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章末測(cè)評(píng)驗(yàn)收卷(五)　原子核　(滿(mǎn)分：100分)
一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。)
1.能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一。下列核反應(yīng)方程及其表述都正確的是(　　)
He＋Al→P＋H是原子核的人工轉(zhuǎn)變
F＋H→O＋He是α衰變
H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)
U→Sr＋Xe＋3n是核裂變反應(yīng)
2.(2023·廣東卷，1)理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過(guò)程，受核反應(yīng)C＋Y→O的影響。下列說(shuō)法正確的是(　　)
Y是β粒子，β射線(xiàn)穿透能力比γ射線(xiàn)強(qiáng)
Y是β粒子，β射線(xiàn)電離能力比γ射線(xiàn)強(qiáng)
Y是α粒子，α射線(xiàn)穿透能力比γ射線(xiàn)強(qiáng)
Y是α粒子，α射線(xiàn)電離能力比γ射線(xiàn)強(qiáng)
3.太陽(yáng)內(nèi)部有多種熱核反應(yīng)，其中的一個(gè)反應(yīng)方程是H＋H→He＋X，若已知H的質(zhì)量為m1，H的質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，則下列說(shuō)法正確的是(　　)
X是質(zhì)子
X是電子
這個(gè)反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
H和H在常溫下就能夠發(fā)生聚變
4.在測(cè)定年代較近的湖泊沉積物形成年份時(shí)，常利用沉積物中半衰期較短的，其衰變方程為Pb→Bi＋X。以下說(shuō)法正確的是(　　)
衰變方程中的X是電子
升高溫度可以加快Pb的衰變
Pb與Bi的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損
方程中的X來(lái)自Pb內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化
5.(2023·6月浙江選考，5)“玉兔二號(hào)”裝有核電池，不懼漫長(zhǎng)寒冷的月夜，核電池將Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能。Pu的衰變方程為Pu→U＋He，則(　　)
衰變方程中的X等于233 　　　　　He的穿透能力比γ射線(xiàn)強(qiáng)
Pu比U的比結(jié)合能小 　　　　　月夜的寒冷導(dǎo)致Pu的半衰期變大
6.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)靜止的氡原子核(Rn)，衰變過(guò)程中放出一個(gè)粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)外切的圓，大圓與小圓的半徑之比為42∶1，則氡核的衰變方程是(　　)
Rn→Fr＋e 　　　　　　Rn→Po＋He
Rn→At＋e 　　　　　　Rn→At＋H
7.1964年10月16日15時(shí)，鄧稼先先生帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第一顆原子彈在中國(guó)大地成功試爆。原子彈的原理是U裂變生成Kr和Ba，從而產(chǎn)生巨大能量，若已知U、Kr和Ba原子核的質(zhì)量分別為m0、m1、m2，中子的質(zhì)量為m。下列關(guān)于原子彈的相關(guān)知識(shí)正確的是(　　)
U裂變的核反應(yīng)方程為U→Kr＋Ba＋2n
一個(gè)U原子核裂變時(shí)產(chǎn)生的熱量為(m0－m1－m2－2m)c2
原子彈爆炸中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的體積有關(guān)
U原子核的比結(jié)合能為
二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分。)
8.氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一。已知Rn的半衰期約為3.8天。則(　　)
若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小
經(jīng)過(guò)15.2天，16 g的Rn衰變后還剩1 g
Rn發(fā)生一次α衰變時(shí)，生成核與原來(lái)的原子核相比，中子數(shù)減少了2
一個(gè)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)Rn原子核的過(guò)程中，發(fā)生β衰變的次數(shù)為2次
9.太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核(H)結(jié)合成1個(gè)氦核(He)。表中列出了部分粒子的質(zhì)量(1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)，以下說(shuō)法中正確的是(　　)
粒子名稱(chēng) 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n
質(zhì)量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7
核反應(yīng)方程式為4H→He＋2e
核反應(yīng)方程式為4H→He＋2e
4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.046 6 u
聚變反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量約為24.8 MeV
10.2021年12月15日秦山核電站迎來(lái)了安全發(fā)電30周年，核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011 kW·h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周?chē)用窆帷Ｏ铝姓f(shuō)法正確的是(　　)
秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量
秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6 kg
核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度
反應(yīng)堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反應(yīng)
三、非選擇題(本題共5小題，共54分。)
11.(8分)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒子，問(wèn)
(1)(4分)這種粒子是什么粒子？
(2)(4分)P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)。1 mgP隨時(shí)間衰變的關(guān)系圖像如圖所示，請(qǐng)估算4 mg的P經(jīng)過(guò)幾天的衰變后還剩0.25 mg。
12.(8分)放射性同位素14C被考古學(xué)家稱(chēng)為“碳鐘”，它可用來(lái)測(cè)古生物體的年代，此項(xiàng)研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
(1)(5分)宇宙射線(xiàn)中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會(huì)形成C，C很不穩(wěn)定，易發(fā)生衰變，其半衰期為5 730年，放出β射線(xiàn)，試寫(xiě)出有關(guān)核反應(yīng)方程；
(2)(5分)若測(cè)得一古生物遺骸中C含量只有活體中的12.5%，則此遺骸距今約有多少年？
13.(10分)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量為2.014 u，氦核質(zhì)量為4.002 u。
(1)(6分)寫(xiě)出相應(yīng)的核反應(yīng)方程；
(2)(6分)求出1 kg氘完全結(jié)合成氦時(shí)可以釋放出的能量。已知阿伏加德羅常數(shù)NA為6.0×1023 mol－1，氘核的摩爾質(zhì)量為2 g/mol，1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
14.(12分)氡是一種放射性氣體，主要來(lái)源于不合格的水泥、墻磚、石材等建筑材料。呼吸時(shí)氡氣會(huì)隨氣體進(jìn)入肺部，氡衰變時(shí)放出α射線(xiàn)，這種射線(xiàn)像小“炸彈”一樣轟擊肺細(xì)胞，使肺細(xì)胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病等。若有一靜止的氡核Rn發(fā)生α衰變，放出一個(gè)速度為v0、質(zhì)量為m的α粒子和一個(gè)質(zhì)量為M的反沖核釙Po，此過(guò)程動(dòng)量守恒，若氡核發(fā)生衰變時(shí)，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動(dòng)能。
(1)(4分)寫(xiě)出衰變方程；
(2)(4分)求出反沖核釙的速度(計(jì)算結(jié)果用題中字母表示)；
(3)(6分)求出這一衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損(計(jì)算結(jié)果用題中字母表示)。
15.(16分)核電站利用核反應(yīng)堆工作，鈾核U裂變生成鋇核Ba和氪核Kr。在一個(gè)反應(yīng)堆中用石墨作慢化劑使快中子減速。碳核的質(zhì)量是中子的12倍，假設(shè)中子與碳核的每次碰撞都是彈性正碰，而且認(rèn)為碰撞前碳核都是靜止的。
(1)(4分)試完成鈾核裂變反應(yīng)方程：
U＋n→Ba＋Kr＋3n；
(2)(6分)已知U、Ba、Kr核以及中子的質(zhì)量分別是235.043 9 u，140.913 9 u，91.897 3 u和1.008 7 u，計(jì)算一個(gè)鈾核裂變放出的核能。1 u＝1.66×10－27 kg，c＝3.0×108 m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；
(3)(6分)設(shè)碰撞前中子的動(dòng)能是E0，經(jīng)過(guò)一次碰撞，中子失去的動(dòng)能是多少。
章末測(cè)評(píng)驗(yàn)收卷(五)　原子核
1.C　[A選項(xiàng)方程書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤，電荷數(shù)兩邊不相等，故A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)方程是人工轉(zhuǎn)變方程，故B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)方程是核聚變反應(yīng)，故C正確；D選項(xiàng)方程書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤，反應(yīng)物中應(yīng)該有中子，故D錯(cuò)誤。]
2.D　[根據(jù)核反應(yīng)方程滿(mǎn)足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，Y是α粒子(He)，三種射線(xiàn)的穿透能力是γ射線(xiàn)最強(qiáng)，α射線(xiàn)最弱；三種射線(xiàn)的電離能力是α射線(xiàn)最強(qiáng)，γ射線(xiàn)最弱，故D正確。]
3.C　[根據(jù)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X的電荷數(shù)是0，質(zhì)量數(shù)是1，所以X是中子，故A、B錯(cuò)誤；由質(zhì)能方程可知，這個(gè)反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；H和H只有在極高溫度下才能夠發(fā)生聚變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。]
4.A　[根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X是電子，A正確；放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；Pb與Bi 和電子X(jué)的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損，C錯(cuò)誤；方程中的X來(lái)自Pb內(nèi)中子向質(zhì)子的轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)誤。]
5.C　[由于核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，則X應(yīng)為234，A錯(cuò)誤；α射線(xiàn)的穿透能力比γ射線(xiàn)的穿透能力弱，B錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，則U的比結(jié)合能比Pu的比結(jié)合能大，C正確；放射性元素的半衰期與物理狀態(tài)以及化學(xué)狀態(tài)均無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤。]
6.B　[粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，有qvB＝m，解得r＝；粒子衰變過(guò)程中不受外力，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，放出的粒子和反沖核的動(dòng)量等大、反向，可知r＝∝；大圓與小圓的半徑之比為42∶1，放出的粒子與反沖核的電荷量之比為1∶42；根據(jù)電荷數(shù)守恒，放出的粒子是α粒子，則衰變方程應(yīng)該是Rn→Po＋He，B正確。]
7.C　[U的裂變需要高速中子轟擊，故其核反應(yīng)方程為U＋n→Kr＋Ba＋3n，A錯(cuò)誤；此核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損為Δm＝m0－m1－m2－2m，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知一個(gè)U原子核裂變時(shí)產(chǎn)生的能量為(m0－m1－m2－2m)c2，但此能量一部分為熱能，一部分轉(zhuǎn)化為其他原子核和中子的動(dòng)能，故一個(gè)U原子核裂變產(chǎn)生的熱量小于(m0－m1－m2－2m)c2，B錯(cuò)誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的體積有關(guān)，體積越大，則中子撞擊的幾率越大，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的幾率越大，且只有當(dāng)鈾塊的體積達(dá)到臨界體積時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能穩(wěn)定發(fā)生，C正確；比結(jié)合能指原子核分裂為核子所需的能量與其核子數(shù)的比值，并不是核裂變產(chǎn)生的能量與其核子數(shù)的比值，D錯(cuò)誤。]
8.BCD　[半衰期由原子核的種類(lèi)決定，與溫度等外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)15.2天，即4個(gè)半衰期，16 g的Rn衰變后還剩的原子核沒(méi)有衰變，即還剩1 g的Rn沒(méi)有衰變，故B正確；原子核經(jīng)過(guò)一次α衰變，電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，中子數(shù)減少2，故C正確；一個(gè)原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)原子核的過(guò)程中，質(zhì)量數(shù)減少16，則發(fā)生了4次α衰變，電荷數(shù)減少6，則發(fā)生β衰變的次數(shù)為2次，故D正確。]
9.AD　[根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒關(guān)系可知，A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)量虧損Δm＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u，根據(jù)質(zhì)能方程可知釋放的能量ΔE＝Δmc2≈24.8 MeV，C錯(cuò)誤，D正確。]
10.CD　[秦山核電站為核裂變核電站，A錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，核電站發(fā)電電能W＝6.9×1011 kW·h＝2.484×1018 J，設(shè)ΔE＝W，聯(lián)立解得Δm＝27.6 kg，但是還有冷卻水供熱部分能量導(dǎo)致的質(zhì)量虧損，故秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量大于27.6 kg，B錯(cuò)誤；為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度，需要在鈾棒之間插入鎘棒吸收過(guò)多中子控制反應(yīng)速度，C正確；核反應(yīng)堆中主要為核裂變反應(yīng)，存在的核反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n，D正確。]
11.(1)正電子(或e)　(2)56天
解析　(1)核反應(yīng)方程式為P→Si＋X，由質(zhì)量數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)為0，由電荷數(shù)守恒知X的電荷數(shù)為1，所以X為正電子(e)。
(2)由題圖知半衰期大約為14天，由公式0.25 mg＝4 mg×，
知t＝56天。
12.(1)N＋n→C＋H　C→N＋e　(2)17 190年
解析　(1)中子碰到氮原子發(fā)生核反應(yīng)，核反應(yīng)方程為
N＋n→C＋H
C的衰變方程為C→N＋e。
(2)依題意得＝12.5%，解得n＝3，則t＝5 730×3年＝17 190年。
13.(1)H＋H→He　(2)3.6×1027 MeV
解析　(1)核反應(yīng)的方程為H＋H→He。
(2)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦時(shí)釋放的能量
ΔE＝(2×2.014－4.002)×931.5 MeV＝24.22 MeV
1 kg氘中含有的氘核數(shù)
N＝NA＝×6.0×1023＝3.0×1026
1 kg氘完全結(jié)合成氦時(shí)可以釋放出的能量
E＝ΔE＝×24.22 MeV＝3.6×1027 MeV。
14.(1)Rn→Po＋He　(2)，方向與α粒子速度方向相反　(3)
解析　(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，衰變方程為Rn→Po＋He。
(2)核反應(yīng)過(guò)程動(dòng)量守恒，以α粒子的速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得mv0＋mv＝0
解得v＝－，負(fù)號(hào)表示方向與α粒子速度方向相反。
(3)衰變過(guò)程產(chǎn)生的能量
ΔE＝mv＋Mv2＝
由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2
解得Δm＝。
15.(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n　(2)3.2×10－11 J　(3)E0
解析　(1)根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得核反應(yīng)方程為
U＋n→Ba＋Kr＋3n。
(2)核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u
由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得一個(gè)鈾核裂變放出的能量為
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J。
(3)設(shè)中子和碳核的質(zhì)量分別為m和m0，碰撞前中子的速度為v0，碰撞后中子和碳核的速度分別為v和v′，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，可得
mv0＝mv＋m0v′
根據(jù)彈性碰撞中動(dòng)能守恒，可得E0＝mv＝mv2＋m0v′2
聯(lián)立解得v＝v0
已知m0＝12m，可得v＝－v0
則在碰撞過(guò)程中中子損失的動(dòng)能為ΔE＝mv－mv2＝E0。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(共31張PPT)
章末測(cè)評(píng)驗(yàn)收卷(五)
(時(shí)間：75分鐘　滿(mǎn)分：100分)
第五章　原子核
C
一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。)
1.能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一。下列核反應(yīng)方程及其表述都正確的是(　　)
解析　A選項(xiàng)方程書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤，電荷數(shù)兩邊不相等，故A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)方程是人工轉(zhuǎn)變方程，故B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)方程是核聚變反應(yīng)，故C正確；D選項(xiàng)方程書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤，反應(yīng)物中應(yīng)該有中子，故D錯(cuò)誤。
D
C
A
C
B
C
BCD
二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分。)
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粒子名稱(chēng) 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n
質(zhì)量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7
解析　根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒關(guān)系可知，A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)量虧損Δm＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u，根據(jù)質(zhì)能方程可知釋放的能量ΔE＝Δmc2≈24.8 MeV，C錯(cuò)誤，D正確。
CD
10.2021年12月15日秦山核電站迎來(lái)了安全發(fā)電30周年，核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011 kW·h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周?chē)用窆帷Ｏ铝姓f(shuō)法正確的是(　　)
13.(10分)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量為2.014 u，氦核質(zhì)量為4.002 u。
(1)寫(xiě)出相應(yīng)的核反應(yīng)方程；
(2)求出1 kg氘完全結(jié)合成氦時(shí)可以釋放出的能量。已知阿伏加德羅常數(shù)NA為6.0×1023 mol－1，氘核的摩爾質(zhì)量為2 g/mol，1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
(2)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦時(shí)釋放的能量
ΔE＝(2×2.014－4.002)×931.5 MeV＝24.22 MeV
1 kg氘中含有的氘核數(shù)
(2)核反應(yīng)過(guò)程動(dòng)量守恒，以α粒子的速度方向?yàn)檎较?br/>由動(dòng)量守恒定律得mv0＋mv＝0
(2)核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u
由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得一個(gè)鈾核裂變放出的能量為
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×1.66×10－27×(3×108)2 J≈3.2×10－11 J。
(3)設(shè)中子和碳核的質(zhì)量分別為m和m0，碰撞前中子的速度為v0，
碰撞后中子和碳核的速度分別為v和v′，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，
可得mv0＝mv＋m0v′
根據(jù)彈性碰撞中動(dòng)能守恒，可得

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