能发生聚变，故C错；反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故D正确。
10．下列说法正确的是(　　)
A．重核裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能
B．氢原子从n＝3的能级向低能级跃迁时只会辐射出两种不同频率的光
C．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
解析：选AC　重核裂变和轻核的聚变过程都会存在质量亏损，亏损的质量转化为能量向外界放出，A正确；氢原子从n＝3的能级向低能级跃迁时，有3→2,3→1,2→1三种可能，故会辐射出3种不同频率的光，B错误；比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量，C正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的一个中子转化为质子同时生成一个电子，D错误。
11．放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用。下列选项中，属于γ射线的应用的是(　　)
A．医学上制成γ刀，无须开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析：选AD　γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误。
12．下列关于铀裂变和核电站的说法中正确的是(　　)
A．铀238只要俘获中子就能进行链式反应
B．铀235裂变后的生成物是多种多样的，但这些裂变都要发生质量亏损
C．核电站中镉棒是起减速剂的作用
D．核电站使用后的核废料必须装入特制容器，深埋地下
解析：选BD　铀238只有浮获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，A错误。铀235裂变后的生成物是多种多样的如 56141Ba、3692Kr等，并发生质量亏损释放能量，B正确。核电站中镉棒起减速剂作用的是石墨、重水，镉棒是控制棒，C错误。核废料处理必须将其装入特制容器，深埋地下，D正确。
三、非选择题(共2小题，共40分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
13．(16分)氘核与氚核的聚变反应：12H＋13H→24He＋01n＋17.6×106 eV，已知电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，求：
(1)这一过程的质量亏损是多少千克？
(2)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能？(阿伏加德罗常量NA＝6.0×1023 mol－1)
解析：(1)Δm＝
＝ kg
≈3.13×10－29 kg。
(2)氘的摩尔质量为2×10－3 kg/mol，
则1 g氘核的数目为
n＝NA＝×6.0×1023＝3×1023，
这些氘完全燃烧共释放的能量为：
E＝nΔE＝3×1023×17.6×106×1.6×10－19 J
≈8.45×1011 J。
答案：(1)3.13×10－29 kg　(2)8.45×1011 J
14．(24分)某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子发生湮灭时放出2个频率相同的γ光子。已知负电子、正电子的静止质量m0＝9.1×10－31 kg，又已知静止质量为m0的粒子，其能量E和发生湮灭前的动量p满足关系E2＝c2p2＋m02c4，式中c为光速。若负电子、正电子发生湮灭前的总动量为零。
(1)写出湮灭的核反应方程式；
(2)用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；
(3)计算出γ光子的频率。
解析：(1)核反应方程式为－1　0e＋10e→2γ。
(2)若只放出一个光子，说明反应后总动量不为零，而反应前总动量为零，违反动量守恒定律，所以只放出一个光子是不可能的。
(3)由于正、负电子湮灭前的总动量为零，光子的能量满足E＝hν，由能量守恒定律有m0c2＋m0c2＝2hν，即得光子的频率为ν＝＝ Hz＝1.24×1020 Hz。
答案：(1)－1　0e＋10e→2γ　(2)见解析　(3)ν＝1.24×1020 Hz