2019-2020学年高中物理第十九章原子核测试卷含解析新人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第十九章原子核测试卷含解析新人教版选修3-5

第十九章　原子核测试卷 ‎(时间：90分钟　满分：100分)‎ 第Ⅰ卷(选择题　共48分)‎ 一、选择题 (第1～9题为单选题，第10～12题为多选题，每小题4分，选对但不全得2分，共48分)‎ ‎1．[2019·武汉市调研]关于原子物理知识的叙述，下列说法正确的是(　　)‎ A．β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．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－‎10 m以内，核力才能起作用 D．对于一个特定的氡原子，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：β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；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，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；半衰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：A ‎2．[2019·洛阳市调研]下列说法正确的是(　　)‎ A．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性 B．铀核裂变的核反应是U―→Ba＋Kr＋2n C．原子从低能级向高能级跃迁，不吸收光子也能实现 D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大，光子的能量越大 解析：德布罗意认为实物粒子也具有波动性，A错误；铀核裂变方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n，B错误；原子吸收实物粒子的能量也能从低能级向高能级跃迁，C正确；根据能量量子化知，波长越长，能量越小，D错误．‎ 答案：C ‎3．[2019·南宁市调研]下列说法正确的是(　　)‎ A．天然放射现象提示了原子具有核式结构 B.U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变 C．α、β和γ三种射线中α射线的穿透力最强 D．氢原子向低能级跃迁后，核外电子的动能减小 解析：天然放射现象中，说明了原子核有复杂的结构，但不能说明原子具有核式结构，A错误；根据质量数和电荷数守恒知，铀核(U)衰变为铅核(Pb)要经过6次β衰变和8次α衰变，B正确；γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，C错误；根据玻尔理论可知，氢原子向低能级跃迁后，电子轨道的半径减小，由库仑力提供向心力得k＝m，可知核外电子的动能增大，D错误．‎ 答案：B ‎4．[2019·海口市调研]下列说法中正确的是(　　)‎ A．在光电效应实验中，入射光频率大于极限频率一定能产生光电子 B．汤姆孙发现电子后猜想原子内的正电荷集中在很小的核内 C．比结合能越大，原子核越不稳定 D．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行为往往表现出波动性 解析：入射光频率大于极限额率时发生光电效应，一定能产生光电子，A正确；卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子内的正电荷集中在很小的核内，B错误；比结合能越大，原子核越稳定，C错误；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，D错误．‎ 答案：A ‎5．[2019·全能生联考]下列说法正确的是(　　)‎ 5‎ A．核反应方程Se―→Kr＋2e属于重核裂变 B．任何放射性元素都能同时发出α、β、γ三种射线 C．按照玻尔理论，氢原子处在n＝2定态时的原子能量比处在n＝3定态时的原子能量要小 D．用某色光照射金属发生光电效应，若只增大单色光的强度，则单位时间内发射的光电子数减少 解析：Se―→Kr＋2e属于中等原子核的β衰变，A错误；在核反应方程中，有β射线产生，而没有α射线，B错误；由玻尔理论知，能级低的氢原子能量较低，C正确；增大放射光的强度，即单位时间、单位面积上入射光子数增多，所以该金属单位时间发射的光电子数增多，D错误．‎ 答案：C ‎6．[2019·哈九中模拟]关于原子核，下列说法中错误的是(　　)‎ A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子时所吸收的能量 B．所有核子之间都有核力 C．核子结合成原子时会出现质量亏损，质量亏损所对应的能量即为核反应释放的核能 D．比结合能越大原子核越稳定 解析：由结合能的定义可知A正确；核力是相邻核子之间的强大短程引力，B错误；核反应释放的核能是核子结合成原子核时出现质量亏损所对应的能量，C正确；比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，D正确．‎ 答案：B ‎7．[2019·广州市毕业班测试]‎2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托卡马克核聚变实验装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度。其主要核反应方程为：①H＋H→He＋X，②H＋Y→He＋X.则下列表述正确的是(　　)‎ A．X是质子 B．Y是氚核 C．X与Y是同位素 D．①②两个核反应都属于裂变反应 解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知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是氚核，A错误，B正确；X与Y的质子数不同，不是同位素，C错误；①②两个核反应都属于聚变反应，D错误．‎ 答案：B ‎8．[2019·福建五校联考]铝箔被α粒子轰击后，发生的核反应方程为Al＋He→X＋n.方程中X的中子数为(　　)‎ A．15　　　　　　　　B．16‎ C．30 D．31‎ 解析：根据核反应方程遵循电荷数守恒、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30－15＝15，A正确，B、C、D均错误．‎ 答案：A ‎9．[2019·辽宁大连市模拟]下列有关原子核和质能方程的说法，正确的是(　　)‎ A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B．爱因斯坦质能方程表明，在一定条件下质量可以转化为能量 C．放射性元素发生β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：根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，A正确；爱因斯坦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β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：A 5‎ ‎10．[2019·天津卷](多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是(　　)‎ A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 解析：核聚变的最终产物是氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，D正确．‎ 答案：AD ‎11．[2019·郑州市调研](多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的 B．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 C．一群氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子 D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小 解析：原子的核式结构模型是卢瑟福最早提出的，A错误；设发生x次α衰变，y次β衰变，衰变过程中质量数电荷数守恒知238＝206＋4x，解得x＝8,92＝82＋8×2－y，解得y＝6，B正确；一群氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子，C正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的频率小于金属的极限频率，D错误．‎ 答案：BC ‎12．[2019·泊头市质量检测](多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征 B．发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的强度有关 C．玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损 解析：经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，A正确；发生光电效应时，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错误；玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，C正确；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损，D错误．‎ 答案：AC 第Ⅱ卷(非选择题　共52分)‎ 二、填空题(本题共2小题，共8分．请将答案写在题中的橫线上)‎ ‎13．[2019·江苏卷](4分)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋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：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子，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．[2019·江苏南京模拟](4分)静止的硼核(B)吸收一个慢中子(速度可忽略)后，转变成锂核(Li)并放出一个新粒子，则该过程的核反应方程为________________，已知新粒子的动能为1.8 MeV，则锂核的动能为________MeV.(计算结果保留三位有效数字)‎ 5‎ 解析：根据质量数和电荷数守恒，可知生成的新粒子是氦核，核反应方程为B＋n→Li＋He.以粒子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律，有pα＝pLi，根据Ek＝，结合粒子的动能Ekα＝1.8 MeV，解得EkLi＝×1.8 MeV＝1.03 MeV.‎ 答案：B＋n→Li＋He　1.03‎ 三、计算题(本题有4小题，共44分．解答应写出必要文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)‎ ‎15．(10分)有些核反应过程是吸收能量的，例如，在X＋N→O＋H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．‎ 解析：根据核反应中质量数和电荷数守恒，可求出X粒子的质量数和电荷数分别为4和2，所以X粒子是He.He粒子轰击静止的N核，且其动能Ek＝Q，说明He粒子具有动量，由动量守恒定律知，反应后总动量不为零，则系统剩有能量，所以这样的核反应不能发生．‎ 答案：He　不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．‎ ‎16．(10分)放射性同位素‎14C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．‎ ‎(1)宇宙射线中高能量的中子碰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，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%.则此遗骸距今约有多少年？‎ 解析：(1)中子碰到氮原子发生核反应，方程为 N＋n→C＋H C的衰变方程为C→N＋e.‎ ‎(2)依题意得n＝＝0.125，解得n＝3，‎ 则t＝5 730×3年＝17 190年．‎ 答案：(1)N＋n→C＋H　C→N＋e ‎(2)17 190年 ‎17．(12分)一静止的U核衰变为Th核时，只放出一个α粒子．已知Th的质量为MTh，α粒子质量为Mα，衰变过程中质量亏损为Δm，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α粒子的初动能．‎ 解析：根据动量守恒定律得0＝MThvTh－Mαvα 根据能量守恒定律得Δmc2＝MThv＋Mαv 解以上方程可得Ekα＝Mαv＝.‎ 答案： ‎18．(12分)一个静止的氮核N俘获了一个速度为2.3×‎107 m/s的中子后生成一个A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是‎106 m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比：RBRC＝1130.‎ ‎(1)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mnvn＝mBvB＋mCvC 根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4‎ 由此解得vC＝3×‎106 m/s.‎ ‎(2)由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识有R＝，可得＝＝ 5‎ ‎＝，又因氮核俘获中子衰变为B、C两个新核的过程中电荷数守恒，可得qC＝2，qB＝5，而C核的质量数为4，mB＝11mn，则C核是氦原子核，B核为硼核．核反应方程是N＋n→B＋He.‎ 答案：(1)3×‎106 m/s　(2)C核是氦原子核，其核反应方程是N＋n→B＋He 5‎