2022-2023學(xué)年新教材高中物理第五章原子核學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)新人教版選擇性必修第三冊(cè)

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！第五章學(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．(2021·河北卷)銀河系中存在大量的鋁同位素26Al，26Al核β衰變的衰變方程為eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(0,1)e，測(cè)得26Al核的半衰期為72萬年，下列說法正確的是(C)A．26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量B．26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)C．將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變D．銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬年后全部衰變?yōu)?6Mg解析：eq\o\al(26,13)Al和eq\o\al(26,12)Mg的質(zhì)量數(shù)均為26相等，但是二者原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同，所以質(zhì)量不同，A錯(cuò)誤；eq\o\al(26,13)Al核的中子數(shù)為26－13＝13個(gè)，eq\o\al(26,12)Mg核的中子數(shù)為26－12＝14個(gè)，B錯(cuò)誤；半衰期是原子核固有的屬性，與外界條件無關(guān)，C正確；質(zhì)量為m的eq\o\al(26,13)Al的半衰期為72萬年，經(jīng)過144＝2×72萬年為2個(gè)半衰期，剩余質(zhì)量為eq\f(1,4)m，不會(huì)全部衰變?yōu)閑q\o\al(26,12)Mg，D錯(cuò)誤。2．(2021·全國(guó)乙卷)醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對(duì)較長(zhǎng)的113Sn衰變產(chǎn)生的。對(duì)于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其eq\f(m,m0)－t圖線如圖所示。從圖中可以得到113Sn的半衰期為(C)A．67.3d B．101.0dC．115.1d D．124.9d解析：由圖可知從eq\f(m,m0)＝eq\f(2,3)到eq\f(m,m0)＝eq\f(1,3)恰好衰變了一半，根據(jù)半衰期的定義可知半衰期為T＝182.4d－67.3d＝115.1d，故選C。3．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．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n B．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC．eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n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。4．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。5．(2021·吉林省白城一中高二下學(xué)期月考)下列四幅圖分別對(duì)應(yīng)著四種說法，其中正確的是(B)A．氫原子輻射出一個(gè)光子后，電勢(shì)能增大，動(dòng)能減小B．根據(jù)α、β、γ射線的特點(diǎn)可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線C．天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)D．原子彈爆炸屬于重核的裂變，其反應(yīng)方程可以有eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)n解析：一個(gè)氫原子放出光子，原子能量減小，根據(jù)eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，得：eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，故A錯(cuò)誤；三種射線的穿透本領(lǐng)不同，根據(jù)α、β、γ射線的特點(diǎn)可知，射線1的穿透本領(lǐng)最弱，是α射線，射線3的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，是γ射線，射線2是β射線，故B正確；天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故C錯(cuò)誤；重核的裂變是重核俘獲一個(gè)慢中子后才能發(fā)生的，所以核反應(yīng)方程有：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Br＋3eq\o\al(1,0)n，故D錯(cuò)誤。6．(2021·福建省上杭縣一中高二下學(xué)期檢測(cè))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：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)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eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,2)Heeq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是(B)A．X是eq\o\al(3,2)He，Q2＞Q1 B．X是eq\o\al(4,2)He，Q2＞Q1C．X是eq\o\al(3,2)He，Q2<Q1 D．X是eq\o\al(4,2)He，Q2<Q1解析：本題主要考查核反應(yīng)方程及質(zhì)能方程問題，由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知X應(yīng)為eq\o\al(4,2)He，所以A、C錯(cuò)誤；由質(zhì)量虧損多少可知Q2＞Q1，所以B正確，D錯(cuò)誤。7．(2021·吉林長(zhǎng)春實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中)下列說法正確的是(BC)A．原子的特征譜線是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù)B．考古專家測(cè)出某具骸骨1g碳樣品中eq\o\al(14,6)C的含量為活著的生物體1g碳樣品中eq\o\al(14,6)C含量的eq\f(1,4)，已知eq\o\al(14,6)C的半衰期為5730年，則該生物死亡時(shí)距離今天約11460年C．核泄漏事故污染物eq\o\al(137,55)Cs能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為eq\o\al(137,55)Cs→eq\o\al(137,56)Ba＋x，可以判斷x為β射線D．核反應(yīng)堆利用石墨吸收中子，控制核反應(yīng)速度解析：原子的特征譜線說明原子只能處于不連續(xù)的、分立的能級(jí)上，是原子具有分立能級(jí)的有力證據(jù)，故A錯(cuò)誤；考古專家發(fā)現(xiàn)某具骸骨1g碳樣品中eq\o\al(14,6)C的含量是活著的生物體1g碳樣品中eq\o\al(14,6)C含量的eq\f(1,4)，可知經(jīng)歷了2個(gè)半衰期，eq\o\al(14,6)C的半衰期為5730年，則確定該生物死亡時(shí)距離今天約11460年，故B正確；根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量守恒有：137＝137＋0,55＝56＋(－1)，即x的電荷數(shù)為－1，質(zhì)量數(shù)為0，可知x為電子，即為β射線，故C正確；核反應(yīng)堆利用鎘來吸收裂變產(chǎn)生的中子，而不是石墨，故D錯(cuò)誤。8．(2021·云南省云天化中學(xué)高二春季開學(xué)試題)用中子轟擊eq\o\al(235,92)U原子核，發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則以下說法中正確的是(CD)A．X原子核中含有84個(gè)中子B．反應(yīng)生成物的總結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U原子核的結(jié)合能小C．X原子核中核子的平均質(zhì)量比eq\o\al(235,92)U原子核中核子的平均質(zhì)量小D．X原子核中核子的比結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U原子核中核子的比結(jié)合能大解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的質(zhì)量數(shù)為140，電荷數(shù)為54，則中子數(shù)為86，故A錯(cuò)誤；在裂變的過程中，有能量釋放，則反應(yīng)生成物的總結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U原子核的結(jié)合能大，故B錯(cuò)誤；X原子核屬于中等核，則原子核中核子的平均質(zhì)量比eq\o\al(235,92)U原子核中核子的平均質(zhì)量小，原子核的比結(jié)合能較大，故CD正確。9.14C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．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的元電荷e，π0介子不帶電，π－介子的質(zhì)量為m。如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2。今有一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K－在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直。在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變。衰變后產(chǎn)生的π－介子沿v反方向射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡為如圖虛線所示的“心”形圖線。則以下說法正確的是(AD)A．π0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．π－介子的運(yùn)行軌跡為PENCMDPC．π－介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為t＝eq\f(2πm,eR1)D．B1＝2B2解析：π0介子不帶電，不受洛倫茲力作用，故做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A正確；根據(jù)左手定則可知：π－介子從P點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1時(shí)，受到的洛倫茲力方向向上，所以π－介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，故B錯(cuò)誤；π－介子在整個(gè)過程中，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)兩個(gè)半圓，即運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，所以T＝eq\f(2πm,B1e)＋eq\f(πm,B2e)，故C錯(cuò)誤；由圖像可知，π－在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)半徑是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)半徑的一半，根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)可知，B1＝2B2，故D正確。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(2小題，共14分。把答案直接填在橫線上)11．(7分)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__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．(7分)(1)下列四幅圖的有關(guān)說法中，正確的是__CD__。A．若兩球質(zhì)量相等，碰后m2的速度一定為vB．射線甲是α粒子流，具有很強(qiáng)的穿透能力C．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D．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變(2)輕核聚變能夠比重核裂變釋放更多的能量，若實(shí)現(xiàn)受控核聚變，且穩(wěn)定地輸出聚變能，人類將不再有“能源危機(jī)”。一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)和一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)聚變成一個(gè)新核并放出一個(gè)中子(eq\o\al(1,0)n)。①完成上述核聚變方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→__eq\o\al(4,2)He__＋eq\o\al(1,0)n；②已知上述核聚變中質(zhì)量虧損為Δm，真空中光速為c，則該核反應(yīng)中所釋放的能量為__Δmc2__。解析：(1)若兩球質(zhì)量相等，只有當(dāng)兩球發(fā)生彈性碰撞時(shí)，才交換速度，碰后m2的速度為v，若是非彈性碰撞，碰后m2的速度小于v，故A錯(cuò)誤；由軌跡知，甲粒子所受的洛倫茲力方向向左，根據(jù)左手定則判斷可知，該射線帶負(fù)電，是β粒子，對(duì)于α粒子是氦原子核，帶正電，穿透能力較弱，故B錯(cuò)誤；在光顏色保持不變的情況下，入射光的頻率不變，遏止電壓不變，由圖看出，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光電子越多，形成的飽和光電流越大，故C正確；核裂變是指重核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由較大的核變成兩個(gè)較小原子核的現(xiàn)象，故D正確；(2)①根據(jù)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒得，該原子核的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4，為氦核，即為eq\o\al(4,2)He；②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知，核反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝Δmc2三、論述、計(jì)算題(本題共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．(8分)(2021·全國(guó)高三單元測(cè)試)放射性同位素C被考古學(xué)家稱為“碳鐘”，它可以用來判定古生物體的年代，此項(xiàng)研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。(1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會(huì)形成很不穩(wěn)定的eq\o\al(14,6)C，它很容易發(fā)生衰變，放出β射線變成一個(gè)新核，其半衰期為5730年，試寫出此核反應(yīng)方程。(2)若測(cè)得一古生物遺骸中的eq\o\al(14,6)C含量只有活體中的12.5%，則此遺骸距今約有多少年？答案：(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e(2)17190年解析：(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e(2)則由半衰期的定義得ρ＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)·ρ0，即0.125＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)可得：eq\f(t,τ)＝3，所以t＝17190年。14．(12分)(2021·江蘇省啟東市高二下學(xué)期調(diào)研)一個(gè)靜止的鈾核(eq\o\al(238,)92U)衰變成釷核(eq\o\al(234,)90Th)時(shí)，放出一個(gè)α粒子。(1)寫出鈾核發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程；(2)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能E全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能，釷核的質(zhì)量為M，α粒子的質(zhì)量為m，則釷核和α粒子的動(dòng)能各為多大？(3)衰變過程一般都有γ光子放出。一個(gè)高能γ光子經(jīng)過重核附近時(shí)，在原子核場(chǎng)的作用下，能產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子，已知電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg，光在真空中的傳播速度c＝3.0×108m/s，請(qǐng)寫出相應(yīng)的核反應(yīng)方程，并計(jì)算一個(gè)高能γ光子的能量至少多大。答案：(1)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He(2)Ek＝eq\f(m,m＋M)E，Ekα＝eq\f(M,m＋M)E(3)γ→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(0,1)e1.638×10－13J解析：(1)鈾核發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He；(2)由衰變過程動(dòng)量守恒得0＝P－Pα，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化及守恒得E＝Ek＋Ekα；又Ek＝eq\f(P2,2M)，Ekα＝eq\f(P\o\al(2,α),2m)，則Ek∶Ekα＝m∶M，解得Ek＝eq\f(m,m＋M)E，Ekα＝eq\f(M,m＋M)E；(3)核反應(yīng)方程為γ→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(0,1)e，E＝2mec2＝2×9.1×10－31×(3×108)2J＝1.638×10－13J。15．(12分)(2021·修水縣第五中學(xué)高二月考)美國(guó)“里根”號(hào)核動(dòng)力航空母艦的動(dòng)力來自核反應(yīng)堆，其中主要的核反應(yīng)方程式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋()eq\o\al(1,0)n(1)在括號(hào)內(nèi)填出eq\o\al(1,0)n前的系數(shù)；(2)用m1、m2、m3均分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，m表示中子的質(zhì)量，則上述核反應(yīng)過程中一個(gè)鈾235核發(fā)生裂變產(chǎn)生的核能ΔE是多少？(3)假設(shè)核反應(yīng)堆的功率P＝6.0×105kW，若一個(gè)鈾235核裂變產(chǎn)生的能量為2.8×10－11J,則該航空母艦在海上航行一個(gè)月需要消耗多少千克鈾235？(鈾235的摩爾質(zhì)量μ＝0.235kg/mol，一月約為t＝2.6×106s，阿伏伽德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1)(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：(1)3(2)(m1－m2－m3－2m)c2(3)22kg解析：(1)由質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可知，產(chǎn)生的中子數(shù)為3；(2)由題意知，質(zhì)量虧損為Δm＝m1－m2－m3－2m，由質(zhì)能方程可知，釋放的核能為：ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2；(3)一個(gè)月內(nèi)核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量為E＝Pt同時(shí)：E＝eq\f(m,μ)NAΔE，所以Pt＝eq\f(m,μ)NAΔE可得：m＝eq\f(Ptμ,NAΔE)＝eq\f(6.0×108×2.6×106×0.235,6.0×1023×2.8×