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2019-2020年高中物理章末检测卷三(含解析)粤教版选修3-5
一、单项选择题本题共6小题,每小题4分,共24分1.下列关于原子和原子核的说法正确的是 A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B.原子核还可以再分C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D.平均结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固答案 B2.U经过m次α衰变和n次β衰变,变成Pb则 A.m=7,n=3B.m=7,n=4C.m=14,n=9D.m=14,n=18答案 B解析 发生一次α衰变,质量数减4,核电荷数减2,故α衰变次数为m=×235-207=7,选项C、D错误;发生一次β衰变质量数不变,核电荷数增1,故β衰变次数为n=7×2-92-82=4次,选项A错误,B正确.3.科学家发现在月球上含有丰富的He氦3.它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程为He+He―→2H+He.关于He聚变,下列表述正确的是 A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电答案 B解析 该聚变反应释放了能量,是因为发生了质量亏损,A、C错;该聚变反应产生了新原子核,B对;目前核电站都是用重核裂变发电而不是用轻核聚变,D错.4.以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+Li→2yy+N→x+8Oy+Be→z+6Cx、y和z是3种不同的粒子,其中z是 A.α粒子B.质子C.中子D.电子答案 C5.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为m
1、m
2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是 A.核反应方程是H+n→H+γB.聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3C.辐射出的γ光子的能量E=m3-m1-m2cD.γ光子的波长λ=答案 B解析 根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为H+n→H+γ,故选项A错误;聚变过程中辐射出γ光子,质量亏损Δm=m1+m2-m3,故选项B正确;由质能方程知,辐射出的γ光子的能量E=m1+m2-m3c2,故选项C错误;由E=知,γ光子的波长λ=,故选项D错误.6.一个原来静止的238U核发生α衰变,它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动,它们的轨迹和运动方向图中用箭头表示可能是下列图中的图中半径大小没有按比例画 答案 D解析 由于发生的是α衰变,产物是两个带正电的粒子,根据动量守恒定律Mv1+mvα=0,可得这两个新核的运动方向相反,受到的洛伦兹力方向相反,即轨迹应该是外切圆,再利用左手定则判断洛伦兹力的方向,故D项正确.
二、双项选择题本题共4小题,每小题5分,共20分7.下列说法正确的是 A.N+H→C+He是α衰变B.H+H→He+γ是核聚变C.U→Th+He是核裂变D.He+Al→P+n是原子核的人工转变答案 BD解析 原子核放出α粒子是α衰变,A项不是α衰变,C项是α衰变,A、C两项都错误.本题B、D两项正确.8.下列说法中正确的是 A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,揭示了原子的核式结构C.235U的半衰期约为7亿年,随地球环境的变化,半衰期可能变短D.碘131能自发地进行β衰变,衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核多一个质子而少一个中子答案 BD解析 光电效应是在光的照射下电子从金属表面逸出的现象,选项A错误;卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,揭示了原子的核式结构,选项B正确;半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟元素所处的物理状态如压强、温度或化学状态如单质、化合物无关,选项C错误;β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,产生的电子从核内射出来,原子核转化为新核,所以经过一次β衰变后中子数减少1个,质子数多1个,选择D正确.本题答案为B、D.9.以下说法中正确的是 A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电B.原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C.用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,因此人们断定质子是原子核的组成部分D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案 CD解析 原子中除了有带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错;原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等,故B错;正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确;因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比,才确定原子核内还有别的中性粒子,故D正确.10.月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3He”的化学元素,这是热核聚变的重要原料.科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3,如果相关技术开发成功,将可为地球带来取之不尽的能源.关于“氦3He”与氘核的聚变,下列说法中正确的是 A.核反应方程为He+H→He+HB.核反应生成物的质量将大于反应物的质量C.氦3He一个核子的结合能大于氦4He一个核子的结合能D.氦3He的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量答案 AD解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为He+H→He+H,A对;根据平均结合能曲线可知氦3He一个核子的结合能小于氦4He一个核子的结合能,所以核反应中释放了能量,发生质量亏损,B、C错,D对.
三、填空题本题共4小题,共20分11.5分约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是________.P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术.1mgP随时间衰变的关系如图1所示,请估算4mg的P经____天的衰变后还剩
0.25mg.图1答案 正电子 56解析 衰变方程为P→Si+e,即这种粒子是正电子.由图象可以看出P的半衰期为14天,则4×=
0.25,得t=56天.12.5分氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量,该反应方程为H+H→He+x,式中x是某种粒子.已知H、H、He和粒子x的质量分别为
2.0141u、
3.0161u、
4.0026u和
1.0087u;1u对应的能量为
931.5MeV,c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知,粒子x是________,该反应释放出的能量为________MeV结果保留3位有效数字.答案 1n或中子
17.6解析 根据质量数和电荷数守恒有x的电荷数为0,质量数为2+3-4=1,可知x为中子;根据质能方程有ΔE=
931.5×
2.0141+
3.0161-
4.0026-
1.0087MeV≈
17.6MeV.13.5分一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程为________________.该反应放出的能量为Q,则氘核的平均结合能为________.答案 n+H→H 解析 设某原子核的质量数为x,核电荷数为y,根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得x+1=20+y=1,联立两式解得x=1,y=1,该原子核为质子,核反应方程为n+H→H.核反应放出能量为Q时,H的平均结合能为.14.5分一个静止的钚核23994Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X,并释放出一定的能量.其核衰变方程为Pu→U+X.1方程中的X核符号为________.2钚核的质量为
239.0522u,铀核的质量为
235.0439u,X核的质量为
4.0026u,已知1u相当于
931.5MeV,则该衰变过程放出的能量是________MeV;3假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和X核的动能,则X核与铀核的动能之比是________.答案 1He
25.313235∶4解析 1由质量数及电荷数守恒可知X为He2该核反应的质量亏损Δm=
239.0522-
235.0439-
4.0026u=
0.0057u;释放能量ΔE=
0.0057×
931.5MeV≈
5.31MeV3由动量守恒得mUvU=mXvX,又Ek=,解方程组得EkX∶EkU=mU∶mX=235∶4
四、计算题本题共4小题,共36分15.8分放射性同位素6C被考古学家称为“碳钟”,它可用来断定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.1宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成C,C很不稳定,易发生衰变,其半衰期为5730年,放出β射线,试写出有关核反应方程.2若测得一古生物遗骸中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见解析 217190年解析 17N+n→6C+H,6C→7N+e;2依题意得n==
0.125,解得n=3,则t=5730×3=17190年.16.8分一个锂核Li受到一个质子的轰击,变成两个α粒子.已知质子的质量是
1.6736×10-27kg,锂核的质量是
11.6505×10-27kg,氦核的质量是
6.6466×10-27kg.1写出上述核反应的方程;2计算上述核反应释放出的能量.保留3位有效数字答案 1Li+H―→2He
22.781×10-12J解析 1Li+H―→2He2核反应的质量亏损Δm=mLi+mp-2mα=
11.6505×10-27+
1.6736×10-27-2×
6.6466×10-27kg=
3.09×10-29kg释放的能量ΔE=Δmc2=
3.09×10-29×3×1082J=
2.781×10-12J17.10分xx年北京奥运会场馆周围80%~90%的路灯利用太阳能发电技术来供电,奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能集热技术.科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部四个氢核H转化成一个氦核He和两个正电子e并放出能量.已知质子质量mp=
1.0073u,α粒子的质量mα=
4.0026u,正电子的质量me=
0.0005u1u的质量相当于
931.5MeV的能量.1写出该核反应方程;2一次这样的热核反应过程中释放出多少能量?结果保留四位有效数字答案 14H→He+2e
223.85MeV解析 1根据质量数守恒、电荷数守恒,该核反应方程为4H→He+2e.2质量亏损Δm=4mp-mα-2me=4×
1.0073u-
4.0026u-2×
0.0005u=
0.0256uΔE=
0.0256×
931.5MeV≈
23.85MeV.18.10分钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子,而铀核激发态U*立即衰变为铀核U,并放出能量为
0.097MeV的γ光子.已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu=
239.0521u、mU=
235.0439u和mα=
4.0026u1u的质量相当于
931.5MeV的能量.1写出衰变方程;2已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能.答案 1Pu→U*+He U*→U+γ或Pu→U+He+γ
25.034MeV解析 1衰变方程为Pu→U*+He
①U*→U+γ
②或合起来有Pu→U+He+γ
③2上述衰变过程的质量亏损为Δm=mPu-mU-mα
④放出的能量为ΔE=Δmc2
⑤此能量是铀核U的动能EkU、α粒子的动能Ekα和γ光子的能量Eγ之和,即ΔE=EkU+Ekα+Eγ
⑥由
④⑤⑥式得EkU+Ekα=mPu-mU-mαc2-Eγ
⑦设衰变后的铀核和α粒子的速率分别为vU和vα,则由动量守恒有mUvU=mαvα
⑧又由动能的定义知EkU=mUv,Ekα=mαv
⑨由
⑧⑨式得=⑩由
⑦⑩式得Ekα=[mPu-mU-mαc2-Eγ]代入题给数据得Ekα≈
5.034MeV。