（全國通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核學業(yè)質量標準檢測 新人教版選修3-5.doc

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第十九章　學業(yè)質量標準檢測 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選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．(河北省保定市2016～2017學年高二下學期期末)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是核裂變反應方程 D．He＋Al→P＋n是原子核的人工轉變方程 解析：A中方程為人工轉變方程，B為核聚變方程，C為α衰變方程，D為原子核的人工轉變方程，綜上所述，故選D。 2．(河北衡水中學2015～2016學年高二上學期調研)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，氣泡室中磁感應強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，在磁場中不偏轉，選項B錯誤；α粒子為氦核帶正電，由左手定則知向上偏轉，選項A、C錯誤；β粒子是帶負電的電子，應向下偏轉，選項D正確。 3．由下圖可得出結論(　C　) A．質子和中子的質量之和小于氘核的質量 B．質子和中子的質量之和等于氘核的質量 C．氘核分解為質子和中子時要吸收能量 D．質子和中子結合成氘核時要吸收能量 解析：該反應是吸能反應，所以兩個核子質量之和大于氘核的質量。 4．(2017天津卷，1)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是(　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方程，B是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程，C屬于原子核的人工轉變，D屬于重核的裂變，因此只有A符合要求。 5．一個靜止在磁場中的放射性同位素原子核P，放出一個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核看成一個系統(tǒng)，衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒，放出的正電子的運動方向跟Si核的運動方向一定相反，且由于它們都帶正電，在洛倫茲力作用下一定形成兩個外切圓的軌跡，選項C、D錯誤；因為由洛倫茲力提供向心力，即qvB＝m，所以半徑r＝。衰變時，放出的正電子獲得的動量大小與反沖核Si的動量大小相等，因此在同一個磁場中正電子和Si核做勻速圓周運動的半徑與它們的電量成反比，即＝＝14，可見正電子運動形成的圓的半徑較大。故選項B正確，選項A錯誤。 6．某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應方程為： H＋C→N＋Q1　H＋N→C＋X＋Q2 方程式中Q1、Q2表示釋放的能量，相關的原子核質量見下表： 原子核 H He He C N N 質量/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錯誤。 7．(山東省濱州市2017～2018學年高二上學期期末)關于核反應方程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．此反應為β衰變 B．Pa核和Th核具有相同的質量數(shù) C．Th衰變過程中總質量減小 D．64gTh經(jīng)過6min還有1gTh尚未衰變 解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為－1，質量數(shù)為0，該反應為β衰變，所以A選項是正確的；Pa核和Th核具有相同的質量數(shù)，故B正確；此反應中釋放出能量，由愛因斯坦的質能方程知道，此反應過程伴隨著質量虧損，則總質量減小，故C正確；6min經(jīng)過了5個半衰期，則未衰變的質量m＝m0()n＝m0()5＝64＝2g，故D錯誤。 8．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高患癌癥的風險。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，下列有關說法正確的是(　AD　) A．X原子核中含有92質子 B．100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個 C．由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質量增加 D．衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力 解析：根據(jù)“電荷數(shù)”守恒，可知A選項正確；半衰期是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律，所以B錯誤；放出能量質量減少，C錯誤；γ光子穿透能力很強，D正確。 9．(山東濟南市2016～2017學年高三模擬)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14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續(xù)減少，現(xiàn)通過測量得知，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．增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速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)過的時間為一個半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項A正確；12C、13C、14C具有相同的質子數(shù)，由于質量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項B錯誤；根據(jù)核反應方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子，即發(fā)出β射線，選項C正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項D錯誤。 10．(浙江省寧波市2017～2018學年高二下學期期末)下列四幅圖的有關說法中正確的是(　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，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，鏈式反應屬于重核的裂變 解析：甲圖中，兩球碰撞過程動量守恒，碰撞過程機械能不增加，如果兩球質量相等，則碰撞后m2的速度不大于v，故A錯誤；乙圖中，圖中光的顏色保持不變的情況下，光照越強，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，丙射線粒子帶負電，則丙射線由電子組成，故C錯誤；圖丁中鏈式反應屬于重核裂變，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)潮汐能屬于無污染能源，但能量的轉化率較低，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泄漏，核反應堆有三道防護屏障：燃料包殼、壓力殼和安全殼(見圖甲)。結合圖乙可知，安全殼應當選用的材料是__混凝土__。 (2)核反應堆中的核廢料具有很強的放射性，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，結合圖乙分析工作人員受到了__β__射線的輻射；當所有照相底片被感光時，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n＋X→H＋He＋ΔE過程中，X是未知核。由核反應知識可以確定X核為__Li__。若n、X核、H和He的靜止質量分別為m1、mX、m3和m4，則ΔE的值為__[m1＋mX－(m3＋m4)]c2__。 (2)核能、風能等新能源是近年來能源發(fā)展的重點方向之一，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。__，缺點是__核裂變反應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)常受到大風和風沙的侵擾。為了合理使用新能源，計劃建造風能發(fā)電站或太陽能發(fā)電站。請用物理學知識，指出建造__建風能發(fā)電站比較合理__類型的發(fā)電站更合適，理由是__在使用風能發(fā)電時，根據(jù)能量守恒知識，風能一方面轉化為電能，另一方面可以減弱風速，減小對城市的破壞。__。 解析：(1)核反應方程遵循電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒，由此可判斷X核為Li，核反應后的質量虧損 Δm＝m1＋mX－(m3＋m4) 所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2 (2)優(yōu)點：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：核裂變反應造成的核廢料具有放射性，難處理；建造成本高。 (3)建風能發(fā)電站比較合理 理由：在使用風能發(fā)電時，根據(jù)能量守恒知識，風能一方面轉化為電能，另一方面可以減弱風速，減小對城市的破壞。 三、論述計算題(共4小題，共46分。解答應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：兩次測量的時間間隔為15h，即3個半衰期。第一次測量時每分鐘衰變6000次，3個半衰期后，每分鐘衰變次數(shù)應為＝750(次)，現(xiàn)10mL血液中每分鐘衰變2次，故血液總量應是10mL＝3750mL＝3.75L。 14．(11分)一個質子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質子質量mH＝1.007 3u，中子質量mn＝1.008 7u，氚核質量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學年高二下學期期末)靜止在勻強磁場中的Li核俘獲一個運動方向垂直于磁場速度大小為7.7104m/s的中子，若發(fā)生核反應后只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核(He)。反應前后各粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示， 核與另一種未知新粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑之比為40∶3。則： (1)寫出此核反應的方程式； (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)設中子(n)、氦核(He)、氘核(H)的質量分別為m1、m2、m3，速度分別為v1、v2、v3，由動量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3 設粒子做勻速圓周運動的半徑為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年清華大學和香港大學的學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化為電能而提供給電動機來驅動的。已知車上太陽能電池接收太陽光能的板面面積為8m2，正對太陽能產(chǎn)生120V的電壓，并對車上的電動機提供10A的電流，電動機的直流電阻為4Ω，而太陽光照射到地面處時單位面積上的輻射功率為103W/m2。 (1)太陽光的能量實際上是由質子所參與的一系列反應所產(chǎn)生的，即在太陽內部持續(xù)不斷地進行著熱核反應，4個質子聚變?yōu)?個氦核(He)，寫出核反應方程； (2)該車的太陽能電池轉化太陽光能的效率η1是多少？ (3)若質子、氦核、正電子的靜止質量分別為mp＝1.672610－27kg、mα＝6.642510－27kg、me＝0.000910－27kg，則m＝1kg的質子發(fā)生上述熱核反應所釋放的能量完全轉化為驅動該車的輸出機械功，能夠維持該車行駛的時間是多少？ (4)已知太陽每秒釋放的能量為3.81026J，則太陽每秒減少的質量為多少千克？若太陽質量減少萬分之三，熱核反應不能繼續(xù)進行，計算太陽能存在多少年？(太陽的質量為21030kg，結果保留一位有效數(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量為Δm＝＝0.41010kg 太陽的質量為21030kg，太陽還能存在的時間為 t＝＝s＝1.51017s＝5109年