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2019-2020年高中物理 第19章 原子核限時(shí)測試題 新人教版選修3-5 一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～6小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，第7～10小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1．(高密一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)一個(gè)放射性原子核，發(fā)生一次β衰變，則它的(　　) A．質(zhì)子數(shù)減少一個(gè)，中子數(shù)不變 B．質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，中子數(shù)不變 C．質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，中子數(shù)減少一個(gè) D．質(zhì)子數(shù)減少一個(gè)，中子數(shù)增加一個(gè) 答案：C 解析：發(fā)生一次β衰變，原子核里有一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子。即n―→H＋e 2．某種元素具有多種同位素，下面四幅圖中能反映這些同位素的質(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N關(guān)系的是(　　) 答案：B 解析：設(shè)這些同位素的質(zhì)子數(shù)為Z，由A＝N＋Z可知，當(dāng)中子數(shù)N增大時(shí)，質(zhì)量數(shù)A也增大，選項(xiàng)A、D均錯(cuò)誤；而元素的質(zhì)子數(shù)Z不可能為零，故當(dāng)中子數(shù)N為零時(shí)，質(zhì)量數(shù)A并不為零，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤。 3.(重慶一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)放射源放入鉛制容器中，射線只能從容器的小孔射出，成為細(xì)細(xì)的一束。在射線經(jīng)過的空間施加磁場，發(fā)現(xiàn)射線分成三束，如圖所示。關(guān)于這三種射線及其性質(zhì)，下列說法正確的是(　　) A．射線a的電離本領(lǐng)最弱 B．射線b是高速中子流，速度可達(dá)光速 C．射線c是原子的核外電子電離而產(chǎn)生 D．若將放射源置于高溫高壓環(huán)境中，射線強(qiáng)度將不變化 答案：D 解析：根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)情況可知：a為α射線，b為γ的射線，c為β射線，由三種射線的特性可判A、B、C均錯(cuò)；放射性與元素存在的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，D正確。 4．若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，相同質(zhì)量的A和B。經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比mA∶mB(　　) A．30∶31　　　　　　 B．31∶30 C．1∶2 D．2∶1 答案：C 解析：設(shè)A、B原來的質(zhì)量均為m，則20天后： mA＝m()＝m()5 mB＝m()＝m()4 ∴mA∶mB＝1∶2 5.U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成Pb，則(　　) A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4 C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18 答案：B 解析：本題考查了原子核衰變的規(guī)律，解題的關(guān)鍵是抓住原子核發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)原子核質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，原子核每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2；每發(fā)生一次β衰變，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1。比較這兩種原子核，質(zhì)量數(shù)減少28，說明發(fā)生了7次α衰變，電荷數(shù)應(yīng)減少14，而電荷數(shù)減少10，說明發(fā)生了4次β衰變，B項(xiàng)正確，其余選項(xiàng)錯(cuò)誤。 6．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為(　　) H＋C→N＋Q1　H＋N→C＋X＋Q2 方程式中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表： 原子核 H He He C N N 質(zhì)量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001 以下推斷正確的是(　　) A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1 C．X是He，Q2Q1，所以B正確，D錯(cuò)，正確答案為B。 7.xx年12月中旬，中國自行研制的“玉兔”號(hào)月球車，在38萬千米之外的月球表面閑庭信步。月球的表面長期受到宇宙射線的照射，使得“月壤”中的He含量十分豐富，科學(xué)家認(rèn)為，He是發(fā)生核聚變的極好原料，將來He也許是人類重要的能源，所以探測月球意義十分重大。關(guān)于He，下列說法正確的是(　　) A.He的原子核內(nèi)有三個(gè)中子兩個(gè)質(zhì)子 B.He的原子核內(nèi)有一個(gè)中子兩個(gè)質(zhì)子 C.He發(fā)生核聚變，放出能量，一定會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損 D.He原子核內(nèi)的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起 答案：BC 解析：He是氦元素的一種同位素，質(zhì)量數(shù)是3，電荷數(shù)是2，原子核內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)子一個(gè)中子，所以A錯(cuò)誤，B正確；發(fā)生核聚變放出能量就會(huì)有質(zhì)量虧損，C正確；原子核內(nèi)的核子是靠核力緊密結(jié)合在一起的，而不是靠萬有引力緊密結(jié)合在一起，D錯(cuò)誤。 8．(紹興一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)下列關(guān)于核反應(yīng)及衰變的表述正確的有(　　) A.H＋H→He＋n是輕核聚變 B. X＋N→O＋H中，X表示He C．半衰期與原子所處的化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D. β衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的 答案：AC 解析：根據(jù)反應(yīng)方程中的守恒量可判B錯(cuò)；半衰期與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，C正確；β衰變是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而產(chǎn)生的，D錯(cuò)。 9．核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射γ射線。下列說法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時(shí)輻射出的γ光子能量大于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) 答案：BD 解析：該題綜合考查了衰變規(guī)律和同位素的相關(guān)問題，原子核中不包含β射線，A錯(cuò)；γ光子的能量大于可見光光子的能量，B正確；銫137的半衰期長，衰變更慢，C不正確；銫133和銫137是同位素，含有相同的質(zhì)子數(shù)，D選項(xiàng)正確。 10．一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生天然衰變時(shí)，在勻強(qiáng)磁場中得到內(nèi)切圓的兩條徑跡，如圖所示。若兩圓半徑之比為44∶1，則(　　) A．發(fā)生的是α衰變 B．軌跡2是反沖核的徑跡 C．反沖核是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，放射出的粒子是順時(shí)針運(yùn)動(dòng) D．該放射性元素的原子序數(shù)是90 答案：BC 解析：由動(dòng)量守恒可知：m1v1＝m2v2，而R＝，故q1BR1＝q2BR2；半徑越小，則q越大，故軌跡1是放出粒子的軌跡，軌跡2是反沖核的徑跡，故B正確；反沖核帶正電，由洛倫茲力充當(dāng)向心力，根據(jù)左手定則可知，反沖核速度向下，則放出的粒子速度向上，由受力方向可知，放出粒子帶負(fù)電，即發(fā)生β衰變，故A錯(cuò)C對(duì)；由q1R1＝q2R2及β衰變公式可知，放射性元素的原子序數(shù)為43，D錯(cuò)。 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、填空題(共3小題，每小題6分，共18分。把答案直接填在橫線上) 11．1919年盧瑟福通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并由此發(fā)現(xiàn)________。圖中A為放射源發(fā)出的________粒子，B為________氣，完成該實(shí)驗(yàn)的下列核反應(yīng)方程______________________________________。 答案：質(zhì)子，α，氮　N＋He―→O＋H 12．潮汐能屬于無污染能源，但能量的轉(zhuǎn)化率較低，相比之下，核能是一種高效的能源。 (1)在核電站中，為了防止放射性物質(zhì)泄漏，核反應(yīng)堆有三道防護(hù)屏障：燃料包殼、壓力殼和安全殼(見圖甲)。結(jié)合圖乙可知，安全殼應(yīng)當(dāng)選用的材料是________。 (2)核反應(yīng)堆中的核廢料具有很強(qiáng)的放射性，目前常用的處理方法是將其裝入特制的容器中，然后(　　) A．沉入海底　　　　 B．放至沙漠 C．運(yùn)到月球 D．深埋地下 (3)圖丙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到何種輻射。當(dāng)胸章上1 mm鋁片和3mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時(shí)，結(jié)合圖乙分析工作人員受到了________射線的輻射；當(dāng)所有照相底片被感光時(shí)，工作人員受到了________射線的輻射。 答案：(1)混凝土　(2)D　(3)β　γ(或β和γ) 13．(1)在核反應(yīng)n＋X→H＋He＋ΔE過程中，X是未知核。由核反應(yīng)知識(shí)可以確定X核為________。若n、X核、H和He的靜止質(zhì)量分別為m1、mX、m3和m4，則ΔE的值為________。 (2)核能、風(fēng)能等新能源是近年來能源發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，與煤、石油等傳統(tǒng)能源相比較，核能具有的優(yōu)點(diǎn)是________________，缺點(diǎn)是________________。 (3)有一座城市，經(jīng)常受到大風(fēng)和風(fēng)沙的侵?jǐn)_。為了合理使用新能源，計(jì)劃建造風(fēng)能發(fā)電站或太陽能發(fā)電站。請用物理學(xué)知識(shí)，指出建造________類型的發(fā)電站更合適，理由是______________________________。 答案：(1)Li　[m1＋mX－(m3＋m4)]c2　(2)見解析　(3)見解析 解析：(1)核反應(yīng)方程遵循電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，由此可判斷X核為Li，核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損 Δm＝m1＋mX－(m3＋m4)， 所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2。 (2)優(yōu)點(diǎn)：核裂變產(chǎn)生的能源比使用煤和石油更加清潔、產(chǎn)能更多。 缺點(diǎn)：核裂變反應(yīng)造成的核廢料具有放射性，難處理；建造成本高。 (3)建風(fēng)能發(fā)電站比較合理 理由：在使用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，根據(jù)能量守恒知識(shí)，風(fēng)能一方面轉(zhuǎn)化為電能，另一方面可以減弱風(fēng)速，減小對(duì)城市的破壞。 三、論述計(jì)算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 14．(9分)一小瓶含有放射性同位素的液體，它每分鐘衰變6000次，若將它注射到一位病人的血管中，15h后從該病人身上抽取10mL血液，測得血樣每分鐘衰變2次。已知這種同位素的半衰期為5h，此病人全身血液總量為多少L。 答案：3.75 解析：兩次測量的時(shí)間間隔為15h，即3個(gè)半衰期。第一次測量時(shí)每分鐘衰變6000次，3個(gè)半衰期后，每分鐘衰變次數(shù)應(yīng)為＝750(次)，現(xiàn)10mL血液中每分鐘衰變2次，故血液總量應(yīng)是10mL＝3750mL＝3.75L。 15．(10分)(黃岡市xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)在某些恒星內(nèi)部，一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核，已知氘核的質(zhì)量為3.343610－27kg，氚核的質(zhì)量為5.008210－27kg，氦核的質(zhì)量為6.646710－27kg，中子的質(zhì)量為1.674910－27kg，真空中光速c＝3108m/s。 (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)這個(gè)反應(yīng)中釋放的核能為多少？(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 答案：(1)H＋H→He＋n　(2)31012J 解析：(1)核反應(yīng)方程：H＋H→He＋n (2)質(zhì)量虧損Δm＝(m氘＋m氚)－(m氦＋m中)＝0.030210－27kg 釋放核能ΔE＝Δmc2＝0.030210－27(3108)2J＝31012J 16．(11分)(煙臺(tái)市部分重點(diǎn)中學(xué)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期聯(lián)考)山東煙臺(tái)海陽核電站項(xiàng)目，一期工程和2號(hào)常規(guī)島正在進(jìn)行設(shè)備安裝，一期工程規(guī)劃建設(shè)兩臺(tái)125萬千瓦AP1000核電機(jī)組，預(yù)計(jì)xx年并網(wǎng)發(fā)電。如果鈾235在中子的轟擊下裂變?yōu)镾r和Xe，質(zhì)量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。 (1)寫出裂變方程； (2)求出一個(gè)鈾核裂變放出的能量； (3)若鈾礦石的濃度為3%，一期工程建成后，一年將消耗多少噸鈾礦石？ 答案：(1)U＋n―→Sr＋Xe＋10n　 (2)140.3MeV　(3)45.7t 解析：(2)裂變過程的質(zhì)量虧損 Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507u， 釋放的能量 ΔE＝Δmc2＝0.1507931MeV≈140.3MeV。 (3)核電站一年的發(fā)電量E＝Pt＝2125107365246060J＝7.8841016J， 由E＝NΔE＝NAΔE，得m＝ ＝g≈4.57107g＝45.7t。 17．(12分)(紹興一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)1996年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)生合作研制了太陽能汽車，該車是以太陽能電池將所接受的太陽光能轉(zhuǎn)化 為電能而提供給電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。已知車上太陽能電池接收太陽光能的板面面積為8m2，正對(duì)太陽能產(chǎn)生120V的電壓，并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供10A的電流，電動(dòng)機(jī)的直流電阻為4Ω，而太陽光照射到地面處時(shí)單位面積上的輻射功率為103W/m2。 (1)太陽光的能量實(shí)際上是由質(zhì)子所參與的一系列反應(yīng)所產(chǎn)生的，即在太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地進(jìn)行著熱核反應(yīng)，4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)?個(gè)氦核(He)，寫出核反應(yīng)方程； (2)該車的太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽光能的效率η1是多少？ (3)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp＝1.672610－27kg、mα＝6.642510－27kg、me＝0.000910－27kg，則m＝1kg的質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應(yīng)所釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)該車的輸出機(jī)械功，能夠維持該車行駛的時(shí)間是多少？ (4)己知太陽每秒釋放的能量為3.81026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？若太陽質(zhì)量減少萬分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽能存在多少年？(太陽的質(zhì)量為21030kg，結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　(3)1.31011s　(4)5109年 解析：(1)核反應(yīng)方程：4H→He＋2e (2)效率是：η1＝＝15% (3)∵ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.1510－12J 而＝(UI－I2R)t 解得t＝1.301011s (4)太陽每秒釋放的能量為3.81026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為Δm＝＝0.41010kg 太陽的質(zhì)量為21030kg，太陽還能存在的時(shí)間為 t＝＝s＝1.51017s＝5109年。