（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè) 新人教版選修3-5.doc

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第十九章　學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè) 本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時(shí)間90分鐘。 第Ⅰ卷(選擇題　共40分) 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．(河北省保定市2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期期末)下列說法正確的是(　D　) A．N＋H→C＋He是α衰變方程 B．H＋H→He＋γ是β衰變方程 C．U→Th＋He是核裂變反應(yīng)方程 D．He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 解析：A中方程為人工轉(zhuǎn)變方程，B為核聚變方程，C為α衰變方程，D為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，綜上所述，故選D。 2．(河北衡水中學(xué)2015～2016學(xué)年高二上學(xué)期調(diào)研)如圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里。以下判斷可能正確的是(　D　) A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡　　 B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡 C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡 解析：γ射線是不帶電的光子，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；α粒子為氦核帶正電，由左手定則知向上偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；β粒子是帶負(fù)電的電子，應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)D正確。 3．由下圖可得出結(jié)論(　C　) A．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量 B．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量 C．氘核分解為質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量 D．質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)要吸收能量 解析：該反應(yīng)是吸能反應(yīng)，所以兩個(gè)核子質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量。 4．(2017天津卷，1)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　A　) A．H＋H→He＋n B．N＋He→O＋H C．He＋Al→P＋n D．U＋n→Ba＋Kr＋3n [解析]　A是氫元素的兩種同位素氘和氚聚變成氦元素的核反應(yīng)方程，B是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，C屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，D屬于重核的裂變，因此只有A符合要求。 5．一個(gè)靜止在磁場(chǎng)中的放射性同位素原子核P，放出一個(gè)正電子后變成原子核Si，下列各圖中近似反映正電子和Si核軌跡的圖是(　B　) 解析：把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個(gè)系統(tǒng)，衰變過程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，放出的正電子的運(yùn)動(dòng)方向跟Si核的運(yùn)動(dòng)方向一定相反，且由于它們都帶正電，在洛倫茲力作用下一定形成兩個(gè)外切圓的軌跡，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；因?yàn)橛陕鍌惼澚μ峁┫蛐牧?，即qvB＝m，所以半徑r＝。衰變時(shí)，放出的正電子獲得的動(dòng)量大小與反沖核Si的動(dòng)量大小相等，因此在同一個(gè)磁場(chǎng)中正電子和Si核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與它們的電量成反比，即＝＝14，可見正電子運(yùn)動(dòng)形成的圓的半徑較大。故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A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(　B　) 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)誤。 7．(山東省濱州市2017～2018學(xué)年高二上學(xué)期期末)關(guān)于核反應(yīng)方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE為釋放的核能，X為新生成的粒子)，已知Th的半衰期為1.2min，則下列說法正確的是(　ABC　) A．此反應(yīng)為β衰變 B．Pa核和Th核具有相同的質(zhì)量數(shù) C．Th衰變過程中總質(zhì)量減小 D．64gTh經(jīng)過6min還有1gTh尚未衰變 解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為－1，質(zhì)量數(shù)為0，該反應(yīng)為β衰變，所以A選項(xiàng)是正確的；Pa核和Th核具有相同的質(zhì)量數(shù)，故B正確；此反應(yīng)中釋放出能量，由愛因斯坦的質(zhì)能方程知道，此反應(yīng)過程伴隨著質(zhì)量虧損，則總質(zhì)量減小，故C正確；6min經(jīng)過了5個(gè)半衰期，則未衰變的質(zhì)量m＝m0()n＝m0()5＝64＝2g，故D錯(cuò)誤。 8．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少，我國(guó)在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，下列有關(guān)說法正確的是(　AD　) A．X原子核中含有92質(zhì)子 B．100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個(gè) C．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量增加 D．衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力 解析：根據(jù)“電荷數(shù)”守恒，可知A選項(xiàng)正確；半衰期是對(duì)大量原子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以B錯(cuò)誤；放出能量質(zhì)量減少，C錯(cuò)誤；γ光子穿透能力很強(qiáng)，D正確。 9．(山東濟(jì)南市2016～2017學(xué)年高三模擬)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少，現(xiàn)通過測(cè)量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是(　AC　) A．該古木的年代距今約5700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D．增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變 解析：因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項(xiàng)A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子，即發(fā)出β射線，選項(xiàng)C正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 10．(浙江省寧波市2017～2018學(xué)年高二下學(xué)期期末)下列四幅圖的有關(guān)說法中正確的是(　BD　) A．甲圖中，球m1以速度v碰靜止球m2，若兩球質(zhì)量相等，碰后m2的速度一定為v B．乙圖中，在光顏色保持不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大 C．丙圖中，射線甲由電子組成，射線乙為電磁波，射線丙由α粒子組成 D．丁圖中，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變 解析：甲圖中，兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，碰撞過程機(jī)械能不增加，如果兩球質(zhì)量相等，則碰撞后m2的速度不大于v，故A錯(cuò)誤；乙圖中，圖中光的顏色保持不變的情況下，光照越強(qiáng)，光電子數(shù)目越多，則飽和光電流越大，故B正確；丙圖中，由左手定則可知，甲帶正電，則甲射線由α粒子組成，乙不帶電，射線乙是γ射線，丙射線粒子帶負(fù)電，則丙射線由電子組成，故C錯(cuò)誤；圖丁中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核裂變，故D正確。 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、填空題(共2小題，共14分。把答案直接填在橫線上) 11．(6分)潮汐能屬于無(wú)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__混凝土__。 (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(　D　) 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(cè)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1mm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__β__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__γ(或β和γ)__射線的輻射。 12．(8分)(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__Li__。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__[m1＋mX－(m3＋m4)]c2__。 (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__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)是__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)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(yáng)能發(fā)電站。請(qǐng)用物理學(xué)知識(shí)，指出建造__建風(fēng)能發(fā)電站比較合理__類型的發(fā)電站更合適，理由是__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。__。 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L(zhǎng)i，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46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) 13．(10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(cè)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(cè)量的時(shí)間間隔為15h，即3個(gè)半衰期。第一次測(cè)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。 14．(11分)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量mH＝1.007 3u，中子質(zhì)量mn＝1.008 7u，氚核質(zhì)量m＝3.018 0u。 (1)寫出聚變方程； (2)釋放出的核能多大？ (3)平均每個(gè)核子釋放的能量是多大？ 答案：(1)H＋2n→H (2)6.24MeV　(3)2.08MeV 解析：(1)聚變方程H＋2n―→H (2)質(zhì)量虧損Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007 3＋21.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u 釋放的核能 ΔE＝Δmc2＝0.006 7931.5MeV≈6.24MeV (3)平均每個(gè)核子放出的能量為 E＝＝MeV＝2.08MeV 15．(12分)(浙江溫州十校聯(lián)合體2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期末)靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的Li核俘獲一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)速度大小為7.7104m/s的中子，若發(fā)生核反應(yīng)后只產(chǎn)生了兩個(gè)新粒子，其中一個(gè)粒子為氦核(He)。反應(yīng)前后各粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示， 核與另一種未知新粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為40∶3。則： (1)寫出此核反應(yīng)的方程式； (2)求產(chǎn)生的未知新粒子的速度。 答案：(1)Li＋n→He＋H　(2)1103m/s　方向與中子速度方向相反 解析：(1)Li＋n→He＋H (2)設(shè)中子(n)、氦核(He)、氘核(H)的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，速度分別為v1、v2、v3，由動(dòng)量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3 設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，由qvB＝m，得 r＝ 因＝，可得：v2＝20v3 由徑跡圖象可知v2與v1同向，v3與v1反向，即 m1v1＝20m2v3－m3v3 得v3＝1103m/s，方向與中子速度方向相反 16．(13分)1996年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)生合作研制了太陽(yáng)能汽車，該車是以太陽(yáng)能電池將所接受的太陽(yáng)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(yáng)能電池接收太陽(yáng)光能的板面面積為8m2，正對(duì)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)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)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.81026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少千克？若太陽(yáng)質(zhì)量減少萬(wàn)分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽(yáng)能存在多少年？(太陽(yáng)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(yáng)每秒釋放的能量為3.81026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為Δm＝＝0.41010kg 太陽(yáng)的質(zhì)量為21030kg，太陽(yáng)還能存在的時(shí)間為 t＝＝s＝1.51017s＝5109年