2020-2021学年高二物理教科版选修3-5章末检测：第三章-原子核-Word版含解析.docx

章末检测
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共9小题，每小题5分，共45分)
1．(2022·新课标Ⅱ卷)在人类对微观世界进行探究的过程中，科学试验起到了格外重要的作用．下列说法符合历史事实的是 (　　)
A．密立根通过油滴试验测出了基本电荷的数值
B．贝克勒尔通过对自然 放射现象的争辩，发觉了原子中存在原子核
C．居里夫妇从沥青铀矿中分别出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
D．卢瑟福通过α粒子散射试验证明白在原子核内部存在质子
E．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的试验，发觉了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷
答案　ACE
解析　密立根通过油滴试验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射试验建立了原子核式结构模型，发觉了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分别出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过争辩阴极射线，发觉了电子，并测出了电子的比荷，E项正确．
2．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是 (　　)
A．α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透力最强
B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有较弱的穿透力量
C．γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，它的穿透力量最强
D．γ射线是电磁波，它的穿透力量最弱
答案　C
解析　α射线是原子核发生α衰变放出的氦核流，它的电离力量强，但穿透力量弱；β射线也是原子核发生β衰变放出的电子流，具有较强的电离力量和穿透力量；γ射线是一种电磁波，一般伴随着α射线或β射线产生，它的穿透力量强，电离力量弱．故答案为C.
3．(2021·石家庄高二检测)正电子放射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清楚图像．则依据PET原理推断下列表述正确的是 (　　)
A.O在人体内衰变方程是O―→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e―→2γ
C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
答案　ABC
解析　由题意知A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C对、D错．
4．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性学问的说法中正确的是 (　　)
A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本事远比γ射线弱
B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就肯定只剩下1个氡原子核
C.U衰变成Pb要经过8次β衰变和8次α衰变
D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
答案　D
解析　β射线是高速电子流，不是电磁波，其穿透本事也没有γ射线强，选项A错；半衰期只具有统计意义，对少数粒子不适用，选项B错；U―→Pb＋xHe＋ye，依据质量数和电荷数守恒有238＝206＋4x，92＝82＋2x－y，可解得x＝8，y＝6，所以要经过8次α衰变和6次β衰变，选项C错；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内中子转化为质子时产生的，选项D正确．
5．依据爱因斯坦的争辩成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是 (　　)
A．mα＝(2mp＋2mn) B．mα<(2mp＋2mn)
C．mα>(2mp＋2mn) D．以上关系式都不正确
答案　B
解析　由核反应方程2H＋2n→He知，核子结合成原子核时要放出能量，即有质量亏损，故选B.
6．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(He)”的化学元素，这是热核聚变的重要原料，科学家初步估量月球上至少有100万吨氦3，假如相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(He)”与氘核的聚变，下列说法中正确的是 (　　)
A．核反应方程为He＋H―→He＋H
B．核反应生成物的质量将大于反应物的质量
C．氦3(He)一个核子的结合能大于氦4(He)一个核子的结合能
D．氦3(He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量
答案　AD
解析　依据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为He＋H―→He＋H，A对；依据平均结合能曲线可知氦3(He)一个核子的结合能小于氦4(He)一个核子的结合能，所以核反应中释放了能量，发生质量亏损，B、C错，D对．
7.B俘获1个α粒子，生成N，放出x粒子，而N是不稳定的，它放出y粒子变成C，那么x粒子和y粒子分别为 (　　)
A．中子和正电子 B．中子和电子
C．质子和正电子 D．质子和中子
答案　A
解析　依据题意，写出该核反应的方程式为B＋He→N＋x，N→6C＋y，由核反应中的电荷数和质量数守恒分别得x、y的电荷数、质量数为Zx＝5＋2－7＝0，Ax＝10＋4－13＝1，Zy＝7－6＝1，Ay＝13－13＝0，因此，x为中子，y为正电子．
8．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是 (　　)
A．核反应方程是H＋n―→H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c
D．γ光子的波长 λ＝
答案　B
解析　依据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知，得到的氘核为H，故A错误；聚变反应过程中辐射一个γ光子，质量削减Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量为E＝Δmc2＝(m2＋m1－m3)c2，故C错误；由c＝λν及E＝hν得λ＝
，故D错误．
9．钍核Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则 (　　)
A．铅核的符号为Pb，它比Th少8个中子
B．铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子
C．铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子
D．铅核的符号为Pb，它比Th少12个中子
答案　C
解析　设铅的质量数为M，核电核数为Z，则由质量数守恒可得：M＝232－6×4＝208.由电荷数守恒可得：Z＝90－6×2＋4×1＝82.则铅的中子数＝208－82＝126，钍的中子数＝232－90＝142.所以铅核的中子数比钍核中子数少16个．C对．
二、填空题(本题共2小题，共15分)
10．(9分)现有三个核反应：
A.Na―→Mg＋e
B.U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C.H＋H―→He＋n
则________是β衰变；________是裂变；________是聚变．
答案　A　B　C
解析　原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应A；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应B；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应C.
11．(6分)“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷的符号相反，例如正电子就是电子的“反粒子”．据此，若有反质子存在，它的质量数应为________，元电荷的电荷量是1.60×10－19C，则反质子的带电荷量大小为________．
答案　1　1.60×10－19C
解析　质子的质量数为1，带电荷量为1.60×10－19C，所以反质子的质量数为1，带电荷量也为1.60×10－19C，电性相反．
三、计算题(本题共4小题，共40分)
12．(8分)放射性同位素6C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年月，此项争辩获得1960年诺贝尔化学奖．
(1)宇宙射线中高能量的中子遇到空气中的氮原子后，会形成C，C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5 730年，衰变时会放出β射线，试写出有关核反应方程；
(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年月约有多少年？
答案　(1)见解析
(2)17 190年
解析　(1)N＋n―→C＋H，C―→C＋e，
(2)依题意＝＝0.125，
解得n＝3，则t＝5 730年×3＝17 190年．
13．(8分)已知氘核的质量mD＝3.344 6×10－27 kg.假如用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子质量mn＝1.674 9×10－27 kg.求入射光子的频率．
答案　3.94×1020Hz
解析　氘核分为质子和中子，增加的质量为
Δm＝mp＋mn－mD
＝(1.672 6＋1.674 9－3.344 6)×10－27 kg
＝0.002 9×10－27 kg.
吸取的入射光子的能量为
E＝Δmc2＝0.002 9×10－27×(3×108)2 J＝2.61×10－13 J.
由公式E＝hν知，入射光子的频率为
ν＝＝Hz≈3.94×1020 Hz.
14．(12分)一静止的质量为M的镍核(Ni)发生β衰变，放出一个速度为v0，质量为m的β粒子和一个反冲铜核，若镍核发生衰变时释放的能量全部转化为β粒子和铜核的动能．求此衰变过程中的质量亏损(亏损的质量在与粒子质量相比时可忽视不计)．
答案　
解析　设衰变后铜核的速度为v，
由动量守恒mv0＝(M－m)v①
由能量守恒ΔE＝mv＋(M－m)v2②
由质能方程ΔE＝Δmc2③
解得　Δm＝.
15．(12分)用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核(B)，产生锂核(Li)和α粒子．已知中子质量mn＝1.008 665 u，硼核质量mB＝10.016 77 u，锂核质量mLi＝7.018 22 u，α粒子质量mα＝4.002 60 u.
(1)写出该反应的核反应方程；
(2)求出该反应放出的能量ΔE；
(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能，则锂核和α粒子的动能各是多少？(1 u相当于931.5 MeV)
答案　(1)B＋n―→Li＋He
(2)4.30 MeV
(3)1.56 MeV　2.74 MeV
解析　依据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．
(1)核反应方程为B＋n―→Li＋He.
(2)核反应过程中的质量亏损为
Δm＝(10.016 77 u＋1.008 665 u)－(7.018 22 u＋4.002 60 u)＝0.004 615 u，
释放出的能量为
ΔE＝0.004 615×931.5 MeV＝4.30 MeV.
(3)依据动量守恒定律有mLivLi＝mαvα，
由动能定义式有EkLi＝mLiv，Ekα＝mαv，
联立有＝＝，
依据能量守恒有EkLi＋Ekα＝ΔE＝4.30 MeV，
解得锂核和α粒子的动能分别为
EkLi＝1.56 MeV，Ekα＝2.74 MeV.