高中物理滬科版5第五章核能與社會章末綜合測評5

章末綜合測評(五)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分.在每小題給出的五個選項中，有三項是符合題目要求的，選對1個得3分，選對2個得4分，選對3個得6分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分.)1.關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是重核裂變【解析】據(jù)核反應(yīng)各類型特點可知：A、D項均為衰變，A中放出α粒子，A正確，D錯誤.B項為人工轉(zhuǎn)變，B錯誤；C項為輕核聚變，E項為重核裂變反應(yīng)，C、E正確.【答案】ACE2.下列說法中正確的是()A.采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期B.放射性元素的半衰期不會隨物理或化學(xué)條件的變化而變化C.約里奧—居里夫人用α粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)了中子D.原子核所含核子單獨(dú)存在時的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核決定，與化學(xué)、物理狀態(tài)無關(guān)，故選項A錯誤，B正確；由物理學(xué)史可知中子是由查德威克發(fā)現(xiàn)的，選項C錯誤；核子結(jié)合成原子核放出核能，因此原子核所含核子單獨(dú)存在時的總質(zhì)量大于核原子核的質(zhì)量，選項D正確；用α粒子轟擊氮核生成氧核和質(zhì)子是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗，E正確.【答案】BDE3.科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV，下列表述正確的有()是中子的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6C.兩個核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)E.兩個核反應(yīng)都有核能釋放，因此都有質(zhì)量虧損【解析】根據(jù)質(zhì)子數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X是中子，A正確；Y的質(zhì)子數(shù)為3，中子數(shù)為3，B錯誤；聚變放出能量，由質(zhì)能方程可知一定有質(zhì)量虧損，該反應(yīng)為核聚變反應(yīng)，C錯誤，D、E正確.【答案】ADE4.熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是()A.輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多B.對環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理C.熱核反應(yīng)的原料在地球上儲量豐富D.熱核反應(yīng)的速度容易控制E.就每個核子平均釋放的能量來說，熱核反應(yīng)比重核裂變時釋放的能量多【解析】不能說輕核聚變比重核裂變時釋放的能量多，但就每個核子平均釋放的能量來說，聚變反應(yīng)平均每個核子比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均為氫的同位素，在地球上儲量極為豐富，其放射性污染也較裂變輕.但是，目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生，還不能控制聚變反應(yīng)的速度、和平利用聚變時釋放的核能，綜上所述，B、C、E正確，A、D錯誤.【答案】BCE5.質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H的“鏡像核”，同樣eq\o\al(3,1)H也是eq\o\al(3,2)He的“鏡像核”，則下列說法正確的是()\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C.β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時放出一個電子D.核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變E.核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中雖有α粒子，但該反應(yīng)屬于輕核聚變【解析】根據(jù)“鏡像核”的定義，eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”，選項B正確，A錯誤；β衰變的本質(zhì)是一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時放出一個電子，選項C正確；核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中雖有α粒子，但該反應(yīng)是聚變反應(yīng)，選項D錯誤，E正確.【答案】BCE6.下列說法中正確的是()A.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)B.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，所以重核裂變要放出能量C.只要有核反應(yīng)發(fā)生，就一定會釋放出核能D.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，重核中中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù)E.輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，重核中中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)【解析】太陽的能量來自輕核聚變放出的能量，A正確.中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，B正確.核反應(yīng)是否釋放能量取決于反應(yīng)前后是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，C錯誤.隨核子數(shù)增加，若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多，D錯誤，E正確.【答案】ABE二、非選擇題(本題共5小題，共64分，按題目要求作答)7.(2023·江蘇高考)(8分)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，eq\o\al(235,92)U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,92)U受一個中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產(chǎn)生________個中子.要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積.【解析】核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即產(chǎn)生3個中子.臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積.【答案】3大于8.(12分)1993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(202,)78Pt，制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹eq\o\al(9,4)Be產(chǎn)生快中子，核反應(yīng)方程：_____________；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(204,)80Hg，反應(yīng)過程可能有兩種：①生成eq\o\al(202,)78Pt，放出氦原子核，核反應(yīng)方程：_____________________；②生成eq\o\al(202,)78Pt，放出質(zhì)子、中子，核反應(yīng)方程：___________________________________________________________；(3)生成的鉑eq\o\al(202,)78Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞eq\o\al(202,)80Hg，核反應(yīng)方程：________________________________________________.【答案】(1)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n(2)①eq\o\al(204,)80Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,)78Pt＋eq\o\al(3,2)He②eq\o\al(204,)80Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,)78Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(202,)78Pt→eq\o\al(202,)79Au＋0－1e；eq\o\al(202,)79Au→eq\o\al(202,)80Hg＋0－1e9.(12分)同位素原子在許多方面有著廣泛的應(yīng)用，1934年，科學(xué)家在用α粒子轟擊鋁箔時，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子，更意外的是，拿走α放射源時，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍能繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性隨時間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣，也有一定的半衰期.【導(dǎo)學(xué)號：67080049】(1)寫出α粒子轟擊鋁eq\o\al(27,13)Al產(chǎn)生中子的核反應(yīng)方程式；(2)上述產(chǎn)生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，寫出其產(chǎn)生正電子的核反應(yīng)方程式；(3)簡要說明放射性同位素的應(yīng)用，并至少舉出兩個實際應(yīng)用的例子.【解析】(1)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.(2)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.(3)利用射線輻射育種，作為示蹤原子，檢查管道等.【答案】見解析10.(2023·海南高考)(16分)運(yùn)動的原子核eq\o\al(A,Z)X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速.求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及α粒子的動能.【解析】設(shè)衰變前原子核eq\o\al(A,Z)X的速度為v0，衰變后放出的α粒子的速度為v，由動量守恒有：Mv0＝m2v再由反應(yīng)中能量守恒有eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)m2v2－ΔE由愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE＝Δmc2而Δm＝M－(m1＋m2)解之有ΔE＝eq\f(1,2)m2v2－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,0)＝[M－(m1＋m2)]c2＝(M－m1－m2)c2Ekα＝eq\f(1,2)m2v2＝eq\f(MΔE,M－m2)＝eq\f(MM－m1－m2,M－m2)c2.【答案】(M－m1－m2)c2eq\f(MM－m1－m2,M－m2)c211.(16分)足夠強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場中有一個原來靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn，它放射出一個α粒子后變?yōu)镻o核.假設(shè)放出的α粒子運(yùn)動方向與磁場方向垂直，求：(1)α粒子與Po核在勻強(qiáng)磁場中的徑跡圓半徑之比，畫出它們在磁場中運(yùn)動軌跡的示意圖；(2)α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與α粒子運(yùn)動周期的關(guān)系；(設(shè)質(zhì)子和中子質(zhì)量相等)(3)若某種放射性元素在勻強(qiáng)磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變，則β粒子和反沖核在磁場中運(yùn)動軌跡的示意圖與上述α衰變軌跡示意圖有何不同？【解析】(1)氡核經(jīng)α衰變的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，衰變的極短過程系統(tǒng)動量守恒，設(shè)α粒子速度方向為正，則由動量守恒定律0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPoα粒子與反沖核在勻強(qiáng)磁場中，洛倫茲力提供勻速圓周運(yùn)動的向心力qvB＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(1,q)，故eq\f(rα,rPo)＝eq\f(qPo,qα)＝eq\f(84,2)＝eq\f(42,1)，示意圖如圖甲所示.(2)它們在磁場中運(yùn)動的周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)∝eq\f(m,q)，它們的周期之比為eq\f(Tα,TPo)＝eq\f(mα,mPo)·eq\f(qPo,qα)＝eq\f(4,218)·eq\f(84,2)＝eq\