高中物理 选修三 教师用书 章末检测试卷(五)

章末检测试卷(五)(满分：100分)一、单项选择题：共12题，每题4分，共48分．每题只有一个选项最符合题意．1．(2021·江苏海门中学高二月考)氦3大量存在于月球表面月壤中，是未来的清洁能源．两个氦3聚变的核反应方程是eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2X＋12.86MeV，则X为()A．电子 B．氘核C．中子 D．质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为质子．故选D.2．(2021·红塔区高二月考)核废水中含有钴(eq\o\al(60,27)Co)等63种不能过滤的放射性物质．钴60会通过衰变生成镍(eq\o\al(60,28)Ni)，同时会放出γ射线，其半衰期为5.27年，在医学上常用于癌症和肿瘤的放射治疗．下列说法不正确的是()A．衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\ar(0,－1)e，属于α衰变B．钴60不可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收C．钴60对肿瘤进行放射治疗是利用其衰变产生的γ射线D．温度升高钴60的半衰期不变答案A解析α粒子为eq\o\al(4,2)He，β粒子为eq\o\ar(0,－1)e，eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\ar(0,－1)e属于β衰变，故A说法错误，符合题意；eq\o\al(60,27)Co半衰期较长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收，故B说法正确，不符合题意；由题意可知，钴60对肿瘤进行放射治疗是利用其衰变产生的γ射线，故C说法正确，不符合题意；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，故D说法正确，不符合题意．3．(2021·宁阳县一中高二期中)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，核子的比结合能增大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，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增大，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；核聚变反应的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，故D错误．4．(2021·江苏南通高二期末)我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电．该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂．则()A．铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等质量的核，同时放出中子B．裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能C．石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度D．可用铀238替代铀235作为核燃料答案B解析铀235受到中子轰击时，裂变成两块中等质量的核，同时还能放出中子，故A错误；重核裂变的过程中有质量亏损，释放核能，故裂变产生中等核的比结合能大于铀核的比结合能，故B正确；在核反应堆中，吸收中子控制反应速度的是镉棒，并非石墨，故C错误；原子核铀238只有在被能量很大的快中子轰击时，才能发生裂变且概率很小，而原子核铀235吸收慢中子后即可产生核分裂，分裂后获得的能量可用来发电，则不能用铀238替代铀235作为核燃料，故D错误．5．(2022·沙坪坝区高二月考)核潜艇以核反应堆为动力来源，反应堆的核反应方程式为eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3X，则()A．X为电子B．Kr有36个质子，89个中子C.eq\o\ar(144,56)Ba比eq\o\ar(235,92)U的比结合能大D．核反应前、后原子核的总质量保持不变答案C解析根据核反应过程中，质量数与电荷数守恒，可知X的质量数A＝eq\f(235＋1－144－89,3)＝1，电荷数Z＝eq\f(92－56－36,3)＝0，所以X为中子，故A错误；Kr有36个质子，中子数为：89－36＝53，故B错误；核反应要释放出能量，核反应后核的比结合能大于反应前核的比结合能，故C正确；核反应要释放出能量，有质量亏损，故D错误．6．(2021·山东卷)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的eq\o\ar(210,82)Pb，其衰变方程为eq\o\ar(210,82)Pb→eq\o\ar(210,83)Bi＋X.以下说法正确的是()A．衰变方程中的X是电子B．升高温度可以加快eq\o\ar(210,82)Pb的衰变C.eq\o\ar(210,82)Pb与eq\o\ar(210,83)Bi的质量差等于衰变的质量亏损D．方程中的X来自于eq\o\ar(210,82)Pb内质子向中子的转化答案A解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；半衰期非常稳定，不受温度、压强以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误；eq\o\ar(210,82)Pb与eq\o\ar(210,83)Bi和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；方程中的X来自于eq\o\ar(210,82)Pb内中子向质子的转化，D错误．7．下列说法中正确的是()A．在衰变方程eq\o\ar(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ中，X原子核的质量数是234B．核泄漏事故污染物eq\o\ar(137,55)Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为eq\o\ar(137,55)Cs→eq\o\ar(137,56)Ba＋X，可以判断X为正电子C．放射性物质eq\o\ar(131,53)I的衰变方程为eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋X，X为中子D．某人工转变的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)O＋X，其中X为中子答案D解析根据质量数守恒可得，X原子核的质量数A＝239－4＝235，A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒知，eq\o\ar(137,55)Cs→eq\o\ar(137,56)Ba＋X中的X为电子，B错误；eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋X中，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X为β粒子，C错误；人工转变的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)O＋X，由质量数和电荷数守恒可知，X为中子，D正确．8．(2021·江苏仪征市第二中学高二检测)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，设衰变过程释放的核能都转化为γ光子的能量．下列说法正确的是()A．核反应方程为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．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)答案B解析该核反应方程质量数不守恒，应该为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，A错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；根据质能方程，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故C错误；根据E＝eq\f(hc,λ)＝(m1＋m2＋m3)c2得γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D错误．9．(2021·江苏徐州高二期末)太阳的巨大能量是核反应产生的，其中一种核反应方程为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的比结合能为E1，eq\o\al(3,1)H的比结合能为E2，eq\o\al(4,2)He的比结合能为E3，则()A．X表示质子B.eq\o\al(2,1)H核比eq\o\al(4,2)He核更稳定C．核反应过程中的质量亏损可以表示为eq\f(4E3－2E1－3E2,c2)D．一个eq\o\al(2,1)H核与一个eq\o\al(3,1)H核的结合能之和等于一个eq\o\al(4,2)He核的结合能答案C解析根据电荷数守恒、质量数守恒得，X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，故A错误；核反应中生成物核子的比结合能大于反应物的核子的比结合能，比结合能越大，原子核越稳定，则eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(2,1)H核更稳定，故B错误；由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4E3－2E1－3E2,c2)，故C正确；核聚变反应是放热反应，则生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和，故D错误．10．(2021·茂名市高二期末)实现核电池小型化、安全可控化一直是人类追求的目标，玉兔二号月球车就是采用核电池来提供能量的，其原理是将放射性同位素衰变时放出的载能粒子，通过换能器转变为电能．玉兔二号月球车核电池的放射源是钚238(eq\o\ar(238,94)Pu)，其衰变方程为eq\o\ar(238,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He，钚238的半衰期为88年．已知钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，下列说法正确的是()A．温度升高钚238的半衰期缩短B．X的质子数为142C．一个钚核eq\o\ar(238,94)Pu衰变成X，释放的核能为(m1－m2－m3)c2D．经过176年后，核电池内剩余钚238的质量变为初始质量的eq\f(1,2)答案C解析元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；根据质量数和电荷数守恒得到X的质子数为92，故B错误；由爱因斯坦质能方程知一个eq\o\ar(238,94)Pu衰变成X释放的核能为ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；由半衰期公式可得m余＝＝＝eq\f(1,4)m0，故D错误．11．太阳内发生核聚变反应主要为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，已知部分物质比结合能与质量数关系如图所示，则该反应释放的核能约为()A．5MeV B．6MeVC．24MeV D．32MeV答案C解析由题图可知，eq\o\al(2,1)H的比结合能约为1.1MeV，eq\o\al(4,2)He的比结合能约为7.1MeV，根据结合MeV，故选C.12．(2021·苏州相城高中高二月考)如图所示，某放射性元素的原子核静止在匀强磁场中，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，则下列说法不正确的是()A．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B．原来放射性元素的原子核电荷数为90C．反冲核的核电荷数为88D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88答案D解析粒子之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，故α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，故A正确，不符合题意；释放的α粒子和反冲核均在洛伦兹力作用下做圆周运动R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子R1＝eq\f(p1,B·2e)，对反冲核R2＝eq\f(p2,BQ－2e)由于p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，解得Q＝90原来放射性元素的原子核电荷数为90，反冲核的核电荷数为90－2＝88，故B、C正确，不符合题意；由于不知道两粒子间的质量关系，则无法确定两粒子的速度关系，故D错误，符合题意．二、非选择题：共5题，共52分．其中第14题～第17题解答时请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；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．13．(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.1mgeq\o\al(32,15)P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4mg的eq\o\al(32,15)P经过________天的衰变后还剩0.25mg.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×，知t＝56天．14．(10分)用放射源钋放出的α射线轰击铍eq\o\al(9,4)Be时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献．若已知α粒子的质量为4.001509u，中子的质量为1.008665u，铍核的质量为9.01219u，碳核的质量为12.00000u，试写出发现中子的核反应方程，并确定核反应中所释放的核能为多少？(1u相当于931.5MeV的能量，计算结果保留两位有效数字)答案eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n4.7MeV解析根据题意可写出发现中子的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3分)可得核反应过程中的质量亏损为Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005034u(3分)根据质能方程ΔE＝Δmc2得，该核反应所释放的核能为ΔE＝eq\f(931.5MeV,1u)×0.005034u≈4.7MeV.(4分)15．(10分)(2021·扬州市高二期末)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子eq\o\al(1,1)H轰击静止的Li，生成两个eq\o\al(4,2)He，Li和eq\o\al(4,2)He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c.(1)写出核反应方程；(2)求出释放的核能ΔE；(3)求出质子的质量m.答案(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He(2)2E2－E1(3)eq\f(2E2－E1,c2)－m1＋2m2解析(1)核反应方程为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He(3分)(2)释放的核能ΔE＝2E2－E1(3分)(3)根据质能方程知ΔE＝Δmc2＝(m1＋m－2m2)c2(2分)解得m＝eq\f(2E2－E1,c2)－m1＋2m2.(2分)16．(12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)kg/mol，一个月约为t＝2.6×106s)，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1.(计算结果保留两位有效数字)答案(1)10(2)(m1－m2－m3－9m)c2(3)22kg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(1分)(2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－9m(1分)由质能方程可知，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′,M)NAΔE(2分)可得：m′＝eq\f(PtM,NAΔE)＝eq\f(6.0×108×2.6×106×