2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册：第五章原子核达标检测（Word含答案）

第五章　原子核
本章达标检测
(满分:100分;时间:45分钟)
一、选择题(本题共13个小题,每小题5分,共65分。其中1~10小题只有一个选项正确,11~13小题有多个选项正确,全选对得5分,选对但不全得3分,选错或不选得0分)
1.(2020北京高三网测)下列说法正确的是(　　)
A.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能
B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C.目前核电站利用的核反应是裂变,核燃料为氘
D.目前核电站利用的核反应是聚变,核燃料为铀
2.(2020黑龙江哈尔滨宾县二中高二下期中)关于放射性元素的衰变,以下说法正确的是(　　)
A.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线
B.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4
C.当放射性元素原子的核外电子具有较高能量时,将发生β衰变
D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
3.(2019重庆西南大学附中高三月考)下列关于原子物理知识的叙述正确的是(　　)
A.β衰变中产生的β射线是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的
B.结合能越大,原子核内核子结合得越牢固,原子核越稳定
C.两个轻核结合成一个中等质量的核,存在质量亏损
D.对于一个特定的氡原子,如果知道了半衰期,就能准确地预言它在何时衰变
4.(2020重庆一中高三月考)关于核反应的知识,下列说法正确的是(　　)
A.86222Rn→84218Po+X,614C→714N+Y,X粒子的穿透本领比Y粒子弱
B.24He+1327Al→1530P+01n是聚变方程
C.一个静止的硒核发生β衰变,3482Se→3682Kr+2-10e,反应前后质量守恒
D.核反应方程?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是太阳中主要进行的热核反应之一
5.(2020湖北黄石二中高三月考)238U发生一次α衰变产生新核234Th,234Th又发生β衰变,mU、mα、mTh分别表示238U核、α粒子和234Th核的质量。下列说法正确的是(　　)
A.238U发生α衰变释放出能量并伴随有质量亏损,亏损的质量转变成能量
B.β射线本质上是高速电子流,来自核外电子
C.α粒子和234Th核的总结合能大于238U的结合能
D.238U发生α衰变释放的能量ΔE=(mα+mTh-mU)c2
6.(2020四川成都第二十中学高三月考)下列四幅图的有关说法中正确的是(　　)
A.甲图中,球m1以速度v碰静止球m2,若两球质量相等,碰后m2的速度一定为v
B.乙图中,在光颜色保持不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大
C.丙图中,射线①由电子组成,射线②为电磁波,射线③由α粒子组成
D.丁图中,重核的裂变需要吸收能量
7.(2020山东济宁一中高二期中)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为X+Y→24He+13H+4.9 MeV和?12H+13H→24He+X+17.6 MeV,下列表述正确的是(　　)
A.X是质子
B.Y的质子数是3,中子数是6
C.氘和氚的核反应是核聚变反应
D.两个核反应都没有质量亏损
8.(2020吉林通榆一中高二下月考)对于有关中子的研究,下面说法正确的是(　　)
A.中子和其他微观粒子,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?84210Po→82yX+24He中的y=206,X中核子个数为124
9.(2020安徽阜阳太和一中高二月考)下列说法正确的是　(　　)
A.92238U衰变为?86222Rn要经过4次α衰变和2次β衰变
B.原子核的结合能越大,原子核越稳定
C.83210Bi的半衰期是5天,4个?83210Bi原子核经过10天后剩下1个?83210Bi原子核
D.不管是轻核聚变还是重核裂变,都要满足质量守恒和电荷量守恒
10.(2020四川棠湖中学高三月考)已知?88226Ra、86222Rn、24He的静止质量分别是226.025 4 u、222.017 5 u、4.002 6 u, u为原子质量单位,且1 u相当于931.5 MeV。当?88226Ra发生α衰变时,下列说法正确的是(　　)
A.88226Ra的质量等于组成它的核子的质量之和
B.88226Ra发生一次α衰变释放的核能为4.936 95 MeV
C.因?88226Ra的比结合能比?86222Rn小,所以?88226Ra比?86222Rn更稳定
D.一个静止的?88226Ra发生一次α衰变,产生的?86222Rn和?24He的速度之比约为111∶2
11.(2020浙江东阳中学高二下期中)“嫦娥二号”的任务之一是利用经技术改进的γ射线谱仪探测月球表面多种元素的含量与分布特征。月球表面一些元素(如钍、铀)本身就有放射性,发出γ射线;另外一些元素(如硅、镁、铝)在宇宙射线轰击下会发出γ射线。而γ射线谱仪可以探测到这些射线,从而证明某种元素的存在。下列关于γ射线的说法正确的是(　　)
A.γ射线经常伴随α射线和β射线产生
B.γ射线来自原子核
C.如果元素以单质存在具有放射性,那么元素以化合物形式存在不一定具有放射性
D.γ射线的穿透能力比α射线、β射线都要强
12.(2020河北承德一中高二下月考)下列说法正确的是(　　)
A.天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构
B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
C.核力是短程力,与核子间的距离有关,有时表现为引力,有时表现为斥力
D.原子核所含核子单独存在时的总质量等于该原子核的质量
13.(2020内蒙古集宁一中高二月考)关于天然放射现象,以下叙述正确的是(　　)
A.若使放射性物质的温度升高,其半衰期不变
B.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C.在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强
D.铀核?92238U衰变为铅核?82206Pb的过程中,要经过8次α衰变和6次β衰变
二、非选择题(共3小题,共35分)
14.(2019河南信阳高级中学高二下检测)(10分)云室处于一个垂直于纸面向外的匀强磁场中,静止的原子核?ZAX在云室中发生了一次衰变,其衰变产物在磁场中运动的圆轨迹如图所示。已知新核Y的质量为M,粒子的质量为m,衰变后粒子的速度大小为v,假设原子核衰变时释放的能量都转化为粒子和新核的动能。
(1)试写出核衰变方程;
(2)求原子核衰变时释放的能量。
15.(2020重庆一中高二下期中)(12分)α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子,同时产生原子核氧17,新的粒子速度为3v0,且方向与α粒子初速度相同,反应过程中释放的能量完全转化为系统的动能。已知中子质量为m,质子质量和中子质量相等,质量数为A的原子核的质量为m的A倍,光速为c。
(1)写出该反应的核反应方程;
(2)计算此反应过程中的质量亏损。
16.(2020河南郑州中牟一中高二下月考)(13分)两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞,引起如下反应:12H+12H→13H+11H。(已知?12H的质量m0=2.013 6 u,?13H的质量m1=3.015 6 u,11H的质量m2=1.007 3 u,1 u相当于931.5 MeV的能量。结果均保留2位有效数字。)
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少?
(2)若放出的能量(包括最初的动能和核反应放出的能量)全部变为新生核的动能,则新生的氚核具有的动能是多少?
答案全解全析
1.A　根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能,式中Δm是核反应中的质量亏损,选项A正确;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应,选项B错误;目前核电站利用的核反应是核裂变,核燃料为铀,选项C、D错误。
2.A　放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核,从高能级跃迁到低能级,放出γ射线,故A正确;发生α衰变时,电荷数减少2,质量数减少4,中子数减少2,故B错误;β衰变是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子,与核外电子无关,故C错误;天然放射现象揭示了原子核具有内部结构,α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,故D错误。
3.C　β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的,实质是?01n→11H+-10e,而不是核外电子的电离,故A错误;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,结合能大,原子核不一定越稳定,故B错误;两个轻核结合成一个中等质量的核,会释放一定的能量,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可知存在质量亏损,故C正确;大量的原子衰变满足统计规律存在半衰期,对于一个特定的原子,我们只知道它发生衰变的概率,并不知道它将何时发生衰变,故D错误。
4.A　由质量数和电荷数守恒知,X为?24He,即α粒子,Y为?-10e,即电子,则X粒子的穿透本领比Y粒子弱,故A正确;24He+1327Al→1530P+01n为人工转变,故B错误;β衰变放出能量,质量发生亏损,故C错误;?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n为核裂变,太阳中主要进行的热核反应为核聚变,故D错误。
5.C　238U发生α衰变释放出能量并伴随有质量亏损,但并不是质量转变成能量,故A错误。β射线本质上是中子转变为一个质子和一个电子,来自原子核,故B错误。238U发生α衰变释放出能量,故α粒子和234Th核的总结合能大于238U的结合能,故C正确。238U发生α衰变释放的能量ΔE=(mU-mα-mTh)c2,故D错误。
6.B　甲图中,两球碰撞过程动量守恒,碰撞过程机械能不增加,如果两球质量相等,则碰撞后m2的速度不大于v,故A错误;乙图中,图中光的颜色保持不变的情况下,光照越强,光电子数目越多,则饱和电流越大,故B正确;丙图中,由左手定则可知,射线①带正电,则射线①由α粒子组成,射线②不带电,则射线②是γ射线,射线③粒子带负电,则射线③由电子组成,故C错误;重核裂变需要释放能量,故D错误。
7.C　在?12H+13H→24He+X+17.6 MeV反应中,根据电荷数守恒、质量数守恒,则X的电荷数为0,质量数为1,可知X是中子,故A错误。根据X+Y→24He+13H+4.9 MeV可知,Y的质子数是3,质量数为6,则中子数是3,选项B错误;氘和氚的核反应是核聚变反应,选项C正确;两个核反应都放出能量,则都有质量亏损,选项D错误。
8.A　所有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。
9.A　92238U衰变为?86222Rn质量数减小16,电荷数减小6,则4x=16,2x-y=6,解得x=4,y=2,即经过4次α衰变和2次β衰变,选项A正确;原子核的比结合能越大,原子核越稳定,选项B错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少量原子核的衰变不适用,选项C错误;不管是轻核聚变还是重核裂变,都要满足质量数守恒和电荷数守恒,但是质量会亏损,选项D错误。
10.B　原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象就是质量亏损,A不符合题意;88226Ra发生一次α衰变释放的核能E=(226.025 4-222.017 5-4.002 6)×931.5 MeV=4.936 95 MeV,B符合题意;原子核的比结合能越大,说明把它分成单个的核子需要更多的能量,因此原子核更稳定,88226Ra的比结合能比?86222Rn小,所以?86222Rn比?88226Ra更稳定,C不符合题意;由衰变时动量守恒可知,86222Rn与?24He的速度之比为两者质量的反比,质量之比约为质量数之比,故?86222Rn与?24He的速度之比约为2∶111,D不符合题意。
11.ABD　γ射线是原子核发生变化时伴随α射线和β射线放出来的,故A、B正确;元素的放射性与其为单质还是化合物无关,故C错误;γ射线本质是高速光子,穿透能力比α射线、β射线都要强,故D正确。
12.ABC　天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构,故A正确;β衰变所释放的电子不是来源于原子核外面的电子,而是原子核内的中子转化成质子时所产生的,故B正确;核力是短程力,在其作用范围内,随核子间距离的变化可以表现为引力也可以表现为斥力,故C正确;由于质量亏损,原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量,故D错误。
13.ACD　半衰期由原子核本身决定,与温度无关,故A正确;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的,故B错误;在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强,故C正确;由质量数守恒知238=206+4×8,即经过8次α衰变,再由电荷数守恒知92=82+2×8-6,即经过6次β衰变,故D正确。
14.答案　(1)ZAX→Z-2A-4Y+24He　(2)(M+m)mv22M
解析　(1)静止的原子核发生衰变时,根据动量守恒可知,衰变后新核与粒子的速度方向相反,由图可知两粒子的运动轨迹在异侧,根据左手定则可以得知,衰变后粒子与新核带的电性相同,所以释放的粒子是氦核,原子核发生的是α衰变,衰变方程为?ZAX→Z-2A-4Y+24He。(5分)
(2)原子核在衰变前后的动量守恒,设衰变后新核的速度大小为v1,则Mv1=mv(2分)
根据题意可知,衰变时释放的总能量E=12Mv12+12mv2(2分)
联立解得E=(M+m)mv22M(1分)
15.答案　(1)24He+714N→817O+11H　(2)43mv0217c2
解析　(1)根据质量数和电荷数守恒知,新的核子为?11H,则该核反应方程为?24He+714N→817O+11H(5分)
(2)反应过程遵循动量守恒,则有4mv0=3mv0+17mv(3分)
反应过程能量守恒,则有
12m(3v0)2+12×17mv2=Δmc2+12×4mv02(3分)
联立解得Δm=43mv0217c2(1分)
16.答案　(1)4.0 MeV　(2)1.5 MeV
解析　(1)此核反应中的质量亏损
Δm=(2×2.013 6-3.015 6-1.007 3) u=0.004 3 u(2分)
根据E=mc2可得
此核反应中放出的能量为ΔE=0.004 3×931.5 MeV≈4.0 MeV。(3分)
(2)因碰前两氘核动能相等,相向正碰,则碰前的总动量为零;因核反应中的动量守恒,则碰后氚核和质子的总动量也为零。设其动量分别为p1、p2,必有p1=-p2(3分)
设碰后氚核和质子的动能分别为Ek1和Ek2,根据Ek=p22m
可得Ek1Ek2=m2m1=13(3分)
由题可知,新生氚核的动能为Ek1=14(2E0+ΔE)=1.5 MeV。(2分)