2016高中物理 第19章 原子核限时测试题 新人教版选修3-5

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．(高密一中2014～2015学年高二下学期检测)一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它的(　　)

A．质子数减少一个，中子数不变

B．质子数增加一个，中子数不变

C．质子数增加一个，中子数减少一个

D．质子数减少一个，中子数增加一个

答案：C

解析：发生一次β衰变，原子核里有一个中子变为一个质子和一个电子。即n―→H＋e

2．某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是(　　)

答案：B

解析：设这些同位素的质子数为Z，由A＝N＋Z可知，当中子数N增大时，质量数A也增大，选项A、D均错误；而元素的质子数Z不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，选项B正确，C错误。

3.(重庆一中2013～2014学年高二下学期期末)放射源放入铅制容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线分成三束，如图所示。关于这三种射线及其性质，下列说法正确的是(　　)

A．射线a的电离本领最弱

B．射线b是高速中子流，速度可达光速

C．射线c是原子的核外电子电离而产生

D．若将放射源置于高温高压环境中，射线强度将不变化

答案：D

解析：根据射线的偏转情况可知：a为α射线，b为γ的射线，c为β射线，由三种射线的特性可判A、B、C均错；放射性与元素存在的物理、化学状态无关，D正确。

4．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，相同质量的A和B。经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB(　　)

A．30∶31　　　　　　 B．31∶30

C．1∶2 D．2∶1

答案：C

解析：设A、B原来的质量均为m，则20天后：

mA＝m()＝m()5

mB＝m()＝m()4

∴mA∶mB＝1∶2

5. U经过m次α衰变和n次β衰变，变成Pb，则(　　)

A．m＝7，n＝3

B．m＝7，n＝4

C．m＝14，n＝9

D．m＝14，n＝18

答案：B

解析：本题考查了原子核衰变的规律，解题的关键是抓住原子核发生α衰变和β衰变时原子核质量数和电荷数的变化规律，在此基础上进行有关计算，原子核每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数增加1。比较这两种原子核，质量数减少28，说明发生了7次α衰变，电荷数应减少14，而电荷数减少10，说明发生了4次β衰变，B项正确，其余选项错误。

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：

以下推断正确的是(　　)

A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1

C．X是He，Q2<Q1 D．X是He，Q2<Q1

答案：B

解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为He，所以A、C错。由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以B正确，D错，正确答案为B。

7.2013年12月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为， He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大。关于He，下列说法正确的是(　　)

A. He的原子核内有三个中子两个质子

B. He的原子核内有一个中子两个质子

C. He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损

D. He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起

答案：BC

解析： He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起，D错误。

8．(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)下列关于核反应及衰变的表述正确的有(　　)

A. H＋H→He＋n是轻核聚变

B. X＋N→O＋H中，X表示He

C．半衰期与原子所处的化学状态无关

D. β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

答案：AC

解析：根据反应方程中的守恒量可判B错；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，C正确；β衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D错。

9．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是(　　)

A．碘131释放的β射线由氦核组成

B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量

C．与铯137相比，碘131衰变更慢

D．铯133和铯137含有相同的质子数

答案：BD

解析：该题综合考查了衰变规律和同位素的相关问题，原子核中不包含β射线，A错；γ光子的能量大于可见光光子的能量，B正确；铯137的半衰期长，衰变更慢，C不正确；铯133和铯137是同位素，含有相同的质子数，D选项正确。

10．一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示。若两圆半径之比为44∶1，则(　　)

A．发生的是α衰变

B．轨迹2是反冲核的径迹

C．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动

D．该放射性元素的原子序数是90

答案：BC

解析：由动量守恒可知：m1v1＝m2v2，而R＝，故q1·BR1＝q2·BR2；半径越小，则q越大，故轨迹1是放出粒子的轨迹，轨迹2是反冲核的径迹，故B正确；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则放出的粒子速度向上，由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生β衰变，故A错C对；由q1R1＝q2R2及β衰变公式可知，放射性元素的原子序数为43，D错。

第Ⅱ卷(非选择题　共60分)

二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上)

11．1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现________。图中A为放射源发出的________粒子，B为________气，完成该实验的下列核反应方程______________________________________。

答案：质子，α，氮　N＋He―→O＋H

12．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________。

(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(　　)

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1 mm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________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。

答案：(1)混凝土　(2)D　(3)β　γ(或β和γ)

13．(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________。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________。

(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________________，缺点是________________。

(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________类型的发电站更合适，理由是______________________________。

答案：(1) Li　[m1＋mX－(m3＋m4)]c2　(2)见解析　(3)见解析

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42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)

14．(9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。

15．(10分)(黄冈市2013～2014学年高二下学期期末)在某些恒星内部，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，已知氘核的质量为3.3436×10－27kg，氚核的质量为5.0082×10－27kg，氦核的质量为6.6467×10－27kg，中子的质量为1.6749×10－27kg，真空中光速c＝3×108m/s。

(1)写出核反应方程；

(2)这个反应中释放的核能为多少？(结果保留一位有效数字)

答案：(1) H＋H→He＋n　(2)3×1012J

解析：(1)核反应方程： H＋H→He＋n

(2)质量亏损Δm＝(m氘＋m氚)－(m氦＋m中)＝0.0302×10－27kg

释放核能ΔE＝Δmc2＝0.0302×10－27×(3×108)2J＝3×1012J

16．(11分)(烟台市部分重点中学2014～2015学年高二下学期联考)山东烟台海阳核电站项目，一期工程和2号常规岛正在进行设备安装，一期工程规划建设两台125万千瓦AP1000核电机组，预计2016年并网发电。如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。

(1)写出裂变方程；

(2)求出一个铀核裂变放出的能量；

(3)若铀矿石的浓度为3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？

答案：(1) U＋n―→Sr＋Xe＋10n　

(2)140.3MeV　(3)45.7t

解析：(2)裂变过程的质量亏损

Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507u，

释放的能量

ΔE＝Δmc2＝0.1507×931MeV≈140.3MeV。

(3)核电站一年的发电量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60J＝7.884×1016J，

由E＝NΔE＝NAΔE，得m＝

＝g≈4.57×107g＝45.7t。

17．(12分)(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)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＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27kg，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)己知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，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2×1030kg，结果保留一位有效数字)

答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　(3)1.3×1011s　(4)5×109年

解析：(1)核反应方程：4H→He＋2e

(2)效率是：η1＝＝15%

(3)∵ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.15×10－12J

而＝(UI－I2R)t

解得t＝1.30×1011s

(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝＝0.4×1010kg

太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为

t＝＝s＝1.5×1017s＝5×109年。