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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
第五章测评卷
(时间:75分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28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.下列关于放射性元素的半衰期的几种说法,正确的是(　　)
A.同种放射性元素,在化合物中的半衰期比单质中长
B.把放射性元素放在低温处,可以减缓放射性元素的衰变
C.放射性元素的半衰期与元素所处的物理状态和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核适用
D.钍的半衰期为24天,1 g钍经过120天后还剩0.2 g
2.2020年10月6日,三位科学家因为他们对宇宙中最奇特现象之一——黑洞的研究,而共享2020年的诺贝尔物理学奖.在物理学的发展过程中,许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程,1909年卢瑟福用X粒子轰击金箔,根据实验结果提出了原子的核式结构模型.下列核反应方程,涉及的未知粒子(X1、X2、X3、X4)中不是粒子X的是(　　)
A.X1Ben BTh Pa+X2
CH→X3n+17.6 MeV DTh+X4
3.如图为氢原子能级图,氢原子处于n=3能级上,可见光的能量范围为1.62~3.11 eV,则下列说法正确的是(　　)
A.一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线
B.氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁过程中发出的光为可见光
C.氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁过程中发出光的波长最长
D.用能量为0.70 eV的光子轰击该氢原子,可以使氢原子受激发而跃迁到n=4能级上
4.钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量,如图所示,其衰变方程为PuHe,并伴随γ光子辐射,则下列说法正确的是(　　)
A.核燃料总是利用比结合能小的核
B.核反应中γ光子的能量就是Pu核的结合能
CU核比Pu核更稳定,说明U核的结合能大
D.由于衰变时释放巨大能量,所以Pu核比U 核的比结合能大
5.大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等.下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A.Th衰变为Rn,经过3次α衰变,2次β衰变
BHen是α衰变方程Th→e是β衰变方程
CBaKr+n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程
D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为HeBe→n
6.1919年,卢瑟福发现了质子,其核反应方程为XH.该核反应过程中吸收的能量为Q.设X粒子的比结合能为E1,氮核的比结合能为E2,氧核的比结合能为E3,则下列说法正确的是(　　)
A.在核反应过程中,X表示He粒子
B.核反应过程中吸收的能量可以表示为Q=(4E1+14E2)-17E3
C.核反应过程中的质量亏损可以表示为
D.若X粒子以动能Ek轰击静止的N,若Ek=Q,则该核反应可以发生
7.关于核反应方程ThPa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成粒子),已知 Pa的半衰期为T,则下列说法正确的是(　　)
A.Pa没有放射性
BTh的比结合能为
C.N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE(N0数值很大)
DPa比Th多1个中子,X粒子是从原子核中射出的,此核反应为α衰变
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18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6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.对爱因斯坦的质能方程E=mc2的理解正确的是(　　)
A.虽然太阳不断地向外辐射能量,但它的总质量是不改变的
B.该公式能计算手电筒向外释放一定能量的光所减少的质量
C.运动物体满足质能方程,静止物体不满足质能方程
D.地球不断地吸收太阳辐射的能量,因此地球的总质量可能不断地增大
9.关于原子结构和核反应的说法正确的是(　　)
A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B.发现中子的核反应方程是BeHen
C.200个U的原子核经过两个半衰期后剩下50个U
D.据图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
10.放射性元素氡Rn)的半衰期为T,氡核放出一个X粒子后变成钋核Po),设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1,m2,m3,下列说法正确的是(　　)
A.该过程的核反应方程是RnPoHe
B.发生一次核反应释放的核能为(m2+m3-m1)c2
C.4 g氡经4T时间后,剩余氧原子的质量为1 g
D.钋核的比结合能比氡核的比结合能大
三、非选择题(本题共5小题,共54分.按题目要求作答.计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
11.(6分)下列核反应方程,属于α衰变的是　　　　,属于β衰变的是　　　　,属于裂变的是　　　　,属于聚变的是　　　　.(填正确答案标号)
A.e
BThHe
CHeH
DXeSr+n
EHen
12.(10分)人类对原子结构的认识,涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想.
(1)1897年,汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况(图甲),断定阴极射线是　　　　(选填“电磁波”或“电子”),进而认为原子是一个球体提出原子“西瓜模型”或“　　　　模型”.
(2)1909年,卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验(图乙),提出了原子核式结构模型.下列对此实验与模型的说法,正确的是　　　　(多选).
A.α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
B.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,主要是因为电子的质量太小
C.极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转,是因为其受到金原子核的强库仑斥力
D.α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
(3)1913年,玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了自己的原子结构假设,即　　　　量子化、定态和跃迁等概念,并成功地解释了图丙中　　　　(选填“氢原子”“氦原子”或“汞原子”)光谱的分立特征的实验规律.
13.(10分)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电,氘核聚变反应是两个H核生成一个He核和一个n,已知H的质量为2.013 6 uHe的质量为3.015 0 un的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.
(1)写出氘核聚变反应方程式;
(2)两个氘核聚变反应中释放的核能约为多少 MeV (保留两位有效数字)
14.(12分)已知氢原子的能级公式为En=,其中基态能级E1=-13.6 eV,n=1、2、3…,现有一群氢原子处于n=4的激发态,它们自发地向低能级跃迁.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s.
(1)这群氢原子可辐射出几种不同频率的光子
(2)求辐射的光子波长的最大值(结果保留两位有效数字).
(3)图中a、b、c分别表示氢原子的三种跃迁,试推导相应辐射光子的波长λa、λb与λc的关系.
15.(16分)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子,而铀核激发态U*立即衰变为铀核U,并放出能量为Eγ=0.097 MeV的γ光子.已知Pu的质量mPu为239.052 1 u、U的质量mU 为235.043 9 u和α粒子的质量mα为4.002 6 u且1 u相当于931.5 MeV的能量.
(1)写出衰变方程.
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能是多少.
参考答案
第五章测评卷
1.C　放射性元素的半衰期只取决于原子核的内部因素,与其是单质还是化合物无关,与其所处的物理、化学状态也无关,故A、B错误;半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核适用,对于少量的原子核不适用,故C正确;钍的半衰期为24天,1 g钍经过120天后,发生5次衰变,根据m=m0=0.031 25 g,选项D错误.
2.B　因为卢瑟福用的是α粒子轰击金箔,即He,根据核反应遵循电荷守恒和质量数守恒可知,X1、X3、X4是α粒子He),而X2是电子e),不是α粒子,A、C、D错误,B正确.
3.B　一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,先由n=3能级跃迁到n=2能级,再由n=2能级跃迁到n=1能级时,产生的谱线最多为2种,故A错误;由n=3能级跃迁到n=2能级时,释放能量为E3-E2=1.89 eV,由题意可知此时发出的光为可见光,故B正确;氢原子由n=3能级跃迁到n=1能级时能量差最大,发出的光子的频率最大,波长最短,故C错误;只有入射光子的能量等于n=3和n=4两能级的能量差时才能使氢原子受激发而跃迁到n=4能级上,n=3和n=4两能级的能量差为0.66 eV,故D错误.
4.A　由于比结合能越小的核越不稳定,越容易发生核反应释放能量,所以核燃料总是利用比结合能小的核,故A正确;核反应中,反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差就是该次核反应所释放(或吸收)的核能,所以题设核反应中Pu的结合能等于He和U的总结合能与核反应所释放的核能之和,不仅仅等于γ光子的能量,故B错误U比Pu核更稳定,说明U的比结合能大,故C错误;衰变时释放巨大能量,说明Pu核比U核的结合能大,故D错误.
5.A　根据质量数守恒,可得α衰变的次数为x==3,根据电荷数守恒,可得β衰变的次数为y=86+2x-90=2,A正确Hen是核聚变,B错误;BaKr+n是核裂变方程,也是原子弹的核反应方程,C错误;高速运动的α粒子轰击铍核可从氮核中打出中子,D错误.
6.B　根据核反应中,质量数守恒与电荷数守恒,可知X表示He粒子,A错误;比结合能为原子核的结合能与核子数比,单独核子无结合能,则有Q+4E1+14E2=17E3,解得Q=(4E1+14E2)-17E3,B正确;由爱因斯坦方程ΔE=Δmc2,解得Δm=,又ΔE=17E3-(4E1+14E2)=-Q,故Δm=,C错误;若X粒子以动能Ek轰击静止的N,说明X粒子具有动量,由动量守恒可知,反应后的总动量不为零,生成物也具有动量,故也有动能,该生成物的动能为Ek1,则有Ek1=Ek-Q,D错误.
7.C　质量数较大的核均有放射性,A错误Th的结合能是234个核子结合成Th时放出的能量,该能量不是它衰变时放出的能量ΔE,故比结合能不是,B错误;经2个半衰期还剩没发生衰变,发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE,C正确;由电荷数守恒可知X为电子,X粒子是原子核中的一个中子转变为质子时射出的,此核反应为β衰变,故Pa比Th少1个中子,D错误.
8.BD　太阳释放出大量能量,质量减小,故A错误;该公式能计算手电筒向外释放一定能量的光所减少的质量,故B正确;所有物体均满足质能方程,故C错误;若地球向外辐射的能量小于从外界获得的能量,那么地球的质量将不断增大,故D正确.
9.AB　卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,故A正确;发现中子的核反应方程是Be+n,故B正确;半衰期是大量原子核的统计规律,对少数粒子无意义,故C错误;据图可知,原子核D和E聚变成原子核F,有质量亏损,要释放能量,故D错误.
10.AD　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,该过程的核反应方程是RnPoHe,选项A正确;发生一次核反应释放的核能为(m1-m2-m3)c2,选项B错误;4 g氡经4T时间后,剩余氧原子的质量为4× g=0.25 g,选项C错误;因反应放出核能,则钋核的比结合能比氡核的比结合能大,选项D正确.
11.答案 B　A　D　E
解析 属于α衰变的是ThHe,所以选B.属于β衰变的是e,所以选A.属于裂变的是U+XeSr+n,所以选D.属于聚变的是H→n,所以选E.
12.答案 (1)电子　枣糕　(2)CD　(3)轨道　氢原子
解析 (1)1897年,汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况(图甲),断定阴极射线是高速飞行的电子流;汤姆孙认为原子是一个球体提出原子“葡萄干布丁模型”或“枣糕模型”.
(2)α粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子,也不会证实原子核由质子和中子组成,故A错误;绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,主要是因为原子内部绝大部分空间是空的,故B错误;极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转,是因为其受到金原子核的强库仑斥力,故C正确;α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上,故D正确.
(3)1913年,玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了自己的原子结构假设,即轨道量子化、定态和跃迁等概念,并成功地解释了图丙中氢原子光谱的分立特征的实验规律.
13.答案 (1Hen　(2)3.3 MeV
解析 (1)“人造太阳”核聚变反应方程是
Hen.
(2)反应的质量亏损Δm=2mD-mHe-mn=(2×2.013 6-3.015 0-1.008 7)u=0.003 5 u
该反应中释放的能量
ΔE=Δmc2=0.003 5×931 MeV=3.3 MeV.
14.答案 (1)6　(2)1.9×10-6 m　(3)
解析 (1)设一群氢原子处于n=4的激发态,自发跃迁时可辐射出N种不同频率的光子,则有N=
解得N=6.
(2)氢原子从n=4向n=3能级跃迁时辐射出的光子能量最小,波长最大,则有E3=,E4=
h=E4-E3
解得lm=1.9×10-6 m.
(3)氢原子在三种跃迁a、b、c所辐射的光子能量分别记作Ea、Eb、Ec,它们满足Eb=Ea+Ec
h=h+h
所以有.
15.答案 (1PuU+α+γ　(2)5.034 MeV
解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为U*+α
U*U+γ
故衰变方程为PuU+α+γ.
(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm=mPu-mU-mα
根据质能方程可知,放出的能量为ΔE=c2·Δm
这些能量是铀核U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和,即有ΔE=EU+Eα+Eγ
所以可得EU+Eα=(mPu-mU-mα)c2-Eγ
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα,由动量守恒有mUvU=mαvα
又由动能的定义知EU=mU
Eα=mα
根据动能与动量的关系,可得Ek=
联立可得
所以,可得Eα=[(mPu-mU-mα)c2-Eγ]
代入数据可得Eα=5.034 MeV.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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