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2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第三册 第5章 章末检测试卷(五)（含解析）
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章末检测试卷(五) (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。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．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用，下列说法符合历史事实的是( ) A．德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设 B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子 D．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 答案 A 解析 德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设，选项A正确；贝克勒尔首先发现天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，选项B错误； 卢瑟福通过α粒子散射实验的研究得到了原子的核式结构模型，选项C错误；β衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子变成质子和电子，产生的电子是从核内发出的，并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的，选项D错误。 2．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中，一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是( ) A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现 B．两个轻核结合成质量较大的核，原子核的比结合能增加 C．太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应 D．核聚变反应的核反应方程可能是eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋2eq \o\al(1,0)n 答案 B 解析 核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。 3．(2022·威海市高二月考)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 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射线具有较强的穿透本领，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核不适用，故D错误。 4．(2022·沈阳市高二月考)eq \o\ar(235, 92)U核某种裂变方式的核反应方程为eq \o\ar(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋xeq \o\al(1,0)n，已知eq \o\ar(235, 92)U、eq \o\al(1,0)n、eq \o\ar(144, 56)Ba、eq \o\al(89,36)Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是( ) A．核反应方程式中x＝2 B.eq \o\ar(235, 92)U中含有56个中子 C．该反应释放的核能为(m1－2m2－m3－m4)c2 D.eq \o\ar(144, 56)Ba比eq \o\ar(235, 92)U的比结合能小 答案 C 解析 由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，选项A错误；eq \o\ar(235, 92)U原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为235－92＝143，选项B错误；根据爱因斯坦质能方程知，该反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，选项C正确；核反应方程式生成物比反应物稳定，则eq \o\ar(235, 92)U原子核的比结合能小于eq \o\ar(144, 56)Ba原子核的比结合能，选项D错误。 5．(2022·菏泽市高二月考)放射性元素123I会衰变为稳定的123Te，半衰期约为13 h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1，则经过26 h后123I与123Te的质量之比( ) A．1∶2 B．1∶4 C．1∶8 D．1∶16 答案 B 解析 根据题述，123I与123Te原子数量之比为4∶1，则通过26 h(两个半衰期)后，4份123I衰变剩余1份，生成了3份123Te原子，剩余123I与123Te原子数量之比为1∶4，因为123I与123Te原子质量相同，所以经过26 h(两个半衰期)后，123I与123Te原子的质量之比为1∶4，故B正确，A、C、D错误。 6．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是( ) A．根据图甲可知，eq \o\al(4,2)He核的结合能约为7 MeV B．根据图甲可知，eq \o\ar(235, 92)U核比eq \o\al(89,36)Kr核更稳定 C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大 D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量 答案 C 解析 分析图像可知，eq \o\ar(4,2)He核的比结合能为7 MeV，根据结合能和比结合能的关系，结合能＝比结合能×核子数(即质量数)，故eq \o\ar(4,2)He的结合能约为28 MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，eq \o\ar(89,36)Kr核比eq \o\ar(235, 92)U核的比结合能大，故eq \o\ar(89,36)Kr核比eq \o\ar(235, 92)U核更稳定，B错误；核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确；若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。 7.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是( ) A.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\ar(10, 4)Be B.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(0,1)e＋eq \o\ar(14, 5)B C.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al( 0,－1)e＋eq \o\ar(14, 7)N D.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(2,1)H＋eq \o\ar(12, 5)B 答案 A 解析 由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，设时间为t，则eq \f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2① eq \f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4② 加速度a＝eq \f(qE,m)， 则eq \f(①式,②式)得eq \f(q1,m1v1)∶eq \f(q2,m2v2)＝1∶2 核反应前后动量守恒有m1v1＝m2v2， 解得q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。 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．某行星内部含有氦核(eq \o\al(4,2)He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(eq \o\ar(12,6)C)。已知1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn,1个氦核(eq \o\al(4,2)He)的质量为m1、1个碳核(eq \o\ar(12,6)C)的质量为m2，真空中的光速为c，下列说法正确的是( ) A.eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应方程为2eq \o\al(4,2)He→eq \o\ar(12,6)C B.eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2 C.碳核(eq \o\ar(12,6)C)的比结合能为eq \f(6mp＋6mn－m2c2,12) D.eq \o\ar(12,6)C的同位素eq \o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子 答案 CD 解析 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应方程为3eq \o\al(4,2)He→eq \o\ar(12,6)C，故A错误；eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为3m1－m2，故B错误；由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成，则Δm＝6mp＋6mn－m2，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，核子结合成碳核释放的能量ΔE＝(6mp＋6mn－m2)c2，所以碳核的比结合能为eq \f(ΔE,12)＝eq \f(6mp＋6mn－m2c2,12)，故C正确；eq \o\ar(12,6)C的同位素eq \o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子，故D正确。 9．(2022·石家庄市高二月考)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(eq \o\al(2,1)H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(eq \o\al(3,1)H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(eq \o\al(4,2)He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是( ) A．X粒子是质子 B．X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 答案 BC 解析 由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；根据能量关系可知mXc2＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV，解得mX＝939.6 MeV/c2，选项B正确；太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026 J。则太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝eq \f(E,c2)＝eq \f(4×1026,3×1082) kg≈4.4×109 kg，选项C正确；因为E＝4×1026 J＝eq \f(4×1026,1.6×10－19) eV＝2.5×1045 eV＝2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝eq \f(E,c2)＝2.5×1039 MeV/c2，选项D错误。 10.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r1、r2，则下列说法正确的是( ) A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹1可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2 D．若衰变方程是eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45 答案 BD 解析 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以原子核发生的是α衰变，A错误；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，由牛顿第二定律得qvB＝meq \f(v2,r)，解得r＝eq \f(mv,qB)＝eq \f(p,qB)，由于p、B都相同，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α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则径迹1为放出新核的运动轨迹，径迹2为α粒子的运动轨迹，B正确；根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝eq \f(p2,2m)，所以动能之比等于质量的反比，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117，C错误；根据r＝eq \f(mv,qB)＝eq \f(p,qB)，解得r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素eq \o\al(30,15)P衰变成eq \o\al(30,14)Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________。eq \o\al(32,15)P是eq \o\al(30,15)P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg eq \o\al(32,15)P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的eq \o\al(32,15)P经过________天的衰变后还剩0.25 mg。 答案 正电子或eq \o\ar(0,＋1)e(3分) 56(3分) 解析 核反应方程式为：eq \o\al(30,15)P→eq \o\al(30,14)Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知eq \o\al(32,15)P的半衰期大约为14天，由m余＝ SKIPIF 1 < 0 ，得0.25 mg＝4 mg× SKIPIF 1 < 0 ，解得t＝56天。 12．(6分)(2019·江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击eq \o\al(60,28)Ni核也打出了质子：eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(60,28)Ni→eq \o\al(62,29)Cu＋eq \o\al(1,1)H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 答案 中子(3分) 核裂变(3分) 解析 根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 13．(14分)(2022·南阳市高二月考)放射性同位素eq \o\ar(14, 6)C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求： (1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子eq \o\ar(14, 7)N后，会形成eq \o\ar(14, 6)C，eq \o\ar(14, 6)C很不稳定，易发生β衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少？(真空中光速为c)； (2)若测得一古生物体遗骸中eq \o\ar(14, 6)C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？ 答案 (1) eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(14, 6)C＋eq \o\al(1,1)H，eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\ar( 0,－1)e eq \f(E,c2) (2)17 190年 解析 (1)根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(14, 6)C＋eq \o\al(1,1)H，eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al( 0,－1)e(2分) 由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2(2分) 可得Δm＝eq \f(ΔE,c2)(2分) (2)由题知古生物体遗骸中eq \o\al(14, 6)C含量只有活体中的12.5%， 故有m余＝m0(eq \f(1,2))n(3分) 代入数据解得n＝3(3分) 则有t＝3T1/2＝5 730×3年＝17 190年。(2分) 14．(14分)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是eq \o\ar(235,92)U＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(136,54)Xe＋eq \o\al(90,38)Sr＋( )eq \o\al(1,0)n (1)在括号内填写eq \o\al(1,0)n前的系数； (2)用m1、m2、m3分别表示eq \o\ar(235,92)U、eq \o\ar(136,54)Xe、eq \o\al(90,38)Sr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(真空中的光速为c) (3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s)，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。(计算结果保留两位有效数字) 答案 (1)10 (2)(m1－m2－m3－9m)c2 (3)22 kg 解析 (1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝136＋90＋x(2分) 得x＝10(2分) (2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m(2分) 由爱因斯坦质能方程可知，释放的核能为： ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－9m)c2(2分) (3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt(2分) 同时：E＝eq \f(M,μ)NAΔE(2分) 可得：M＝eq \f(Ptμ,NAΔE)＝eq \f(6.0×108×2.6×106×0.235,6.0×1023×2.8×10－11) kg≈22 kg。(2分) 15．(14分)(2022·日照市高二期末)2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7 000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1 056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，eq \o\al(3,2)He核的质量为3.015 0 u(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV)。除了计算质量亏损外，eq \o\al(3,2)He的质量可以认为是中子的3倍。(计算结果单位为MeV，保留两位有效数字) (1)写出该反应的核反应方程。 (2)若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成eq \o\al(3,2)He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为eq \o\al(3,2)He核与中子的动能。反应前每个氘核的动能均为0.37 MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 答案 (1)eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n (2)1.0 MeV 3.0 MeV 解析 (1)两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子， 则该反应的核反应方程eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n(4分) (2)碰撞和反应过程动量守恒，则碰后氦3和中子总动量为零， 即3mv1＝mv2，设氦3的动能为E1，中子的动能为E2， 则E1∶E2＝eq \f(p2,2×3m)∶eq \f(p2,2m)＝1∶3(2分) 核反应释放的能量 ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7)×931.5 MeV≈3.26 MeV(2分) 根据能量守恒E1＋E2＝ΔE＋2E0＝4 MeV(2分) 解得氦3的动能E1＝1.0 MeV(2分) 中子的动能E2＝3.0 MeV。(2分)
章末检测试卷(五) (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。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．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用，下列说法符合历史事实的是( ) A．德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设 B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子 D．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 答案 A 解析 德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到了实物粒子，提出实物粒子也具有波动性的假设，选项A正确；贝克勒尔首先发现天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，选项B错误； 卢瑟福通过α粒子散射实验的研究得到了原子的核式结构模型，选项C错误；β衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子变成质子和电子，产生的电子是从核内发出的，并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的，选项D错误。 2．中国核工业集团新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M装置”，取得了聚变温度1.5亿摄氏度、等离子体电流2.5兆安培的重要进展，在这个全球竞争的聚变科学项目中，一直保持着领先。关于核聚变反应，下列说法正确的是( ) A．核聚变反应原理简单，比裂变反应容易实现 B．两个轻核结合成质量较大的核，原子核的比结合能增加 C．太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应 D．核聚变反应的核反应方程可能是eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋2eq \o\al(1,0)n 答案 B 解析 核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。 3．(2022·威海市高二月考)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 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射线具有较强的穿透本领，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核不适用，故D错误。 4．(2022·沈阳市高二月考)eq \o\ar(235, 92)U核某种裂变方式的核反应方程为eq \o\ar(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋xeq \o\al(1,0)n，已知eq \o\ar(235, 92)U、eq \o\al(1,0)n、eq \o\ar(144, 56)Ba、eq \o\al(89,36)Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是( ) A．核反应方程式中x＝2 B.eq \o\ar(235, 92)U中含有56个中子 C．该反应释放的核能为(m1－2m2－m3－m4)c2 D.eq \o\ar(144, 56)Ba比eq \o\ar(235, 92)U的比结合能小 答案 C 解析 由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，选项A错误；eq \o\ar(235, 92)U原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为235－92＝143，选项B错误；根据爱因斯坦质能方程知，该反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，选项C正确；核反应方程式生成物比反应物稳定，则eq \o\ar(235, 92)U原子核的比结合能小于eq \o\ar(144, 56)Ba原子核的比结合能，选项D错误。 5．(2022·菏泽市高二月考)放射性元素123I会衰变为稳定的123Te，半衰期约为13 h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1，则经过26 h后123I与123Te的质量之比( ) A．1∶2 B．1∶4 C．1∶8 D．1∶16 答案 B 解析 根据题述，123I与123Te原子数量之比为4∶1，则通过26 h(两个半衰期)后，4份123I衰变剩余1份，生成了3份123Te原子，剩余123I与123Te原子数量之比为1∶4，因为123I与123Te原子质量相同，所以经过26 h(两个半衰期)后，123I与123Te原子的质量之比为1∶4，故B正确，A、C、D错误。 6．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是( ) A．根据图甲可知，eq \o\al(4,2)He核的结合能约为7 MeV B．根据图甲可知，eq \o\ar(235, 92)U核比eq \o\al(89,36)Kr核更稳定 C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大 D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量 答案 C 解析 分析图像可知，eq \o\ar(4,2)He核的比结合能为7 MeV，根据结合能和比结合能的关系，结合能＝比结合能×核子数(即质量数)，故eq \o\ar(4,2)He的结合能约为28 MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，eq \o\ar(89,36)Kr核比eq \o\ar(235, 92)U核的比结合能大，故eq \o\ar(89,36)Kr核比eq \o\ar(235, 92)U核更稳定，B错误；核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确；若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。 7.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是( ) A.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\ar(10, 4)Be B.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(0,1)e＋eq \o\ar(14, 5)B C.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al( 0,－1)e＋eq \o\ar(14, 7)N D.eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\al(2,1)H＋eq \o\ar(12, 5)B 答案 A 解析 由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，设时间为t，则eq \f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2① eq \f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4② 加速度a＝eq \f(qE,m)， 则eq \f(①式,②式)得eq \f(q1,m1v1)∶eq \f(q2,m2v2)＝1∶2 核反应前后动量守恒有m1v1＝m2v2， 解得q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。 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．某行星内部含有氦核(eq \o\al(4,2)He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(eq \o\ar(12,6)C)。已知1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn,1个氦核(eq \o\al(4,2)He)的质量为m1、1个碳核(eq \o\ar(12,6)C)的质量为m2，真空中的光速为c，下列说法正确的是( ) A.eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应方程为2eq \o\al(4,2)He→eq \o\ar(12,6)C B.eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2 C.碳核(eq \o\ar(12,6)C)的比结合能为eq \f(6mp＋6mn－m2c2,12) D.eq \o\ar(12,6)C的同位素eq \o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子 答案 CD 解析 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应方程为3eq \o\al(4,2)He→eq \o\ar(12,6)C，故A错误；eq \o\al(4,2)He转变为eq \o\ar(12,6)C的核反应中质量亏损为3m1－m2，故B错误；由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成，则Δm＝6mp＋6mn－m2，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，核子结合成碳核释放的能量ΔE＝(6mp＋6mn－m2)c2，所以碳核的比结合能为eq \f(ΔE,12)＝eq \f(6mp＋6mn－m2c2,12)，故C正确；eq \o\ar(12,6)C的同位素eq \o\ar(14,6)C中有6个质子，14个核子，故D正确。 9．(2022·石家庄市高二月考)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(eq \o\al(2,1)H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(eq \o\al(3,1)H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(eq \o\al(4,2)He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是( ) A．X粒子是质子 B．X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 答案 BC 解析 由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；根据能量关系可知mXc2＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV，解得mX＝939.6 MeV/c2，选项B正确；太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026 J。则太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝eq \f(E,c2)＝eq \f(4×1026,3×1082) kg≈4.4×109 kg，选项C正确；因为E＝4×1026 J＝eq \f(4×1026,1.6×10－19) eV＝2.5×1045 eV＝2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝eq \f(E,c2)＝2.5×1039 MeV/c2，选项D错误。 10.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r1、r2，则下列说法正确的是( ) A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹1可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2 D．若衰变方程是eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45 答案 BD 解析 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以原子核发生的是α衰变，A错误；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，由牛顿第二定律得qvB＝meq \f(v2,r)，解得r＝eq \f(mv,qB)＝eq \f(p,qB)，由于p、B都相同，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α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则径迹1为放出新核的运动轨迹，径迹2为α粒子的运动轨迹，B正确；根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝eq \f(p2,2m)，所以动能之比等于质量的反比，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117，C错误；根据r＝eq \f(mv,qB)＝eq \f(p,qB)，解得r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素eq \o\al(30,15)P衰变成eq \o\al(30,14)Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________。eq \o\al(32,15)P是eq \o\al(30,15)P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg eq \o\al(32,15)P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的eq \o\al(32,15)P经过________天的衰变后还剩0.25 mg。 答案 正电子或eq \o\ar(0,＋1)e(3分) 56(3分) 解析 核反应方程式为：eq \o\al(30,15)P→eq \o\al(30,14)Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知eq \o\al(32,15)P的半衰期大约为14天，由m余＝ SKIPIF 1 < 0 ，得0.25 mg＝4 mg× SKIPIF 1 < 0 ，解得t＝56天。 12．(6分)(2019·江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击eq \o\al(60,28)Ni核也打出了质子：eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(60,28)Ni→eq \o\al(62,29)Cu＋eq \o\al(1,1)H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 答案 中子(3分) 核裂变(3分) 解析 根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 13．(14分)(2022·南阳市高二月考)放射性同位素eq \o\ar(14, 6)C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求： (1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子eq \o\ar(14, 7)N后，会形成eq \o\ar(14, 6)C，eq \o\ar(14, 6)C很不稳定，易发生β衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少？(真空中光速为c)； (2)若测得一古生物体遗骸中eq \o\ar(14, 6)C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？ 答案 (1) eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(14, 6)C＋eq \o\al(1,1)H，eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\ar( 0,－1)e eq \f(E,c2) (2)17 190年 解析 (1)根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(14, 6)C＋eq \o\al(1,1)H，eq \o\ar(14, 6)C→eq \o\ar(14, 7)N＋eq \o\al( 0,－1)e(2分) 由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2(2分) 可得Δm＝eq \f(ΔE,c2)(2分) (2)由题知古生物体遗骸中eq \o\al(14, 6)C含量只有活体中的12.5%， 故有m余＝m0(eq \f(1,2))n(3分) 代入数据解得n＝3(3分) 则有t＝3T1/2＝5 730×3年＝17 190年。(2分) 14．(14分)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是eq \o\ar(235,92)U＋eq \o\al(1,0)n→eq \o\ar(136,54)Xe＋eq \o\al(90,38)Sr＋( )eq \o\al(1,0)n (1)在括号内填写eq \o\al(1,0)n前的系数； (2)用m1、m2、m3分别表示eq \o\ar(235,92)U、eq \o\ar(136,54)Xe、eq \o\al(90,38)Sr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(真空中的光速为c) (3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s)，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。(计算结果保留两位有效数字) 答案 (1)10 (2)(m1－m2－m3－9m)c2 (3)22 kg 解析 (1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝136＋90＋x(2分) 得x＝10(2分) (2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m(2分) 由爱因斯坦质能方程可知，释放的核能为： ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－9m)c2(2分) (3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt(2分) 同时：E＝eq \f(M,μ)NAΔE(2分) 可得：M＝eq \f(Ptμ,NAΔE)＝eq \f(6.0×108×2.6×106×0.235,6.0×1023×2.8×10－11) kg≈22 kg。(2分) 15．(14分)(2022·日照市高二期末)2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7 000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1 056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，eq \o\al(3,2)He核的质量为3.015 0 u(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV)。除了计算质量亏损外，eq \o\al(3,2)He的质量可以认为是中子的3倍。(计算结果单位为MeV，保留两位有效数字) (1)写出该反应的核反应方程。 (2)若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成eq \o\al(3,2)He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为eq \o\al(3,2)He核与中子的动能。反应前每个氘核的动能均为0.37 MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 答案 (1)eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n (2)1.0 MeV 3.0 MeV 解析 (1)两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子， 则该反应的核反应方程eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n(4分) (2)碰撞和反应过程动量守恒，则碰后氦3和中子总动量为零， 即3mv1＝mv2，设氦3的动能为E1，中子的动能为E2， 则E1∶E2＝eq \f(p2,2×3m)∶eq \f(p2,2m)＝1∶3(2分) 核反应释放的能量 ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7)×931.5 MeV≈3.26 MeV(2分) 根据能量守恒E1＋E2＝ΔE＋2E0＝4 MeV(2分) 解得氦3的动能E1＝1.0 MeV(2分) 中子的动能E2＝3.0 MeV。(2分)
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