高中物理人教版5第十九章原子核 章末质量评估(四)

章末质量评估(四)(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．每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1．1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源进行了实验验证，1957年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖.eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe，其中νe是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零，则衰变产物eq\o\al(A,Z)Ni的质量数和核电荷数分别为()A．60，28 B．60，26C．59，26 D．59，28解析：本题考查考生对原子核变化过程遵守的两个规律的掌握．要求考生能根据质量数守恒和核电荷数守恒判断出核变化方程中粒子的核电荷数和质量数．答案：A2．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为()A．MeV B．MeVC．MeV D．MeV解析：设中子的质量为mn，质子的质量为mp，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量为mC.根据质能方程：ΔE1＝MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2，①ΔE2＝MeV＝[3mα－mC]c2，ΔE3＝[6mn＋6mp－mC]c2.③由①②③式得ΔE3＝MeV.答案：C3．放射性元素(eq\o\al(222,)86Rn)经α衰变变成钋(eq\o\al(218,)84Po)，半衰期约为天，但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,)86Rn的矿石，其原因是()A．目前地壳中的eq\o\al(222,)86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成初期，地壳中的元素eq\o\al(222,)86Rn的含量足够多C．当衰变产物eq\o\al(218,)84Po积累到一定量以后，eq\o\al(218,)84Po的增加会减慢eq\o\al(222,)86Rn的衰变进程\o\al(222,)86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案：A4．下列说法正确的是()A．研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)Pu)由铀239(eq\o\al(239,92)U)经过4次β衰变而产生B．发现中子的核反应方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nC．20g的eq\o\al(238,92)U经过两个半衰期后其质量变为15g\o\al(238,92)U在中子轰击下，生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的核反应前后，原子核的核子总数减少解析：eq\o\al(239,92)U→eq\o\al(239,94)Pu＋2eq\o\al(0,－1)e发生2次β衰变，A错误．20geq\o\al(238,92)U经过两个半衰期后其质量m＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)g＝5g，C错误．在核反应中质量数、电荷数都守恒，D错误．所以只有B正确．答案：B5．下列说法中正确的是()A．核反应堆是人工控制链式反应的装置\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝3C．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的D．4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变解析：核电站的核心是核反应堆，核反应堆中核的链式反应可以在人工控制下进行，A项正确；根据核反应前后电荷数守恒规律，B选项中的d＝2，B项不正确；β衰变是原子核内释放出电子的核反应，不是核外电子的逃逸，C项不正确；4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后，衰变的结果有多种情况，半衰期是对大量原子核的行为的统计预测，对几个核的衰变无法预测，D项不正确．答案：A6．科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与一种核聚变反应的方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He.关于eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)He聚变反应发电解析：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eq\o\al(1,1)H，B对；目前核电站都是用重核裂变发电而不是用轻核裂变，D错．答案：B7．以下是物理学史上3个著名的核反应方程：x＋eq\o\al(7,3)Li→2y，y＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)O，y＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)C.x、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．电子解析：由于核反应前后电荷数守恒，则：x＋3＝2y，①y＋7＝x＋8，②y＋4＝z＋6.③由①②③联立解得：x＝1，y＝2，z＝0，故z为中子，选项C正确．答案：C8．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，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋2，①6＝2k＋d.②解①②得k＝2，d＝2.答案：B9．一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m1、m2、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eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射中的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝eq\f(h,（m1＋m2－m3）c2)解析：根据核反应过程中的质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)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－m3)c2，故选项C错误；由E＝eq\f(hc,λ)知，γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3)c，故选项D错误．答案：B10．一个原来静止的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)()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．答案：D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正确，全部选对得4分，漏选得2分，错选或不选得0分)11．下列说法中正确的是()A．α射线比β射线更容易使气体电离B．核反应堆产生的能量来自重核的裂变C．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转D．太阳辐射的能量主要来源于太阳内部轻核的聚变解析：α射线有很强的电离作用，β射线电离作用较弱，A正确；核反应堆产生的能量来自重核的裂变，太阳辐射的能量主要来源于太阳内部轻核的聚变，B、D正确；γ射线是波长很短的电磁波不带电，在电场和磁场中都不会发生偏转，C正确．答案：ABCD12．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)．若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计)，则()A．生成的新核与衰变前的原子核质量数相同B．生成新核的核电荷数增加C．生成的新核与衰变前的原子核互为同位素D．生成的新核与中微子的动量大小相等解析：质子与中子的质量数相同，所以发生“轨道电子俘获”后新核与原核质量数相同，A正确；新核质子数减少，故该电荷数减少，B错；新核与原核质子数不同，不能称它们互为同位素，C错；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，D正确．答案：AD13.月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的eq\o\al(3,2)He含量十分丰富．科学家认为，eq\o\al(3,2)He是发生核聚变的极好原料，将来eq\o\al(3,2)He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于eq\o\al(3,2)He，下列说法正确的是()\o\al(3,2)He的原子核内有三个中子两个质子\o\al(3,2)He的原子核内有一个中子两个质子\o\al(3,2)He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损\o\al(3,2)He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起解析：eq\o\al(3,2)He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误、B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．答案：BC14．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(eq\o\al(210,84)Po)．若该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为eq\o\al(210,84)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，则下列说法中正确的是()A．X原子核含有124个中子B．X原子核含有206个核子C．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的D．100g的eq\o\al(210,84)Po经276天，已衰变的质量为75g解析：X原子核中的核子数为210－4＝206(个)，B项正确．中子数为206－(84－2)＝124(个)，A项正确．γ射线是由于核反应前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出，C项错．经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D项正确．答案：ABD三、非选择题(本题共4小题，共54分．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．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15．(12分)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(eq\o\al(1,1)H)转化成一个氦核(eq\o\al(4,2)He)和两个正电子(eq\o\al(0,＋1)e)并放出能量．已知质子质量mp＝3u，α粒子的质量mα＝6u，正电子的质量me＝5u，1u的质量相当于MeV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)?解析：(1)根据质量数守恒、电荷数守恒，该核反应方程为：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e.(2)质量亏损Δm＝4mp－mα－2me＝4×3u－6u－2×5u＝6u.ΔE＝6×MeV≈MeV.答案：(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)MeV16．(14分)已知氘核的质量mD＝6×10－27kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝6×10－27kg，中子质量mn＝9×10－27解析：氘核分为质子和中子，增加的质量为Δm＝mp＋mn－mD＝6＋9－6)×10－27kg＝9×10－27吸收的入射光子的能量为E＝Δmc2＝9×10－27×(3×108)2J＝×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的频率为ν＝eq\f(E,h)＝eq\f×10－13,×10－34)Hz≈×1020Hz.答案：×1020Hz17．(14分)(2023·海南卷)一静止原子核发生α衰变，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R的圆．已知α粒子的质量为m，电荷量为q，新核的质量为M，光在真空中的速度大小为c.求衰变前原子核的质量．解析：设衰变产生的α粒子的速度大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得：qvB＝meq\f(v2,R).①设衰变后新核的速度大小为v1，衰变前后动量守恒，有：0＝Mv1－mv.②设衰变前原子核质量为M0，衰变前后能量守恒，有：M0c2＝Mc2＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋mc2＋eq\f(1,2)mv2.③联立以上三式解得：M0＝(M＋m)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1＋\f(（qBR）2,2Mmc2))).答案：(M＋m)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1＋\f(（qBR）2,2Mmc2)))18．(14分)钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu静止时衰变为铀核激发态eq\o\al(235,92)U*和α粒子，而铀核激发态eq\o\al(235,92)U*立即衰变为铀核eq\o\al(235,92)U，并放出能量为MeV的γ光子．已知：eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的质量分别为mPu＝1u、mU＝9u和mα＝6u，1u的质量相当于MeV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．解析：(1