新教材2023高中物理第五章原子核質(zhì)量評估新人教版選擇性必修第三冊試卷-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

第五章質(zhì)量評估(時(shí)間:75分鐘　滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題:本題共7小題,每小題4分,共28分.在每小題給出的四個選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的.1.為了探究宇宙起源,“阿爾法磁譜儀”將在太空中尋找“反物質(zhì)”.“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的.“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量,但電荷的符號相反.由此可知反氫原子是 (　　)A.由1個帶正電荷的質(zhì)子和1個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B.由1個帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成C.由1個帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和1個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D.由1個不帶電的中子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成解析:氫原子由一個電子和一個質(zhì)子組成,根據(jù)“反物質(zhì)”和“反粒子”的概念,可知反氫原子由一個帶負(fù)電荷的反質(zhì)子和一個帶正電荷的正電子組成,選項(xiàng)B正確.答案:B2.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后,人們對射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究,發(fā)現(xiàn)α、β、γ射線的穿透本領(lǐng)不同.下圖為這三種射線穿透能力的比較,圖中射線①②③分別是 (　　)A.γ、β、α射線　　　　　　B.β、γ、α射線C.α、β、γ射線 D.γ、α、β射線解析:α射線穿透能力最弱,不能穿透比較厚的黑紙,①為α射線;γ射線穿透能力最強(qiáng),能穿透厚鋁板和鉛板,③為γ射線;β射線穿透能力較強(qiáng),能穿透黑紙,但不能穿透厚鋁板,②是β射線.選項(xiàng)C正確.答案:C3.一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的核裂變反應(yīng),其核裂變方程為UnX+Sr+n,則下列敘述正確的是 (　　)A.X原子核中含有86個中子B.X原子核中含有141個核子C.因?yàn)楹肆炎儠r(shí)釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以核裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因?yàn)楹肆炎儠r(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少解析:X原子核中的核子數(shù)為(235+1)-(94+2)=140,選項(xiàng)B錯誤.中子數(shù)為140-(92-38)=86,選項(xiàng)A正確.核裂變時(shí)釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的,選項(xiàng)C、D錯誤.答案:A4.在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82,一個鉛原子質(zhì)量數(shù)為207,下列說法正確的是 (　　)A.鉛原子核外有82個電子,核內(nèi)有207個質(zhì)子B.鉛原子核外有82個電子,核內(nèi)有82個質(zhì)子C.鉛原子核內(nèi)有82個質(zhì)子,207個中子D.鉛原子核內(nèi)有125個核子解析:在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82,即一個鉛原子中有82個質(zhì)子,由于原子是電中性的,則核外電子有82個.根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和可知,鉛原子核的中子數(shù)為207-82=125.選項(xiàng)B正確.答案:B5.關(guān)于核力,下列說法錯誤的是 (　　)A.鉛原子的核力是一種特殊的萬有引力,存在于原子核內(nèi)所有的核子間B.鉛原子的原子核內(nèi)只有相鄰的核子間才有核力作用C.鉛原子的核力是原子核能穩(wěn)定存在而不“分崩離析”的原因D.鉛原子的核力是一種短程強(qiáng)相互作用力,其作用的范圍約為10-15 m解析:核力是僅存在于相鄰核子間的短程強(qiáng)相互作用力,而萬有引力在任何有質(zhì)量的物體間都存在,且遠(yuǎn)小于核力,選項(xiàng)A錯誤,選項(xiàng)B、D正確.因?yàn)閺?qiáng)大的核力平衡了原子核內(nèi)質(zhì)子間的庫侖力,所以原子核能穩(wěn)定存在,選項(xiàng)C正確.答案:A6.“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式,即原子核俘獲一個核外電子,核內(nèi)一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?原子核衰變成一個新核,并且放出一個中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電).若一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計(jì)),則(　　)A.生成的新核與衰變前的原子核相比質(zhì)量數(shù)增加B.生成的新核的電荷數(shù)增加C.生成的新核與衰變前的原子核互為同位素D.生成的新核與中微子的動量大小相等解析:發(fā)生“軌道電子俘獲”后,質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)相同,所以新核與原核質(zhì)量數(shù)相同,選項(xiàng)A錯誤.新核質(zhì)子數(shù)減少,電荷數(shù)減少,選項(xiàng)B錯誤.新核與原核質(zhì)子數(shù)不同,不能稱它們互為同位素,選項(xiàng)C錯誤.以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng),系統(tǒng)動量守恒,系統(tǒng)初動量為0,所以生成的新核與中微子的動量大小相等,方向相反,選項(xiàng)D正確.答案:D7.下面四幅示意圖能正確反映核反應(yīng)過程的是 (　　)A BC D解析:核反應(yīng)過程中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒,用α粒子轟擊氮原子核,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,其核反應(yīng)方程為NHeOH,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯誤.用α粒子轟擊鈹原子核,發(fā)現(xiàn)了中子,其核反應(yīng)方程為HeBeCn,選項(xiàng)C、D錯誤.答案:A二、多項(xiàng)選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分.在每小題給出的四個選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求.全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分.8.太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變,太陽中存在的主要元素是氫,氫核的聚變反應(yīng)可以看作4個氫核H)結(jié)合成1個氦核He).下表中列出了部分粒子的質(zhì)量,已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,下列說法正確的是 (　　) 粒子質(zhì)子pα粒子電子 e中子n質(zhì)量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7 A.核反應(yīng)方程式為HHe+eB.核反應(yīng)方程式為HHe+eC.4個氫核結(jié)合成1個氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.026 6 uD.核聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8 MeV解析:根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯誤.質(zhì)量虧損為Δm=(4×1.007 3-4.001 5-2×0.000 55) u=0.026 6 u,根據(jù)ΔE=Δmc2可知ΔE=24.8 MeV,選項(xiàng)C、D正確.答案:ACD9.在某些恒星內(nèi),3個α粒子結(jié)合成一個CC的質(zhì)量是12.000 0 u,α粒子的質(zhì)量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,真空中的光速為3.0×108 m/s,電子電荷量為1.6×10-19 C,則 (　　)A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=0.007 8 uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm=1.294 8×10-29 kgC.反應(yīng)過程中放出的能量約為7.266 MeVD.反應(yīng)過程中放出的能量約為1.16×10-19 J解析:其核反應(yīng)方程是HeC.其質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.002 6-12.000 0) u=0.007 8 u,選項(xiàng)A正確.Δm=0.007 8×1.66×10-27 kg=1.294 8×10-29 kg,選項(xiàng)B正確.ΔE=0.007 8×931.5 MeV=7.265 7 MeV,選項(xiàng)C正確.ΔE=7.265 7×106×1.6×10-19 J=1.16×10-12 J,選項(xiàng)D錯誤.答案:ABC10.一個靜止的放射性原子核處于勻強(qiáng)磁場中,由于發(fā)生了衰變而在磁場中形成如圖所示的兩個圓形徑跡,兩圓半徑之比為1∶16,下列判斷正確的是 (　　)A.該原子核發(fā)生了α衰變B.反沖原子核沿小圓逆時(shí)針運(yùn)動C.原來靜止的核,其原子序數(shù)為15D.放出的粒子與反沖核運(yùn)動周期相同解析:衰變后產(chǎn)生的新核即反沖核及放出的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中均做勻速圓周運(yùn)動,軌道半徑r=,因反沖核與放出的粒子動量守恒,而反沖核電荷量較大,所以其半徑較小,并且反沖核帶正電荷,由左手定則可以判定反沖核沿小圓逆時(shí)針運(yùn)動,選項(xiàng)B正確.沿大圓運(yùn)動的放出的粒子在衰變處由動量守恒可知其向上運(yùn)動,且順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由左手定則可以判定放出的粒子一定帶負(fù)電荷.因此,這個衰變?yōu)棣滤プ?放出的粒子為電子,衰變方程為ABe,選項(xiàng)A錯誤.由兩圓的半徑之比為1∶16可知,B核的電荷數(shù)為16.原來的放射性原子核的電荷數(shù)為15,其原子序數(shù)為15.即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項(xiàng)C正確.由周期公式T=可知,因電子與反沖核的比荷不同,它們在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期不相同,反沖核的周期較大,選項(xiàng)D錯誤.答案:BC三、非選擇題:共54分.11.(6分)核電池又叫“放射性同位素電池”(如圖所示),一個硬幣大小的核電池,就可以讓手機(jī)不充電使用5 000年.燃料中钚Pu)是一種人造同位素,可通過下列反應(yīng)合成.(1)用氘核H)轟擊鈾核U)生成镎核Np)和兩個相同的粒子X,核反應(yīng)方程是U+HNp+2X.(2)镎核Np)放出一個粒子Y后轉(zhuǎn)變成钚核Pu),核反應(yīng)方程是NpPu+Y.X粒子的符號為　　　　,Y粒子的符號為　　　　. 解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得U+HNp+n和NpPue.答案:(2ne12.(10分)為了驗(yàn)證ΔE=Δmc2,設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn):用動能E1=0.9 MeV的質(zhì)子去轟擊靜止的鋰核Li,生成兩個α粒子,測得這兩個α粒子的動能之和E=19.9 MeV.質(zhì)子、鋰7核、α粒子的質(zhì)量分別是1.007 3 u、7.016 0 u、4.001 5 u.1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量.(1)寫出該核反應(yīng)方程式;(2)計(jì)算核反應(yīng)過程中釋放的能量ΔE;(3)通過計(jì)算說明ΔE=Δmc2的正確性.解析:可先計(jì)算核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm,再根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的能量ΔE,并建立一個理想模型.釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動能,計(jì)算出核反應(yīng)中系統(tǒng)的動能的增加量E-E1.在誤差允許的范圍內(nèi),只要釋放的能量ΔE與系統(tǒng)的動能的增加量E-E1近似相等,即可說明ΔE=Δmc2是正確的.(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程.(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm=(1.007 3+7.016 0-2×4.001 5) u=0.020 3 u,根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的能量ΔE=0.020 3×931.5 MeV=18.9 MeV.(3)由實(shí)驗(yàn)知反應(yīng)前后系統(tǒng)增加的動能是E-E1=(19.9-0.9) MeV=19.0 MeV,這與核反應(yīng)中釋放的核能在誤差允許的范圍內(nèi)近似相等,證明了方程ΔE=Δmc2是正確的.答案:(1HLiHe　(2)18.9 MeV　(3)見解析.13.(10分)钚的放射性同位素Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤?/span>U和α粒子,并放出能量為0.097 MeV的γ光子.已知Pu核U核、α粒子的質(zhì)量分別為mPu=239.052 1 u,mU=235.043 9 u,mα=4.002 6 u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量.(1)寫出衰變方程;(2)若衰變放出光子的動量可忽略,求α粒子的動能.解析:(1)核反應(yīng)過程中,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒.衰變方程為PuUHe+γ.(2)衰變過程中,質(zhì)量虧損,釋放核能,放出的能量轉(zhuǎn)化為鈾核的動能EkU、α粒子的動能Ekα和γ光子的能量Eγ.EkU+Ekα+Eγ=(mPu-mU-mα)c2,衰變過程中,系統(tǒng)動量守恒,設(shè)鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動量守恒有mUvU=mαvα,根據(jù)動量和動能的關(guān)系可知p=,則=,解得α粒子的動能Ekα=5.03 MeV.答案:(1PuUHe+γ　(2)5.03 MeV14.(14分)用速度幾乎是0的慢中子轟擊靜止的硼核B),產(chǎn)生鋰核Li)和α粒子.已知中子質(zhì)量mn=1.008 665 u,硼核質(zhì)量mB=10.016 77 u,鋰核質(zhì)量mLi=7.018 22 u,α粒子質(zhì)量mα=4.002 60 u.1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量.(1)寫出該反應(yīng)的核反應(yīng)方程.(2)求出該反應(yīng)放出的能量ΔE.(3)若核反應(yīng)中放出的能量全部變成生成核的動能,則鋰核和α粒子的動能各是多少?解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程,由質(zhì)量虧損及物體的質(zhì)量與能量的關(guān)系求出核能,再由動量守恒和能量守恒求出鋰核和α粒子的動能.(1)核反應(yīng)方程為BnLiHe.(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm=(10.016 77 u+1.008 665 u)-(7.018 22 u+4.002 60 u)=0.004 615u,釋放出的能量為ΔE=0.004 615×931.5 MeV≈4.30 MeV.(3)根據(jù)動量守恒定律有mLivLi=mαvα,由動能計(jì)算式得EkLi=mLi,Ekα=mα,聯(lián)立有=,根據(jù)能量守恒有EkLi+Ekα=ΔE=4.30 MeV,解得EkLi=1.56 MeV,Ekα=2.74 MeV.答案:(1BnLiHe　(2)4.30 MeV (3)1.56 MeV　2.74 MeV15.(14分)太陽能不僅包括直接射到地球表面的太陽輻射能,還包括所有的化石燃料的化學(xué)能、水能、風(fēng)能、海洋能等間接的太陽能,還應(yīng)包括綠色植物的光合作用固定下來的能量,即生物質(zhì)能.嚴(yán)格地說,除了地?zé)崮芎驮雍四艿厍蛏纤衅渌茉慈縼碜蕴柲?這也被稱為“廣義太陽能”,以便與僅指太陽輻射能的“狹義太陽能”相區(qū)別.(1)太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng),這種核反應(yīng)釋放出的能量就是太陽能.其核反應(yīng)方程是　　　　　　　　　　　　　.若mH=1.007 3 u,mα=4.002 6 u,me=0.000 55 u,則該反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損是　　　　u.如果1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,那么該反應(yīng)中釋放的能量是　　　　MeV.由于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損,太陽的質(zhì)量緩慢減小,假設(shè)地球公轉(zhuǎn)半徑不變,與現(xiàn)在相比,在很久很久以前,地球公轉(zhuǎn)的周期　　　　(選填“較長”“較短”或“沒有變化”). (2)利用光電轉(zhuǎn)換可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能.若地球附近某空間站上的太陽能電池接收板的面積是S,光電轉(zhuǎn)化效率為η.已知太陽輻射的總功率為P,太陽輻射穿過太空的能量損失忽略不計(jì),光速為c,太陽光射到空間站經(jīng)歷的時(shí)間是t,試求該太陽能電池能夠輸出的最大電功率.解析:(1)核反應(yīng)方程為HHe+e.該核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm=4mH-mα-2me=4×1.007 3 u-4.002 6 u-2×0.000 55 u=0.025 5 u;該核反應(yīng)釋放的能量為ΔE=0.025 5×931.5 MeV=23.75 MeV.在很久很久以前,太陽質(zhì)量比現(xiàn)在的大,太陽與地球間的萬有引力比現(xiàn)在的大,由F=mr可知,很久很久以前,地球公轉(zhuǎn)的周期較短.(2)以太陽為中心,以太陽、空間站間距離r為半徑作一個球面,其表面積S球=4πr2,r=ct,設(shè)接收板上獲得的輻射功率為P',當(dāng)其正對太陽光時(shí),獲得功率最大,則=,聯(lián)立求解可得P'=,則太陽能電池能夠輸出的最大功率Pm=ηP'=.答案: (1)HHe+e　0.025 5　23.75　較短(2)