資源簡介

章末測評驗收卷(五)　原子核與核能(滿分:100分)
一、單項選擇題(本題共8小題,每小題4分,共32分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的)
1.下列關于原子物理的說法中正確的是 (　　)
α、β和γ三種射線中,α射線的穿透能力最強
β衰變中所放出的電子是從原子內層電子放射出來的
發生一次β衰變可以產生2種射線
隨著科技的進步,可以通過加壓升溫等方法改變原子核的半衰期
2.下列核反應方程及其類型的對應關系,正確的是 (　　)
UThe屬于β衰變
HHHee屬于核聚變
鈾核裂變的一種核反應方程UBaKr+n
FHeNe+X屬于原子核的人工轉變,X表示質子
3.2023年8月24日,東京電力公司開始將福島核電站儲存罐中的核污染水排入大海。福島核污染水中包含氚、碳14、釕106、鈷60、鍶90、銫134、銫137、钚239等63種放射性顆粒,它們先被送入“多核素去除設備”進行凈化處理,污水中部分放射性物質通過化學反應變成其他化合物沉淀,但包括“氚”等在內的多種放射性元素仍難以徹底清除,其中钚239的衰變方程為PuU+X+γ。對此,下列說法正確的是 (　　)
氚是X的放射性同位素
核污染水中包含的放射性物質衰變時會發出α、β、γ射線,γ射線穿透能力最強
钚Pu發生的是α衰變,γ射線是由于核中中子衰變為質子而放出
經過“多核素去除設備”變成其他化合物沉淀的放射性物質,其半衰期將會減小
4.通過考古檢測發現三星堆遺址出土的文物年代跨越了近2 000年?？脊磐ǔＳ肅年代檢測法推算出土文物的年代,C的衰變方程為CN+X,下列說法正確的是 (　　)
C需要吸收能量才能發生衰變
衰變方程中的X是中子
隨著C不斷衰變,其半衰期會逐漸變小
該衰變是β衰變
5.太陽中所發生的“氫聚變”實際上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”進行的,其具體反應過程為如圖所示的六步循環,這個循環被稱為“碳循環”,太陽能主要就是由這個“碳循環”產生的。下列說法正確的是 (　　)
X粒子是電子
Y粒子是中子
①處所發生的核反應方程為NHO
一個“碳循環”的總核反應方程為HHe+e
6.我國科研人員對“嫦娥五號”返回器攜帶的月壤樣品進行研究,取得了重大科研成果。經研究發現月球土壤里富含的氦-3He)是理想的熱核反應原料,即利用一個氘核H)和一個氦-3發生核反應產生一個質子和一個新核X,并釋放能量。氦-3主要來自太陽風——太陽噴射出來的高能粒子流。月球沒有磁場和大氣的保護,太陽風可以直接降落在月球表面,使其攜帶的氦-3得以保存,但氦-3在地球上含量極少。此外,中國科學院物理研究所在開展系統的物質科學研究中首次發現天然玻璃纖維。這些具有超高長徑比的玻璃纖維來源于撞擊過程中黏稠液體的熱塑成型。和低長徑比的玻璃珠相比,形成這些玻璃纖維的液體粘度要更高,意味著對應的撞擊溫度和撞擊速率更低。研究人員綜合分析了嫦娥五號月壤樣品中玻璃物質的形態、成分、微觀結構和形成機制。他們發現,月球表面存在著固、液、氣多種轉變路徑的玻璃起源。月球表面頻繁遭受的隕石及微隕石撞擊導致的礦物熔化和快速冷卻,產生了各種形態的玻璃物質。根據以上信息及所學知識判斷,下列說法錯誤的是 (　　)
新核X是He
月球表面存在較為溫和的微撞擊事件
地磁場會使太陽風中的氦-3發生偏轉,影響其到達地球表面
氦-3參與聚變反應,不會產生核輻射,反應過程中不會存在質量虧損
7.2021年11月30日,上海市洋山海關透露,199.5 噸被放射性污染的樟子松板材被退運出境。原因是在這批進口板材中檢測出了人工核素銫137Cs),且其活度濃度超過了國家規定的免管濃度值。已知人工核素銫137的半衰期長達30年,衰變時會輻射γ射線。其衰變方程為CsBa+X。下列說法正確的是 (　　)
衰變方程中的X來自于銫Cs)內中子向質子的轉化
通過高溫暴曬,可使板材中的銫Cs)盡快衰變殆盡
該反應產生的新核Ba與銫Cs)的平均結合能相等
衰變時放出的X離子的穿透性比γ射線強
8.(2024·福建優質校大聯考)有一項理論認為所有比鐵重的元素都是超新星爆炸時形成的。已知235U和236U的半衰期分別為0.704×109年和4.47×109年,若地球上的鈾來自5.94×109年前的恒星爆炸,且爆炸時產生相同數量的235U和236U,則目前地球上兩者的數量比約為 (　　)
二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)
9.下列說法中正確的是 (　　)
在核反應中滿足核電荷數守恒,質量守恒
氫原子從第一激發態向基態躍遷只能輻射特定頻率的光子
釷核(Th)發生一次α衰變時,新核與原來的原子核相比,中子數減少了2
鈾U)經多次α、β衰變形成穩定的鉛Pb)的過程中,有6個中子轉變成質子
10.居里夫人是世界上第一位兩次獲得諾貝爾獎的人。1934年,居里夫人用α粒子轟擊鋁片獲得具有放射性的PP發生衰變生成Si和另一種粒子Y。下列說法正確的是 (　　)
磷肥中若含有P,則P可用作示蹤原子來觀察磷肥對植物的影響
該反應的核反應方程為AlHePH
粒子Y是正電子e)
Si的比結合能比P的小
11.我國月球車安裝有Pu核電池,其核反應方程為PuU+He,下列說法正確的是 (　　)
該過程屬于衰變
α射線能穿透幾厘米厚的鉛板
溫度升高Pu的半衰期變小
U的平均結合能比Pu的平均結合能大
12.(2023·浙江杭州市12月質檢)中國科幻電影《流浪地球》中由“火石”引燃行星發動機內部的燃料發生聚變反應,場面非常壯觀。關于核反應,下列說法正確的是 (　　)
核反應中核電荷數和質量數守恒
鏈式反應中,熱中子更適于引發裂變
方程UThHe表示核裂變反應
核反應溫度越高,放射性物質的半衰期越短
三、非選擇題(本題共5小題,共52分)
13.(6分)用人工方法得到放射性同位素,這是一個很重要的發現,天然的放射性同位素只不過40多種,而今天通過核反應生成的人工放射性同位素已達3 000多種,每種元素都有放射性同位素。放射性同位素在工業、農業、醫療衛生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用。
(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失,其原因是　　　　(2分)。
A.射線的貫穿作用 B.射線的電離作用
C.射線的物理、化學作用 D.以上三個選項都不是
(2)如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖。如果工廠生產的是厚度1毫米的鋁板,在α、β、γ三種射線中,你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是　　　　(2分)射線。
(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時,需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質,為此曾采用放射性同位素14C做　　　　(2分)。
14.(6分)以下核反應中:　　　　(2分)是發現中子的核反應方程,　　　　(2分)是目前核電站反應堆的基本核反應方程,　　　　(2分)是β衰變方程。
AHHHen
BUnBaKr+n
CNaMge
DHeBeCn
15.(10分)已知釷234的半衰期是24天,1 g釷234經過120天后還剩多少 若已知鉍210的半衰期是5天,經過多少天后,20 g鉍210還剩1.25 g
16.(14分U發生α衰變時,其衰變方程為UThHe+5.5 MeV,光在真空中的傳播速度為c=3×108 m/s,e=1.6×10-19 C,求:
(1)(4分)一次衰變過程中虧損的質量為多少千克(保留2位有效數字);
(2)(5分)若U開始處于靜止狀態,衰變過程釋放的核能全部轉化為α粒子和釷核的動能,則放出的α粒子的動能是多少(單位用MeV表示,保留2位有效數字);
(3)(5分)若靜止的鈾核U處在勻強磁場中,釋放的α粒子和產生的新核均能在磁場中做勻速圓周運動,則α粒子和釷核在磁場中做勻速圓周運動的半徑之比為多少。
17.(16分)設有钚的同位素離子Pu靜止在勻強磁場中,該離子沿與磁場垂直的方向放出α粒子以后,變成鈾的一個同位素離子,同時放出一個能量為E=0.09 MeV的光子(已知1 MeV=1.60×10-13 J,光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)。
(1)(4分)試寫出這一過程的核衰變方程;
(2)(4分)光子的波長為多少
(3)(4分)若不計光子的動量,則α粒子與鈾核在該磁場中的回轉半徑之比Rα∶RU為多少
(4)(4分)若不計光子的動量,則α粒子的動能為多少(钚核質量m1=238.999 65 u,鈾核質量m2=234.993 470 u,α粒子的質量為m3=4.001 509 u,1 u相當于931.5 MeV)
章末測評驗收卷(五)　原子核與核能
1.C　[在α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強，故A錯誤；β射線是原子核內的中子轉變為質子時產生的，故B錯誤；發生一次β衰變可以產生β射線和γ射線2種射線，故C正確；半衰期由核內部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學狀態無關，故D錯誤。]
2.D　[鈾238放出一個α粒子后，質量數減少4，電荷數減少2，產生新核釷(Th)這是α衰變，其核反應方程為92U→90Th＋He，故A錯誤；輕核聚變，其核反應方程為H＋H→He＋n，故B錯誤；鈾核裂變屬于重核裂變，不能自發進行，鈾核需要俘獲一個慢中子產生裂變，鈾核裂變的核反應方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n，C錯誤；核反應方程，遵循質量數守恒和核電荷數守恒，因此原子核的人工轉變方程為F＋He→Ne＋H，可知X表示質子，D正確。]
3.B　[钚239的衰變方程為Pu→U＋X＋γ，由質量數守恒和核電荷數守恒，可知X是He，氚是氫的同位素，不是He的同位素，故A錯誤；在α、β、γ射線中，γ射線穿透能力最強，故B正確；钚94Pu發生的是α衰變，β射線是由于核中中子轉變為質子而放出，γ射線是原子核從高能級向低能級躍遷時輻射出來的，故C錯誤；半衰期是由元素自身因素決定的，與外界所有條件無關，與溫度、壓強、是否為化合物還是單質均無關，故D錯誤。]
4.D　[C發生衰變過程存在質量虧損，釋放能量，不需要吸收能量，A錯誤；根據衰變過程滿足質量數守恒和核電荷數守恒，可知X為e，即X是電子，該衰變是β衰變，B錯誤，D正確；半衰期只由原子核自身因素決定，適用于大量原子核，隨著C不斷衰變，其半衰期保持不變，C錯誤。]
5.C　[由質量數守恒、核電荷數守恒，可知兩個包含了X的核反應方程為→＋e、→C＋e，包含了Y的核反應方程為N＋H→C＋He，故可知X為e，Y為He，A、B錯誤；①處所發生的核反應方程為N＋H→O，C正確；經過一個“碳循環”，碳、氮、氧的原子核都復原，有4個H參與反應，釋放出了1個He和2個e，故全過程的核反應方程為4H→He＋2e，D錯誤。]
6.D　[一個氘核(H)和一個氦－3發生核反應產生一個質子和一個新核X，根據質量數和電荷數守恒可知，新核X是He，故A正確；根據題意可知月球表面存在較為溫和的微撞擊事件，故B正確；由于氦－3帶正電，則地磁場會使太陽風中的氦－3發生偏轉，影響其到達地球表面，故C正確；氦－3參與聚變反應，不會產生核輻射，但反應過程中釋放能量，存在質量虧損，故D錯誤。]
7.A　[根據核反應中核電荷數守恒與質量數守恒判斷，衰變方程中的X為電子e，該反應為β衰變，X粒子是由原子核中的中子轉化成一個質子和一個電子產生的，故A正確；原子核的半衰期并不受外界因素(如溫度)的影響，故B錯誤；衰變時放出核能，故衰變后的新核Ba的平均結合能比銫(Cs)的平均結合能大，故C錯誤；衰變時放射出的γ射線穿透性最強，故D錯誤。]
8.B　[設235U和236U爆炸時數量為m，則m235U余＝m()，
m236U余＝m，所以≈()6.35，故B正確。]
9.BCD　[在核反應中滿足核電荷數守恒，質量數守恒，而不是質量守恒，故A錯誤；第一激發態為第二個定態，根據hν＝E2－E1，可知，氫原子從第一激發態向基態躍遷只能輻射特定頻率的光子，故B正確；α粒子是He，根據質量數守恒與核電荷數守恒可知，釷核(Th)發生一次α衰變時，新核與原來的原子核相比，質量數減少4，電荷數減少2，可知中子數減少了4－2＝2，故C正確；若該核反應為92U→82Pb＋mHe＋n　　0－1e，根據質量數守恒與核電荷數守恒有238＝206＋4m，92＝82＋2m－n，解得n＝6，可知，發生了6次β衰變，即有6個中子轉變成質子，故D正確。]
10.AC　[放射性同位素可作為示蹤原子，磷肥中的P可用作示蹤原子來觀察磷肥對植物的影響，故A正確；根據質量數守恒和核電荷數守恒，可知核反應方程為Al＋He→P＋n，故B錯誤；P發生衰變時的方程為P→Si＋e，粒子Y是正電子(e)，故C正確；P自發地衰變為Si放出能量，比結合能增大，因此P的比結合能比Si的小，故D錯誤。]
11.AD　[Pu→U＋He釋放了He，屬于α衰變，A正確；α射線的電離能力強，穿透能力弱，α射線不能穿透幾厘米厚的鉛板，B錯誤；放射性元素原子核的半衰期只由原子核自身因素決定，與物理和化學狀態無關，C錯誤；U是更穩定的生成物，故U的平均結合能比Pu的平均結合能大，D正確。]
12.AB　[核反應中核電荷數和質量數守恒，A正確；實驗證明在鏈式反應中，速度與熱運動速度相當的中子最適于引發裂變，這樣的中子就是“熱中子”，B正確；由方程U→Th＋He可知反應中放出一個氦核，所以是α衰變，不是核裂變反應，C錯誤；放射性物質的半衰期由原子核自身因素決定，與溫度無關，D錯誤。]
13.(1)B　(2)β　 (3)示蹤原子　[(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電器所帶電荷電性相反的離子與驗電器所帶電荷相互中和，從而使驗電器所帶電荷消失，故B正確。
(2)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質的本領極強，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨。β射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態不同，探測器容易分辨，故對厚度控制起主要作用的是β射線。
(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經過多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質。這種把放射性同位素的原子摻到其他物質中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規律，人們把這種放射性同位素叫示蹤原子。]
14.D　B　C　[D選項方程是發現中子的核反應方程；目前核電站是利用鈾核裂變，所以核電站反應堆的基本核反應方程是選項B的方程；β衰變會放出電子，所以選項C的方程是β衰變方程。]
15.0.031 25 g　20天
解析　根據半衰期的定義，剩下的釷為
m＝m0()
代入數據得m＝1×() g＝0.031 25 g。
每經過1個半衰期放射性物質的質量都減半，則經過n個半衰期剩余鉍的質量為
m余＝m原()n
則20 g鉍衰變剩下1.25 g時，有
()n＝＝＝
解得n＝4，則經過的時間為
t＝4×5天＝20天。
16.(1)9.8×10－30 kg　(2)5.4 MeV　(3)45∶1
解析　(1)由衰變方程可知，一次衰變釋放的核能
ΔE＝5.5 MeV＝8.8×10－13 J
由質能方程可知ΔE＝Δmc2
解得Δm＝9.8×10－30 kg。
(2)釋放的核能ΔE＝5.5 MeV，根據動量守恒定律可知，α粒子和釷核動量等大反向
根據Ek＝可知
＝＝＝57
Ekα＋EkTh＝5.5 MeV
解得Ekα＝5.4 MeV。
(3)由qvB＝m得r＝可知＝＝45∶1。
17.(1)Pu→U＋He　(2)1.38×10－11 m　(3)46∶1　(4)4.190 MeV
解析　(1)核反應中遵循質量數守恒和核電荷數守恒，
故 Pu→U＋He。
(2)由波長和能量的關系式E＝，則變形代入數據可得
λ＝＝1.38×10－11 m。
(3)設衰變后，鈾核速度大小為v2，α粒子的速度大小為v3，根據動量守恒定律有m2v2－m3v3＝0
在磁場中洛倫茲力提供向心力即
qvB＝m
則＝·＝。
(4)由能量守恒定律知，鈾核與α粒子的總動能
Ek＝EkU＋Ekα
＝931.5－E＝4.261 MeV
結合m2v2＝m3v3，Ek＝
得Ekα＝Ek＝4.190 MeV。(共36張PPT)
章末測評驗收卷(五)
(時間：75分鐘　滿分：100分)
第5章 原子核與核能
C
一、單項選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)
1.下列關于原子物理的說法中正確的是(　　)
A.α、β和γ三種射線中，α射線的穿透能力最強
B.β衰變中所放出的電子是從原子內層電子放射出來的
C.發生一次β衰變可以產生2種射線
D.隨著科技的進步，可以通過加壓升溫等方法改變原子核的半衰期
解析　在α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強，故A錯誤；β射線是原子核內的中子轉變為質子時產生的，故B錯誤；發生一次β衰變可以產生β射線和γ射線2種射線，故C正確；半衰期由核內部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學狀態無關，故D錯誤。
D
2.下列核反應方程及其類型的對應關系，正確的是(　　)
B
D
C
5.太陽中所發生的“氫聚變”實際上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”進行的，其具體反應過程為如圖所示的六步循環，這個循環被稱為“碳循環”，太陽能主要就是由這個“碳循環”產生的。下列說法正確的是 (　　)
D
A
B
BCD
二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)
9.下列說法中正確的是(　 　)
AC
AD
AB
12.(2023·浙江杭州市12月質檢)中國科幻電影《流浪地球》中由“火石”引燃行星發動機內部的燃料發生聚變反應，場面非常壯觀。關于核反應，下列說法正確的是(　　)
三、非選擇題(本題共5小題，共52分)
13.(6分)用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現，天然的放射性同位素只不過40多種，而今天通過核反應生成的人工放射性同位素已達3 000多種，每種元素都有放射性同位素。放射性同位素在工業、農業、醫療衛生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用。
(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，其原因是________。
A.射線的貫穿作用 　 B.射線的電離作用
C.射線的物理、化學作用 　 D.以上三個選項都不是
(2)如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖。如果工廠生產的是厚度1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是________射線。
(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質，為此曾采用放射性同位素14C做________。
答案　(1)B　(2)β　 (3)示蹤原子
解析　(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電
器所帶電荷電性相反的離子與驗電器所帶電荷相
互中和，從而使驗電器所帶電荷消失，故B正確。
(2)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質的本領極強，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨。β射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態不同，探測器容易分辨，故對厚度控制起主要作用的是β射線。
(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混
合在一起，經過多次重新結晶后，得到了放射性14C
分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成
的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們
是同一種物質。這種把放射性同位素的原子摻到其他物質中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規律，人們把這種放射性同位素叫示蹤原子。
14.(6分)以下核反應中：________是發現中子的核反應方程，________是目前核電站反應堆的基本核反應方程，________是β衰變方程。
解析　D選項方程是發現中子的核反應方程；目前核電站是利用鈾核裂變，所以核電站反應堆的基本核反應方程是選項B的方程；β衰變會放出電子，所以選項C的方程是β衰變方程。
15.(10分)已知釷234的半衰期是24天，1 g釷234經過120天后還剩多少？若已知鉍210的半衰期是5天，經過多少天后，20 g鉍210還剩1.25 g
答案　0.031 25 g　20天
解析　(1)由衰變方程可知，一次衰變釋放的核能ΔE＝5.5 MeV＝8.8×10－13 J
由質能方程可知ΔE＝Δmc2
解得Δm＝9.8×10－30 kg。
(2)釋放的核能ΔE＝5.5 MeV，根據動量守恒定律可知，α粒子和釷核動量等大反向
(1)試寫出這一過程的核衰變方程；
(2)光子的波長為多少？
(3)若不計光子的動量，則α粒子與鈾核在該磁場中的回轉半徑之比Rα∶RU為多少？
(4)若不計光子的動量，則α粒子的動能為多少(钚核質量m1＝238.999 65 u，鈾核質量m2＝234.993 470 u，α粒子的質量為m3＝4.001 509 u，1 u相當于931.5 MeV)

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