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章末测评验收卷(五)　原子核与核能(满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列关于原子物理的说法中正确的是 (　　)
α、β和γ三种射线中,α射线的穿透能力最强
β衰变中所放出的电子是从原子内层电子放射出来的
发生一次β衰变可以产生2种射线
随着科技的进步,可以通过加压升温等方法改变原子核的半衰期
2.下列核反应方程及其类型的对应关系,正确的是 (　　)
UThe属于β衰变
HHHee属于核聚变
铀核裂变的一种核反应方程UBaKr+n
FHeNe+X属于原子核的人工转变,X表示质子
3.2023年8月24日,东京电力公司开始将福岛核电站储存罐中的核污染水排入大海。福岛核污染水中包含氚、碳14、钌106、钴60、锶90、铯134、铯137、钚239等63种放射性颗粒,它们先被送入“多核素去除设备”进行净化处理,污水中部分放射性物质通过化学反应变成其他化合物沉淀,但包括“氚”等在内的多种放射性元素仍难以彻底清除,其中钚239的衰变方程为PuU+X+γ。对此,下列说法正确的是 (　　)
氚是X的放射性同位素
核污染水中包含的放射性物质衰变时会发出α、β、γ射线,γ射线穿透能力最强
钚Pu发生的是α衰变,γ射线是由于核中中子衰变为质子而放出
经过“多核素去除设备”变成其他化合物沉淀的放射性物质,其半衰期将会减小
4.通过考古检测发现三星堆遗址出土的文物年代跨越了近2 000年。考古通常用C年代检测法推算出土文物的年代,C的衰变方程为CN+X,下列说法正确的是 (　　)
C需要吸收能量才能发生衰变
衰变方程中的X是中子
随着C不断衰变,其半衰期会逐渐变小
该衰变是β衰变
5.太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的,其具体反应过程为如图所示的六步循环,这个循环被称为“碳循环”,太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的。下列说法正确的是 (　　)
X粒子是电子
Y粒子是中子
①处所发生的核反应方程为NHO
一个“碳循环”的总核反应方程为HHe+e
6.我国科研人员对“嫦娥五号”返回器携带的月壤样品进行研究,取得了重大科研成果。经研究发现月球土壤里富含的氦-3He)是理想的热核反应原料,即利用一个氘核H)和一个氦-3发生核反应产生一个质子和一个新核X,并释放能量。氦-3主要来自太阳风——太阳喷射出来的高能粒子流。月球没有磁场和大气的保护,太阳风可以直接降落在月球表面,使其携带的氦-3得以保存,但氦-3在地球上含量极少。此外,中国科学院物理研究所在开展系统的物质科学研究中首次发现天然玻璃纤维。这些具有超高长径比的玻璃纤维来源于撞击过程中黏稠液体的热塑成型。和低长径比的玻璃珠相比,形成这些玻璃纤维的液体粘度要更高,意味着对应的撞击温度和撞击速率更低。研究人员综合分析了嫦娥五号月壤样品中玻璃物质的形态、成分、微观结构和形成机制。他们发现,月球表面存在着固、液、气多种转变路径的玻璃起源。月球表面频繁遭受的陨石及微陨石撞击导致的矿物熔化和快速冷却,产生了各种形态的玻璃物质。根据以上信息及所学知识判断,下列说法错误的是 (　　)
新核X是He
月球表面存在较为温和的微撞击事件
地磁场会使太阳风中的氦-3发生偏转,影响其到达地球表面
氦-3参与聚变反应,不会产生核辐射,反应过程中不会存在质量亏损
7.2021年11月30日,上海市洋山海关透露,199.5 吨被放射性污染的樟子松板材被退运出境。原因是在这批进口板材中检测出了人工核素铯137Cs),且其活度浓度超过了国家规定的免管浓度值。已知人工核素铯137的半衰期长达30年,衰变时会辐射γ射线。其衰变方程为CsBa+X。下列说法正确的是 (　　)
衰变方程中的X来自于铯Cs)内中子向质子的转化
通过高温暴晒,可使板材中的铯Cs)尽快衰变殆尽
该反应产生的新核Ba与铯Cs)的平均结合能相等
衰变时放出的X离子的穿透性比γ射线强
8.(2024·福建优质校大联考)有一项理论认为所有比铁重的元素都是超新星爆炸时形成的。已知235U和236U的半衰期分别为0.704×109年和4.47×109年,若地球上的铀来自5.94×109年前的恒星爆炸,且爆炸时产生相同数量的235U和236U,则目前地球上两者的数量比约为 (　　)
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.下列说法中正确的是 (　　)
在核反应中满足核电荷数守恒,质量守恒
氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
钍核(Th)发生一次α衰变时,新核与原来的原子核相比,中子数减少了2
铀U)经多次α、β衰变形成稳定的铅Pb)的过程中,有6个中子转变成质子
10.居里夫人是世界上第一位两次获得诺贝尔奖的人。1934年,居里夫人用α粒子轰击铝片获得具有放射性的PP发生衰变生成Si和另一种粒子Y。下列说法正确的是 (　　)
磷肥中若含有P,则P可用作示踪原子来观察磷肥对植物的影响
该反应的核反应方程为AlHePH
粒子Y是正电子e)
Si的比结合能比P的小
11.我国月球车安装有Pu核电池,其核反应方程为PuU+He,下列说法正确的是 (　　)
该过程属于衰变
α射线能穿透几厘米厚的铅板
温度升高Pu的半衰期变小
U的平均结合能比Pu的平均结合能大
12.(2023·浙江杭州市12月质检)中国科幻电影《流浪地球》中由“火石”引燃行星发动机内部的燃料发生聚变反应,场面非常壮观。关于核反应,下列说法正确的是 (　　)
核反应中核电荷数和质量数守恒
链式反应中,热中子更适于引发裂变
方程UThHe表示核裂变反应
核反应温度越高,放射性物质的半衰期越短
三、非选择题(本题共5小题,共52分)
13.(6分)用人工方法得到放射性同位素,这是一个很重要的发现,天然的放射性同位素只不过40多种,而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达3 000多种,每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失,其原因是　　　　(2分)。
A.射线的贯穿作用 B.射线的电离作用
C.射线的物理、化学作用 D.以上三个选项都不是
(2)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度1毫米的铝板,在α、β、γ三种射线中,你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是　　　　(2分)射线。
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时,需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质,为此曾采用放射性同位素14C做　　　　(2分)。
14.(6分)以下核反应中:　　　　(2分)是发现中子的核反应方程,　　　　(2分)是目前核电站反应堆的基本核反应方程,　　　　(2分)是β衰变方程。
AHHHen
BUnBaKr+n
CNaMge
DHeBeCn
15.(10分)已知钍234的半衰期是24天,1 g钍234经过120天后还剩多少 若已知铋210的半衰期是5天,经过多少天后,20 g铋210还剩1.25 g
16.(14分U发生α衰变时,其衰变方程为UThHe+5.5 MeV,光在真空中的传播速度为c=3×108 m/s,e=1.6×10-19 C,求:
(1)(4分)一次衰变过程中亏损的质量为多少千克(保留2位有效数字);
(2)(5分)若U开始处于静止状态,衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和钍核的动能,则放出的α粒子的动能是多少(单位用MeV表示,保留2位有效数字);
(3)(5分)若静止的铀核U处在匀强磁场中,释放的α粒子和产生的新核均能在磁场中做匀速圆周运动,则α粒子和钍核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为多少。
17.(16分)设有钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中,该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后,变成铀的一个同位素离子,同时放出一个能量为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)试写出这一过程的核衰变方程;
(2)(4分)光子的波长为多少
(3)(4分)若不计光子的动量,则α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU为多少
(4)(4分)若不计光子的动量,则α粒子的动能为多少(钚核质量m1=238.999 65 u,铀核质量m2=234.993 470 u,α粒子的质量为m3=4.001 509 u,1 u相当于931.5 MeV)
章末测评验收卷(五)　原子核与核能
1.C　[在α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故A错误；β射线是原子核内的中子转变为质子时产生的，故B错误；发生一次β衰变可以产生β射线和γ射线2种射线，故C正确；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，故D错误。]
2.D　[铀238放出一个α粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，产生新核钍(Th)这是α衰变，其核反应方程为92U→90Th＋He，故A错误；轻核聚变，其核反应方程为H＋H→He＋n，故B错误；铀核裂变属于重核裂变，不能自发进行，铀核需要俘获一个慢中子产生裂变，铀核裂变的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n，C错误；核反应方程，遵循质量数守恒和核电荷数守恒，因此原子核的人工转变方程为F＋He→Ne＋H，可知X表示质子，D正确。]
3.B　[钚239的衰变方程为Pu→U＋X＋γ，由质量数守恒和核电荷数守恒，可知X是He，氚是氢的同位素，不是He的同位素，故A错误；在α、β、γ射线中，γ射线穿透能力最强，故B正确；钚94Pu发生的是α衰变，β射线是由于核中中子转变为质子而放出，γ射线是原子核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，故C错误；半衰期是由元素自身因素决定的，与外界所有条件无关，与温度、压强、是否为化合物还是单质均无关，故D错误。]
4.D　[C发生衰变过程存在质量亏损，释放能量，不需要吸收能量，A错误；根据衰变过程满足质量数守恒和核电荷数守恒，可知X为e，即X是电子，该衰变是β衰变，B错误，D正确；半衰期只由原子核自身因素决定，适用于大量原子核，随着C不断衰变，其半衰期保持不变，C错误。]
5.C　[由质量数守恒、核电荷数守恒，可知两个包含了X的核反应方程为→＋e、→C＋e，包含了Y的核反应方程为N＋H→C＋He，故可知X为e，Y为He，A、B错误；①处所发生的核反应方程为N＋H→O，C正确；经过一个“碳循环”，碳、氮、氧的原子核都复原，有4个H参与反应，释放出了1个He和2个e，故全过程的核反应方程为4H→He＋2e，D错误。]
6.D　[一个氘核(H)和一个氦－3发生核反应产生一个质子和一个新核X，根据质量数和电荷数守恒可知，新核X是He，故A正确；根据题意可知月球表面存在较为温和的微撞击事件，故B正确；由于氦－3带正电，则地磁场会使太阳风中的氦－3发生偏转，影响其到达地球表面，故C正确；氦－3参与聚变反应，不会产生核辐射，但反应过程中释放能量，存在质量亏损，故D错误。]
7.A　[根据核反应中核电荷数守恒与质量数守恒判断，衰变方程中的X为电子e，该反应为β衰变，X粒子是由原子核中的中子转化成一个质子和一个电子产生的，故A正确；原子核的半衰期并不受外界因素(如温度)的影响，故B错误；衰变时放出核能，故衰变后的新核Ba的平均结合能比铯(Cs)的平均结合能大，故C错误；衰变时放射出的γ射线穿透性最强，故D错误。]
8.B　[设235U和236U爆炸时数量为m，则m235U余＝m()，
m236U余＝m，所以≈()6.35，故B正确。]
9.BCD　[在核反应中满足核电荷数守恒，质量数守恒，而不是质量守恒，故A错误；第一激发态为第二个定态，根据hν＝E2－E1，可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；α粒子是He，根据质量数守恒与核电荷数守恒可知，钍核(Th)发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少4，电荷数减少2，可知中子数减少了4－2＝2，故C正确；若该核反应为92U→82Pb＋mHe＋n　　0－1e，根据质量数守恒与核电荷数守恒有238＝206＋4m，92＝82＋2m－n，解得n＝6，可知，发生了6次β衰变，即有6个中子转变成质子，故D正确。]
10.AC　[放射性同位素可作为示踪原子，磷肥中的P可用作示踪原子来观察磷肥对植物的影响，故A正确；根据质量数守恒和核电荷数守恒，可知核反应方程为Al＋He→P＋n，故B错误；P发生衰变时的方程为P→Si＋e，粒子Y是正电子(e)，故C正确；P自发地衰变为Si放出能量，比结合能增大，因此P的比结合能比Si的小，故D错误。]
11.AD　[Pu→U＋He释放了He，属于α衰变，A正确；α射线的电离能力强，穿透能力弱，α射线不能穿透几厘米厚的铅板，B错误；放射性元素原子核的半衰期只由原子核自身因素决定，与物理和化学状态无关，C错误；U是更稳定的生成物，故U的平均结合能比Pu的平均结合能大，D正确。]
12.AB　[核反应中核电荷数和质量数守恒，A正确；实验证明在链式反应中，速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变，这样的中子就是“热中子”，B正确；由方程U→Th＋He可知反应中放出一个氦核，所以是α衰变，不是核裂变反应，C错误；放射性物质的半衰期由原子核自身因素决定，与温度无关，D错误。]
13.(1)B　(2)β　 (3)示踪原子　[(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电荷电性相反的离子与验电器所带电荷相互中和，从而使验电器所带电荷消失，故B正确。
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨。β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨，故对厚度控制起主要作用的是β射线。
(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质。这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种放射性同位素叫示踪原子。]
14.D　B　C　[D选项方程是发现中子的核反应方程；目前核电站是利用铀核裂变，所以核电站反应堆的基本核反应方程是选项B的方程；β衰变会放出电子，所以选项C的方程是β衰变方程。]
15.0.031 25 g　20天
解析　根据半衰期的定义，剩下的钍为
m＝m0()
代入数据得m＝1×() g＝0.031 25 g。
每经过1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n个半衰期剩余铋的质量为
m余＝m原()n
则20 g铋衰变剩下1.25 g时，有
()n＝＝＝
解得n＝4，则经过的时间为
t＝4×5天＝20天。
16.(1)9.8×10－30 kg　(2)5.4 MeV　(3)45∶1
解析　(1)由衰变方程可知，一次衰变释放的核能
ΔE＝5.5 MeV＝8.8×10－13 J
由质能方程可知ΔE＝Δmc2
解得Δm＝9.8×10－30 kg。
(2)释放的核能ΔE＝5.5 MeV，根据动量守恒定律可知，α粒子和钍核动量等大反向
根据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)核反应中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，
故 Pu→U＋He。
(2)由波长和能量的关系式E＝，则变形代入数据可得
λ＝＝1.38×10－11 m。
(3)设衰变后，铀核速度大小为v2，α粒子的速度大小为v3，根据动量守恒定律有m2v2－m3v3＝0
在磁场中洛伦兹力提供向心力即
qvB＝m
则＝·＝。
(4)由能量守恒定律知，铀核与α粒子的总动能
Ek＝EkU＋Ekα
＝931.5－E＝4.261 MeV
结合m2v2＝m3v3，Ek＝
得Ekα＝Ek＝4.190 MeV。(共36张PPT)
章末测评验收卷(五)
(时间：75分钟　满分：100分)
第5章 原子核与核能
C
一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1.下列关于原子物理的说法中正确的是(　　)
A.α、β和γ三种射线中，α射线的穿透能力最强
B.β衰变中所放出的电子是从原子内层电子放射出来的
C.发生一次β衰变可以产生2种射线
D.随着科技的进步，可以通过加压升温等方法改变原子核的半衰期
解析　在α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故A错误；β射线是原子核内的中子转变为质子时产生的，故B错误；发生一次β衰变可以产生β射线和γ射线2种射线，故C正确；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，故D错误。
D
2.下列核反应方程及其类型的对应关系，正确的是(　　)
B
D
C
5.太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的。下列说法正确的是 (　　)
D
A
B
BCD
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
9.下列说法中正确的是(　 　)
AC
AD
AB
12.(2023·浙江杭州市12月质检)中国科幻电影《流浪地球》中由“火石”引燃行星发动机内部的燃料发生聚变反应，场面非常壮观。关于核反应，下列说法正确的是(　　)
三、非选择题(本题共5小题，共52分)
13.(6分)用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达3 000多种，每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是________。
A.射线的贯穿作用 　 B.射线的电离作用
C.射线的物理、化学作用 　 D.以上三个选项都不是
(2)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线。
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________。
答案　(1)B　(2)β　 (3)示踪原子
解析　(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电
器所带电荷电性相反的离子与验电器所带电荷相
互中和，从而使验电器所带电荷消失，故B正确。
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨。β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨，故对厚度控制起主要作用的是β射线。
(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混
合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C
分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成
的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们
是同一种物质。这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种放射性同位素叫示踪原子。
14.(6分)以下核反应中：________是发现中子的核反应方程，________是目前核电站反应堆的基本核反应方程，________是β衰变方程。
解析　D选项方程是发现中子的核反应方程；目前核电站是利用铀核裂变，所以核电站反应堆的基本核反应方程是选项B的方程；β衰变会放出电子，所以选项C的方程是β衰变方程。
15.(10分)已知钍234的半衰期是24天，1 g钍234经过120天后还剩多少？若已知铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20 g铋210还剩1.25 g
答案　0.031 25 g　20天
解析　(1)由衰变方程可知，一次衰变释放的核能ΔE＝5.5 MeV＝8.8×10－13 J
由质能方程可知ΔE＝Δmc2
解得Δm＝9.8×10－30 kg。
(2)释放的核能ΔE＝5.5 MeV，根据动量守恒定律可知，α粒子和钍核动量等大反向
(1)试写出这一过程的核衰变方程；
(2)光子的波长为多少？
(3)若不计光子的动量，则α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU为多少？
(4)若不计光子的动量，则α粒子的动能为多少(钚核质量m1＝238.999 65 u，铀核质量m2＝234.993 470 u，α粒子的质量为m3＝4.001 509 u，1 u相当于931.5 MeV)

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