高中物理粤教版选修3-5自测题 第四章 原子核 章末质量评估 Word版含解析

章末质量评估
(时间：90分钟　满分：100分)
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．原子核发生β衰变时，此β粒子是(　　)
A．原子核外的最外层电子
B．原子核外的电子跃迁时放出的光子
C．原子核内存在着电子
D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子
解析：因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的．原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：n→H＋e，H→n＋e.可看出β粒子(负电子)是由原子核内的中子转化而来．
答案：D
2．某种元素不同同位素的原子核内，中子数N与原子核质量数A的关系是(　　)
解析：同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数加中子数，设质子数为M，则有：A＝N＋M，所以C正确．
答案：C
3．关于放射性元素发出的三种射线，下列说法正确的是(　　)
A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领很强
B．β射线是电子流，其速度接近光速
C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它的穿透本领很弱
D．三种射线中，α射线的电离本领最弱，γ射线的电离本领最强
解析：α射线是高速He核流，带正电，它的穿透本领很弱，A项错误；β射线是高速电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，它的穿透本领很强，C项错误；α、β、γ、三种射线中穿透能力最强的是γ射线，α射线穿透能力最弱，一张厚的黑纸可以挡住α射线．电离能力最强的是α射线，γ射线电离能力最弱，D项错误．
答案：B
4．原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知(　　)
A．A＝2，Z＝1　　　 B．A＝2，Z＝2
C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2
解析：写出核反应方程：X＋H→He＋H，由质量数守恒和电荷数守恒，列方程：A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得：A＝3，Z＝2，故答案为D.
答案：D
5．某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为(　　)
A．1.4天 B．7.6天
C．5.7天 D．3.8天
解析：有的原子核发生了衰变，即有的原子核未发生衰变．据m＝ m0
代入数据解得： t＝3 T＝11.4天， 即T＝3.8天．故ABC错误，D正确．
答案：D
6.U经过m次α衰变和n次β衰变，变成Pb，则(　　)
A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18
解析：本题考查了原子核衰变的规律，解题的关键是抓住原子核发生α衰变和β衰变时原子核质量数和电荷数的变化规律，在此基础上进行有关计算，原子核每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数增加1.比较这两种原子核，质量数减少28，说明发生了7次α衰变，电荷数应减少14，而电荷数减少10，说明发生了4次β衰变，B项正确．
答案：B
7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为6H→kHe＋dH＋2n＋43.15 MeV，由平衡条件可知(　　)
A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2
C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3
解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有4k＋d＝10，2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正确选项为B.
答案：B
8．关于原子核及其变化，下列说法中正确的是(　　)
A．衰变和裂变都能自发的发生
B．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
C．升高温度可以使放射性元素的半衰期缩短
D．同种放射性元素在化合物中的半衰期与单质中的半衰期相等
解析：衰变能自发发生，裂变不能自发发生，故A错误；β衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，但电子不是原子核的组成部分，故B错误；元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，故C错误，D正确．
答案：D
9．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为(　　)
A.· B．0
C.· D.·
解析：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由Ek＝∝，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是Eα，由质能方程得质量亏损是·.
答案：C
10．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子：U＋n→Ba＋Kr＋xn，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应类型属于人工转变
B．该反应放出能量(m1－m2－m3－m4)c2
C．x的值是3
D．该核反应比聚变反应对环境的污染少
解析：该核反应是核裂变，不是人工转变，故A错误；核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋xn中根据质量数守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3；根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B错误，C正确；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故D错误．
答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
11．下列关于爱因斯坦质能方程的说法中正确的是(　　)
A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能
B．E＝mc2是物体各种形式能的总和
C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出
D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走
解析：由爱因斯坦质能方程E＝mc2表明物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，选项A错误，B正确：ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，亏损Δm质量将产生ΔE＝Δmc2的能量，选项C错误，D正确．
答案：BD
12．下列核反应方程及其表述中正确的是(　　)
A.Na→Mg＋e 是原子核的β衰变
B.He＋H→He＋H 是原子核的α衰变
C.He＋Al→P＋n 是原子核的人工转变
D.U＋n→Kr＋Ba＋3n是重核的裂变反应
解析：A是β衰变方程，故A正确；B是轻核聚变方程，故B错误；C是原子核的人工转变方程，故C正确；D是重核的裂变反应，故D正确．
答案：ACD
13．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是(　　)
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
解析：该题综合考查了衰变规律和同位素的相关问题，原子核中不包含β射线，A错；γ光子的能量大于可见光光子的能量，B正确；铯137的半衰期长，衰变更慢，C错；铯133和铯137是同位素，含有相同的质子数，D选项正确．
答案：BD
14．下列说法正确的是(　　)
A．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
B．两个质子间，不管距离如何，总有核力存在，且核力总是大于库仑力
C．放射性元素的半衰期与原子所处的物理状态或化学状态有关
D．核子结合成原子核一定有质量亏损，释放出能量
解析：γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，A项正确；核力是短程力，当距离超过1.5×10－15 m时核力为零，B项错误；半衰期与原子核本身有关，与外界因素无关，C项错误；核子结合成原子核一定有质量亏损，释放出能量，例如轻核聚变，D项正确．
答案：AD
三、非选择题(本题共4小题，共54分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作答．解答时应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．答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．
(1)He＋________→He＋H，是________变．
(2)Na→Mg＋________，是________变．
(3)Na＋________→Na＋H，是________变．
(4)U＋n→Ba＋Kr＋3______，是______变．
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类．
答案：(1)H　聚　(2)e　β衰　(3)H　人工转　(4)n　裂
16．(12分)(1)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程为：He＋______→Be＋γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的Be，经7.8×10－16 s后所剩Be占开始时的__________________．
(3)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为____________．该反应放出的能量为Q，则氘核的平均结合能为______．
(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．
解析：(1)根据电荷数、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为He.
(2)半衰期为2.6×10－16 s，经7.8×10－16 s，即3个半衰期，根据＝＝知，剩余Be占开始时的＝12.5%.
(3)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：
n＋H→H；氘核的平均结合能为；
(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．
答案：(1)He　 (2)12.5%　 (3)n＋H→H　　(4)污染　光电
17．(14分)山东烟台海阳核电站项目，一期工程和2号常规岛正在进行设备安装，一期工程规划建设两台125万千瓦AP1000核电机组．如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.043 9 u，mn＝1.008 7 u，mSr＝89.907 7 u，mXe＝135.907 2 u，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1.
(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%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？
解析：(1)U＋n→Sr＋Xe＋10n.
(2)裂变过程的质量亏损Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507 u，
释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.1507×931MeV≈140.3 MeV.
(3)核电站一年的发电量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60 J＝7.884×1016 J，
由E＝NΔE＝NAΔE，得m＝＝
g≈4.57×107 g＝45.7 t.
答案：(1)U＋n→Sr＋Xe＋10n
(2)140.3 MeV　(3)45.7 t
18．(16分)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8 m2，正对太阳能产生120 V的电压，并对车上的电动机提供10 A的电流，电动机的直流电阻为4 Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103 W/m2.
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(He)，写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？电池把电能转化成机械能的效率η2是多大？
(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp＝1.672 6×10－27 kg、mα＝6.642 5×10－27 kg、me＝0.000 9×10－27 kg，一次核反应过程中释放的能量是多少？
(4)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年(太阳的质量为2×1030 kg，结果保留一位有效数字)?
解析：(1)核反应方程：4H→He＋2e.
(2)η1＝＝15%，η2＝＝66.7 %.
(3)ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.15×10－12 J，
(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝＝0.4×1010 kg，
太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为
t＝＝s≈1.5×1017s≈5×109年．
答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　66.7%
(3)4.15×10－12J　(4)0.4×1010kg　5×109年