（全国通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核学业质量标准检测 新人教版选修3-5.doc

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第十九章　学业质量标准检测 本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。 第Ⅰ卷(选择题　共40分) 一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分) 1．(河北省保定市2016～2017学年高二下学期期末)下列说法正确的是(　D　) A．N＋H→C＋He是α衰变方程 B．H＋H→He＋γ是β衰变方程 C．U→Th＋He是核裂变反应方程 D．He＋Al→P＋n是原子核的人工转变方程 解析：A中方程为人工转变方程，B为核聚变方程，C为α衰变方程，D为原子核的人工转变方程，综上所述，故选D。 2．(河北衡水中学2015～2016学年高二上学期调研)如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是(　D　) A．a、b为β粒子的径迹　　 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹 解析：γ射线是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确。 3．由下图可得出结论(　C　) A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量 B．质子和中子的质量之和等于氘核的质量 C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量 D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量 解析：该反应是吸能反应，所以两个核子质量之和大于氘核的质量。 4．(2017天津卷，1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是(　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是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B是用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C属于原子核的人工转变，D属于重核的裂变，因此只有A符合要求。 5．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，下列各图中近似反映正电子和Si核轨迹的图是(　B　) 解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核的运动方向一定相反，且由于它们都带正电，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨迹，选项C、D错误；因为由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，所以半径r＝。衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中正电子和Si核做匀速圆周运动的半径与它们的电量成反比，即＝＝14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故选项B正确，选项A错误。 6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为： H＋C→N＋Q1　H＋N→C＋X＋Q2 方程式中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表： 原子核 H He He C N N 质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001 以下推断正确的是(　B　) A．X是He，Q2>Q1　　 B．X是He，Q2>Q1 C．X是He，Q2Q1，所以B正确，D错误。 7．(山东省滨州市2017～2018学年高二上学期期末)关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2min，则下列说法正确的是(　ABC　) A．此反应为β衰变 B．Pa核和Th核具有相同的质量数 C．Th衰变过程中总质量减小 D．64gTh经过6min还有1gTh尚未衰变 解析：根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为－1，质量数为0，该反应为β衰变，所以A选项是正确的；Pa核和Th核具有相同的质量数，故B正确；此反应中释放出能量，由爱因斯坦的质能方程知道，此反应过程伴随着质量亏损，则总质量减小，故C正确；6min经过了5个半衰期，则未衰变的质量m＝m0()n＝m0()5＝64＝2g，故D错误。 8．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是(　AD　) A．X原子核中含有92质子 B．100个Pu经过24100年后一定还剩余50个 C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加 D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 解析：根据“电荷数”守恒，可知A选项正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所以B错误；放出能量质量减少，C错误；γ光子穿透能力很强，D正确。 9．(山东济南市2016～2017学年高三模拟)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少，现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是(　AC　) A．该古木的年代距今约5700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 解析：因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。 10．(浙江省宁波市2017～2018学年高二下学期期末)下列四幅图的有关说法中正确的是(　BD　) A．甲图中，球m1以速度v碰静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成 D．丁图中，链式反应属于重核的裂变 解析：甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后m2的速度不大于v，故A错误；乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故B正确；丙图中，由左手定则可知，甲带正电，则甲射线由α粒子组成，乙不带电，射线乙是γ射线，丙射线粒子带负电，则丙射线由电子组成，故C错误；图丁中链式反应属于重核裂变，故D正确。 第Ⅱ卷(非选择题　共60分) 二、填空题(共2小题，共14分。把答案直接填在横线上) 11．(6分)潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。 (1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图甲)。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是__混凝土__。 (2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后(　D　) A．沉入海底　　　　　 B．放至沙漠 C．运到月球 D．深埋地下 (3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了__β__射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了__γ(或β和γ)__射线的辐射。 12．(8分)(1)在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为__Li__。若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为__[m1＋mX－(m3＋m4)]c2__。 (2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是__核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。__，缺点是__核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。__。 (3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造__建风能发电站比较合理__类型的发电站更合适，理由是__在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。__。 解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为Li，核反应后的质量亏损 Δm＝m1＋mX－(m3＋m4) 所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2 (2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。 缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。 (3)建风能发电站比较合理 理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。 三、论述计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13．(10分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次，若将它注射到一位病人的血管中，15h后从该病人身上抽取10mL血液，测得血样每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期为5h，此病人全身血液总量为多少L。 答案：3.75 解析：两次测量的时间间隔为15h，即3个半衰期。第一次测量时每分钟衰变6000次，3个半衰期后，每分钟衰变次数应为＝750(次)，现10mL血液中每分钟衰变2次，故血液总量应是10mL＝3750mL＝3.75L。 14．(11分)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3u，中子质量mn＝1.008 7u，氚核质量m＝3.018 0u。 (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？ 答案：(1)H＋2n→H (2)6.24MeV　(3)2.08MeV 解析：(1)聚变方程H＋2n―→H (2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007 3＋21.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u 释放的核能 ΔE＝Δmc2＝0.006 7931.5MeV≈6.24MeV (3)平均每个核子放出的能量为 E＝＝MeV＝2.08MeV 15．(12分)(浙江温州十校联合体2015～2016学年高二下学期期末)静止在匀强磁场中的Li核俘获一个运动方向垂直于磁场速度大小为7.7104m/s的中子，若发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹如图所示， 核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40∶3。则： (1)写出此核反应的方程式； (2)求产生的未知新粒子的速度。 答案：(1)Li＋n→He＋H　(2)1103m/s　方向与中子速度方向相反 解析：(1)Li＋n→He＋H (2)设中子(n)、氦核(He)、氘核(H)的质量分别为m1、m2、m3，速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3 设粒子做匀速圆周运动的半径为r，由qvB＝m，得 r＝ 因＝，可得：v2＝20v3 由径迹图象可知v2与v1同向，v3与v1反向，即 m1v1＝20m2v3－m3v3 得v3＝1103m/s，方向与中子速度方向相反 16．(13分)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2，正对太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。 (1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(He)，写出核反应方程； (2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？ (3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp＝1.672610－27kg、mα＝6.642510－27kg、me＝0.000910－27kg，则m＝1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？ (4)已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？(太阳的质量为21030kg，结果保留一位有效数字) 答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　(3)1.31011s　(4)5109年 解析：(1)核反应方程：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)太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝＝0.41010kg 太阳的质量为21030kg，太阳还能存在的时间为 t＝＝s＝1.51017s＝5109年