教科版选择性第五章原子核与基本粒子章末复习题（含解析）.docx

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1、2022-2023学年教科版（2019）选择性必修第三册第五章 原子核与基本粒子 章末复习题（含解析）（时间：90分钟满分：100分）一、单项选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分）1 .关于原子物理知识的叙述，下列说法正确的是（）A. P衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子B.比结合能越大，原子核越不稳定C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10rm以内，核力才能起作用D.对于一个特定的氨原子，只要知道了半衰期，就可以准确地预言它将在何时衰变解析：p衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子，A正确：比结核能也叫平 均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子

2、核越稳定，B错误；要使轻核发 生聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用，C错误；半袤期是对大量 原子核衰变的统计规律，对个别原子核不适用，D错误。答案：A2 .关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是（）A.利用丫射线使空气电离，消除静电B.利用a射线照射植物的种子，使产量显著增加C.利用a射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D.利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，可以作为示踪原子解析：利用放射线消除有害静电利用的是a射线的电离性强使空气分子电离成导体，将静电 放出，故A错误；利用丫射线照射植物的种子，使产量显著增加，故B错误；利用丫射线来 治疗肺癌、食道癌等疾病

3、，故C错误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素参与 化学反应可以起到示踪的作用，故D正确。答案：D3 .快中子增殖反应堆是一种新型的核反应堆，运行时一方面消耗裂变燃料留Pu, 一方面又 生成费Pu,真正消耗的是在热中子反应堆中不能利用的且在天然铀中占99.2%以上的赞U。 在反应堆中，锣U吸收贽Pu裂变反应释放的快中子后变成锣U,胡U很不稳定，经过。衰变 后变成钳Pu,则下列说法正确的是（）A.锣U与锣U的中子数相同B.锣U比费Pu少一个中子C.该核反应堆输出能量的反应是聚变反应D.提U衰变成费Pu时经过2次p衰变解析：同位素具有相同的质子数和不同的中子数，故A错误；辞U有146个中子

4、，钳Pu有 145个中子，赞U比费Pu多一个中子，故B错误：该核反应堆榆出能量的反应为裂变反应， 故C错误：根据质量数和电荷数守恒可知，锣U经过2次p衰变生成费Pu,故D正确。答案：D4 .将半衰期为5天的64g祕均分成四份，其中三份分别投入开口容器中、100atm的密封容 器中、100 的沸水中，第四份则与别的元素形成化合物，经10天后，四种情况剩下的他的 质量分别为“、加2、加3、，则（）A. m=?2=旗=4 gB. ni = m2=my=4 g, ?4?263/知，=4 gD. ?i=4g,其余无法知道解析：半衰期是由放射性元素原子核内部自身的因素决定的，与原子核所处的物理、化学状 态

5、无关，所以=63 = /必。经过10天即2个半衰期，则剩余的包的质量为10（；）2=/%1 64=4Xy g=4g, A 正确。答案：A5.已知核反应方程：彳H+汨一汨e + X,彳H+YTHe+X,则下列表述正确的是（）A. X是质子B. Y是僦核C. X与Y是同位素D.两个核反应都属于裂变反应解析：根据核反应方程遵守质量数守恒和也荷数守恒可知X的质量数为1,电荷数为零，X 是中子，Y的质量数为3,电荷数为1, Y是氤核，A错误，B正确；X与Y的质子数不同， 不是同位素，C错误；两个核反应都属于聚变反应，D错误。答案：B6.铝箔被a粒子轰击后，发生的核反应方程为日A1+拍eX+Jn。方程中X

6、的中子数为（）A. 15B. 16C. 30D. 31解析：根据核反应方程遵守电荷数守恒、质量数守恒知，X的核电荷数为15,质量数为30, 可知X的中子数为3015=15, A正确，B、C、D均错误。答案：A7 .下列有关原子核和质能方程的说法，正确的是（）A. 一重原子核衰变成a粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结 合能8 .爱因斯坦质能方程表明，在一定条件卜.质量可以转化为能量C.放射性元素发生P衰变时放出的是核外电子D.两个质子之间，不论距离如何，核力总是大于库仑力解析：一重原子核衰变成a粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产 物的结合能之和一定大

7、于原来重核的结合能，A正确；爱因斯垣质能方程告诉我们质量和能 量之间的关系，并不是指质量可以转化为能量，B错误；放射性元素发生。衰变时是核内的 一个中子衰变成一个质子同时放出一个电子，C错误；核力是短程力，只在很短的距离内有 作用，D错误。答案：A8 .月球土壤里大量存在着一种叫作“氮3cHe）”的化学元素，将可作为地球发电燃料，即利 用笊和氮3发生核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量进行发电。关于“家3”与 笊核聚变反应，下列说法正确的是（）A.释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少B.目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应C.生成的新核是?HeD.核聚变反应需要的条件是氨3

8、的体积足够大解析：轻核聚变过程中，释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒，故A错误：核电 站普遍利用重核裂变，不是较核聚变，故B错误；核反应过程中，质量数守恒、电荷数守恒, 汩+gHe-IH+犯e,故生成的新核是如e,故C正确；轻核聚变在高温、高压下才可以发 生，与体积无关，故D错误。答案：C二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分）9 .下列说法正确的是（）A.夕N+|H- ？C+?He是a衰变方程B.lH+汨一一汨e+?是核聚变反应方程C.锣U菰Th+?He是核裂变反应方程D.,He+日A1即+曲是原子核的人工转变方程解析：衰变是在没有粒子轰击的情况下，原子核自发地放出a粒子

9、或。粒子的反应，斗N在 质子的轰击下发生的核反应属于人工转变，A错；IH+汨一汨e+y是两个质量较轻的核结 合成了质量较重的核，是核聚变反应，B对；赞U钳Th+?He是a衰变，裂变必须形成两 个中等质量的核，C错；用a粒子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个粒子，这是原子 核的人工转变，D对。答案：BD10 .关于核反应和核能，下列说法正确的是（）A.所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量B.核反应费U-薪Th+He属于a衰变C.杯的半衰期为24 100年，8个杯原子经过24 100年后一定还剩余4个D.在裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制核反应速度解析：在已知的核反应中

10、，并不是所有的核反应过程都会出现质量亏损而向外释放能量，故 A错误；根据电荷数,守恒和质量数守恒以及该核反应的特点可知，核反应却U1钳Th+?Hc 属于a袤变，故B正确；半衰期具有统计规律，只对大量的原子核适用，故C错误；在裂变 反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制核反应速度，故D正确。答案：BD11 .用质子轰击锂核(，Li)生成两个a粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验， 已知质子初动能是0.6 MeV,质子、a粒子和锂核的质量分别是1.007 3U、4.001 5 u和7.016 Ou。已知1 u相当于931.5 MeV的能量，则下列叙述中正确的是()A.此反应过程质量减少0.

11、01() 3 uB.生成的两个a粒子的动能之和是18.3 MeV,与实验相符C.核反应中释放的能量是18.9 MeV,与实验相符D.生成的两个a粒子的动能之和是19.5 MeV,与实验相符解析：此反应过程质量亏损Am=L0073u+7.0160u-24.001 5u=0.0203 u,核反应中释 放的能量= 乩2=0.020 3X931.5 MeV18.9 MeV,而生成的两个a粒子的动能之和为 + k/= 18.9 MeV4-0.6 MeV = 19.5 MeV,故选项 C、D 均正确，选项 A、B 均错误。答案：CD12. 下面是铀核裂变反应中的一个：赞U+血一劈Xe+取Sr+ 10瓜已知

12、铀235的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,锂90的质量为89.907 7 u, 136 的质量为135.907 2 u,则此核反应中()A.质量亏损为 A?=(235.043 9+1.008 7-89.907 7- 135.907 2)uB.质量亏损为 Am=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10X 1.008 7)uC 释放的总能量为=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10X 1.008 7)X(3XI08)2JD.释放的总能量为石=(235.043 9+1.008 7- 89.9

13、07 7-135.907 2-10X1.008 7)X931.5MeV 解析：计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用或“kg” 作单位，故A错，B对：质量单位为“u的，可直接用“1 u的亏损放出能量931.5 MeV”计 算总能量，故D对；质量单位为“kg”Xl（）8）2,总能量单位才是焦耳，故C错。答案：BD三、非选择题（本题共6小题，共60分）13. （6分）100多年前，卢瑟福用a粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用a粒子轰击皱Ni 核也打出了质子：？He+煞NiCu+|H+X,该反应中的X是（选填“电子”“正 电子”或“中子”）。此后，对原子核反应的持续研究为

14、核能利用提供了可能。目前人类获得 核能的主要方式是（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。解析：根据质量数守恒和也荷数守恒，核反应方程式为拍e+?Ni-您Cu+|H+dX,即X是 中子M;目前人类获得核能的主要方式是核裂变。答案：中子核裂变14. （6分）2019年6月5 FI, “中国环流器二号M”装置的全面工程安装拉开序幕，其科研 目标是探索可控核聚变研究，实现“人造太阳”的人类终极能源追求。核反应方程为汨+彳 HTHe+X。已知笊核质量为2.013 6 u,氮核质量为3.015 0 u, X质量为1.008 7 u,l u的质 量相当于931.5 MeV的能量。（1）将核反应方程补充完

15、整：+H+彳H-*He+。（2）核反应中释放的核能为（结果保留三位有效数字）。解析：（1）由质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应方程为：tH + JHHe+Jn。（2）反应过程中亏损的质量为Am=2X2.OI3 6 u 1.008 7 u-3.015 0 u=0.003 5 u反应过程中释放的核能为AE=0.003 5X931.5 MeV3.26 MeV。答案：（1加（2）3.26 MeV15. (10分)一静止的密U核衰变为钳Th核时，只放出一个a粒子。已知钳Th的质量为Mn， a粒子质量为Ma，衰变过程中质量亏损为光在真空中的速度为c,若释放的核能全部 转化为系统的动能，求放出的a粒子的初动

16、能。解析：根据动量守恒定律得0 = MThV MaVa根据能量守恒定律得A/C-2=：MrhV不h+|MxV5解以上方程可得加=小=*，Mrh 十而“口呆%h + Ma16. (12分)一个静止的氮核苧X 107 m/s的中子后生成一个a, A又衰变成B、C两个新核，设 B、CxlO6 m/s, B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比Rb： Rc=U ： 30。求C核的速度大小；(2)根据计算判断C核是什么，并写出其核反应方程。解析：(1)氮核从俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒，则有ninVn = niBVB+ mcvc根据衰变规律，可知C核的质量数为14+1 11=4由此解得此

17、=3义106 m/s。(2)由带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动的知识有R嗡,可得黄=黄鬻= 11 义 X 1 (户 X 30 54X3XI06XH=2;又因藏核俘获中子衰变为B、C两个新核的过程中电荷数守恒，有Qb + qc=7e,可得qc=2e, qB=5e,而C核的质量数为4,1 l?n,则C核是氯原子核，B核为硼核。核反应方程是外1+品一？B+?He。答案：(fXiam/s (2)C核是短原子核 N+3n -PB+妇e17. (12分)天文学家测得银河系中氮的含量约为25%。有关研究表明，宇宙中氮生成的途径 有两条：一是在宇宙诞生后3 min左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后

18、，由恒星内部 的氢核聚变反应生成的。(1)把氢核聚变简化为4个氢核(|H)聚变成银核(?He),同时放出2个正电子(归)和2个中微子(VC),请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量;X IO,7S,每秒钟银河系产生的能量约为1 X 1(产J(即P=1X 1(产J/S),现假定该能量全部来自 上述氢核聚变反应，试估算银河系中氮的含量；(最后结果保留一位有效数字)(3)根据你的估算结果，对银河系中氮的主要生成途径作出判断。(可能用到的数据：银河系的质量约为M = 3X 10川乂1027乂10-1 J的能量，电子质量k = 0.000 5 u,然核质量b=4.002 6u,氢核质量?p

19、= 1.007 8 u,中微子Ve质量为零)解析：(1)由题意可知核反应方程为4|HHc+2?e+2ve=4mp2mc(2)由氢核聚变反应生成氮的质量为w=今 rriobX 1059kg6 X 0为氯的含量 k端乂100%=3x 1()4iX 100%=2%o(3)由估算结果可知，k=2%远小于25%的实际值，所以很河系中的氮主要是宇宙诞生后3 min 左右生成的。答案：(l)4|HTHe+2Ye+2veXl(p2j (2)2%(3)见解析18. (14分)“国际热核聚变反应堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最为深远的国际 科研合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”。该装置中发生

20、的核聚变反应方程为汨+： H-He+An+AEo该反应的原料汨可以从水中提取，1 L水中含有0.03 g的汩，地球上有 138.6亿立方米的水：该反应的原料怕可以用锂制取，地球上锂的储量有2 000亿吨。已知彳H 的质量为2.014 1 u、汨的质量为3.016Ou、蛆e的质最为4.002 6 u、JX 1()7 J。以下计算结果 均取一位有效数字。(1)核聚变反应方程中释放的核能AE为多少？ (2)1 L水中的田与足够的忸发生核反应，释放出的能量为多少？价H的摩尔质量为2g/moL 阿伏伽德罗常数取NaX1()23(3)1 L水中的汨与足够的汨发生核反应放出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放的热 量？ 解析：(1)核聚变的过程中亏损的质量为Am=m2+m3mamn代入数据可得Am = 0.019 2 u释放的能量 AE=AmX931.5 MeV=0.0I9 2X X 106X X IO-19 X IO-12 Jo(2)1 L水中的汨 的物质的量n=詈=詈 mol=0.015 mol1 L水中的汩的原子个数N=nNAX X 10BX 1(F(个)1 L水中的彳H与足够的iX IO21XX IO_12 X IOI。J。(3)1 X10? X10)J热量需燃烧的汽油体积V=错误！ L=698L。答案：XIO 12X10,0J(3)698 L