2022-2023學年魯科版（2019）選擇性必修第三冊第4章原子核與核能章末綜合測評（含解析）(分值：100分)1．(4分)在人類認識原子與原子核結構的過程中，符合物理學史的是()A．查德威克通過實驗證實了盧瑟福關于中子的猜想是正確的B．湯姆孫首先提出了原子的核式結構模型C．居里夫人首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象D．玻爾通過原子核的人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子A[盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并提出了原子的核式結構模型，B、D錯誤；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象說明原子核有復雜結構，C錯誤；選項A正確。]2．(4分)從原子核中能放出α、β、γ射線，關于原子核的組成，以下說法中正確的是()A．原子核中，只有質(zhì)子和中子B．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有α粒子C．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有β粒子D．原子核中，有質(zhì)子、中子，還有γ粒子A[原子核中，只有質(zhì)子和中子，在β衰變中，核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時釋放一個電子，在α衰變中，核內(nèi)的兩個質(zhì)子和兩個中子作為整體即α粒子從原子核中拋出，在發(fā)生α衰變和β衰變過程中伴隨能量以γ粒子的形式放出，故選A。]3．(4分)硼10俘獲1個α粒子，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不穩(wěn)定的，它放出y粒子變成碳13，那么，x粒子和y粒子分別為()A．中子和正電子 B．中子和電子C．質(zhì)子和正電子 D．質(zhì)子和中子A[由核反應方程eq\o\al(\s\up11(10),\s\do4(5))B＋eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He→eq\o\al(\s\up11(13),\s\do4(7))N＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n，eq\o\al(\s\up11(13),\s\do4(7))N→eq\o\al(\s\up11(13),\s\do4(6))C＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e，選項A正確。]4．(4分)太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子。若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向()A．一定與μ子同方向B．一定與μ子反方向C．一定與μ子在同一直線上D．不一定與μ子在同一直線上C[中微子衰變成μ子和τ子，滿足動量守恒，μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，τ子必定也在這條直線上，C正確。]5．(4分)英國物理學家盧瑟福用α粒子(eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He)轟擊氮原子核(eq\o\al(\s\up11(14),\s\do4(7))N)，產(chǎn)生一個質(zhì)子(eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H)和一種新原子核，是人類第一次實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變。關于產(chǎn)生的新原子核，下列說法正確的是()A．電荷數(shù)是7 B．電荷數(shù)是9C．質(zhì)量數(shù)是16 D．質(zhì)量數(shù)是17D[由題意可知，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程eq\o\al(\s\up11(14),\s\do4(7))N＋eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He→eq\o\al(\s\up11(17),\s\do4(8))O＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H，在核反應中，由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，氧原子核的電荷數(shù)是8，質(zhì)量數(shù)是17，所以A、B、C錯誤，D正確。故選D。]6．(4分)一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核的反應方程是eq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(1))H＋eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(1))H→eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n，此反應過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm。已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c。若1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應生成氦，則在這個核反應中釋放的能量為()A．eq\f(1,2)NAΔmc2 B．NAΔmc2C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2B[一個氘核和一個氚核結合成一個氦核時，釋放出的能量為Δmc2，1mol的氘核和1mol的氚核結合成1mol的氦核釋放能量為NAΔmc2，B正確。]7．(4分)典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時放出x個中子：eq\o\al(\s\up11(235),\s\do4(92))U＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n→eq\o\al(\s\up11(144),\s\do4(56))Ba＋eq\o\al(\s\up11(89),\s\do4(36))Kr＋xeq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n，鈾235質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，鋇144質(zhì)量為m3，氪89的質(zhì)量為m4，下列說法正確的是()A．該核反應類型屬于人工轉(zhuǎn)變B．該反應放出能量(m1－2m2－m3－m4)c2C．x的值是2D．該核反應比聚變反應對環(huán)境的污染少B[該核反應是核裂變，不是人工轉(zhuǎn)變，故A錯誤；核反應方程eq\o\al(\s\up11(235),\s\do4(92))U＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n→eq\o\al(\s\up11(144),\s\do4(56))Ba＋eq\o\al(\s\up11(89),\s\do4(36))Kr＋xeq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n中根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，該反應放出能量為ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B正確，C錯誤；該核反應生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯誤。]8．(4分)中科院近代物理研究所利用蘭州重離子加速器(HIRFL)通過“熔合蒸發(fā)”反應合成超重核eq\o\al(\s\up11(271),\s\do4(110))Ds并輻射出中子。下列可能合成該超重核的原子核組合是()A．eq\o\al(\s\up11(64),\s\do4(28))Ni，eq\o\al(\s\up11(208),\s\do4(82))Pb B．eq\o\al(\s\up11(64),\s\do4(28))Ni，eq\o\al(\s\up11(209),\s\do4(83))BiC．eq\o\al(\s\up11(64),\s\do4(28))Ni，eq\o\al(\s\up11(207),\s\do4(82))Pb D．eq\o\al(\s\up11(64),\s\do4(28))Ni，eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))BiA[根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有Z1＋Z2＝110，A1＋A2＝271＋1＝272將選項代入檢驗得只有A符合。故選A。]9．(6分)1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(27))Co的衰變來驗證，其核反應方程是eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(27))Co→eq\o\al(\s\up11(A),\s\do4(Z))Ni＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e＋eq\o(υ,\s\up6(－))。其中eq\o(υ,\s\up6(－))是反中微子，它的電荷量為零，靜止質(zhì)量可認為是零。(1)在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物eq\o\al(\s\up11(A),\s\do4(Z))Ni的質(zhì)量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________。(2)在衰變前eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(27))Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e的運動徑跡不在一條直線上，如果認為衰變產(chǎn)物只有Ni和eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e，那么衰變過程將違背________守恒定律。(3)eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(27))Co是典型的γ放射源，可用于作物誘變育種。我國應用該方法培育出了許多農(nóng)作物新品種，如棉花高產(chǎn)品種“魯棉1號”，年種植面積曾達到3000多萬畝，在我國自己培育的棉花品種中栽培面積最大。γ射線處理作物后主要引起________，從而產(chǎn)生可遺傳的變異。[解析](1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，核反應方程為eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(27))Co→eq\o\al(\s\up11(60),\s\do4(28))Ni＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e＋eq\o(υ,\s\up6(－))，由此得出兩空分別為60和28。(2)衰變過程遵循動量守恒定律。原來靜止的核動量為零，分裂成兩個粒子后，這兩個粒子的動量和應該還是零，則兩粒子徑跡必在同一直線上?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)Ni和eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e的運動徑跡不在同一直線上，如果認為衰變產(chǎn)物只有Ni和eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e，就一定會違背動量守恒定律。(3)用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發(fā)生突變，從而培育出優(yōu)良品種。[答案](1)6028(2)動量(3)基因突變10．(4分)(多選)一靜止的鋁原子核eq\o\al(\s\up11(27),\s\do4(13))Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(\s\up11(28),\s\do4(14))Si*。下列說法正確的是()A．核反應方程為p＋eq\o\al(\s\up11(27),\s\do4(13))Al→eq\o\al(\s\up11(28),\s\do4(14))Si*B．核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C．核反應前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應物的質(zhì)量之和D．硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致ABD[核反應過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應方程為p＋eq\o\al(\s\up11(27),\s\do4(13))Al→eq\o\al(\s\up11(28),\s\do4(14))Si*，A正確；核反應過程中遵從動量守恒和能量守恒，B正確；核反應中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應物的質(zhì)量之和，C錯誤；根據(jù)動量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，D正確。]11．(4分)(多選)放射性元素eq\o\al(\s\up11(238),\s\do4(92))U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi，而eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi可以經(jīng)過一次衰變變成eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(a))X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)過一次衰變變成eq\o\al(\s\up11(b),\s\do4(81))Tl，eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(a))X和eq\o\al(\s\up11(b),\s\do4(81))Tl最后都變成eq\o\al(\s\up11(206),\s\do4(82))Pb，衰變路徑如圖所示。則()A．a(chǎn)＝84B．b＝206C．eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(a))X是β衰變，eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(b),\s\do4(81))Tl是α衰變D．eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(a))X是α衰變，eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(b),\s\do4(81))Tl是β衰變ABC[由eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(a))X，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時知a＝84。由eq\o\al(\s\up11(210),\s\do4(83))Bi→eq\o\al(\s\up11(b),\s\do4(81))Tl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時知b＝206。故A、B、C正確。]12．(4分)(多選)“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個核外電子，核內(nèi)一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱雍怂プ兂梢粋€新核，并且放出一個中微子(其質(zhì)量小于電子質(zhì)量且不帶電)。若一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動量可不計)，則()A．生成的新核與衰變前的原子核質(zhì)量數(shù)相同B．生成新核的核電荷數(shù)增加C．生成的新核與衰變前的原子核互為同位素D．生成的新核與中微子的動量大小相等AD[質(zhì)子與中子的質(zhì)量數(shù)相同，所以發(fā)生“軌道電子俘獲”后新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，A正確；新核質(zhì)子數(shù)減少，故核電荷數(shù)減少，B錯誤；新核與原核質(zhì)子數(shù)不同，不能稱它們互為同位素，C錯誤；以靜止原子核及被俘獲電子為系統(tǒng)，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)初動量為零，所以生成的新核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確。]13．(4分)(多選)月球土壤里大量存在著一種叫作“氦3(eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He)”的化學元素，這是熱核聚變的重要原料。關于“氦3(eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He)”與氘核的聚變，下列說法正確的是()A．核反應方程為eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He＋eq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(1))H→eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))HB．核反應生成物的質(zhì)量將大于反應物的質(zhì)量C．“氦3(eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He)”一個核子的結合能小于氦4(eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He)一個核子的結合能D．“氦3(eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He)”的原子核與一個氘核發(fā)生聚變將放出能量ACD[A選項中的核反應方程就是eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He和eq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(1))H發(fā)生核聚變的方程，在生成eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He和eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H的同時釋放大量的能量，A正確；由于核反應的過程中釋放大量的能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知生成物的質(zhì)量小于反應物的質(zhì)量，B錯誤；質(zhì)量中等的核的比結合能最大，故使重核裂變?yōu)閮蓚€質(zhì)量中等的核或使輕核聚變，都可使核更為穩(wěn)定并放出能量，eq\o\al(\s\up11(3),\s\do4(2))He一個核子的結合能小于eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He一個核子的結合能，C、D正確。]14．(6分)太陽能量來源于太陽內(nèi)部氫核的聚變，設每次聚變反應可以看作是4個氫核eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H結合成1個氦核eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He，同時釋放出正電子eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e；已知氫核的質(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c。則每次核反應中的質(zhì)量虧損________及氦核的平均結合能________。[解析]根據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒，可知生成了2個正電子，所以質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me。根據(jù)E＝Δmc2可知，產(chǎn)生的能量E＝(4mp－mα－2me)c2，所以氦核的平均結合能E′＝eq\f(E,4)＝eq\f(（4mp－mα－2me）c2,4)。[答案]4mp－mα－2meeq\f(（4mp－mα－2me）c2,4)15．(8分)運動的原子核eq\o\al(\s\up11(A),\s\do4(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粒子的速度遠小于光速。求反應后與反應前的總動能之差以及α粒子的動能。[解析]衰變方程是eq\o\al(\s\up11(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up11(A－4),\s\do4(Z－2))Y＋eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He，設原子核X和α粒子的動量、動能分別為p0和p2、E0和E2，根據(jù)動量守恒定律有p0＝p2，由粒子動能與動量的關系E0＝eq\f(peq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),2M)，E2＝eq\f(peq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),2m2)，根據(jù)能量守恒，反應后與反應前的總動能之差ΔEk＝E2－E0＝(M－m1－m2)c2，聯(lián)立以上各式解得E2＝eq\f(M（M－m1－m2）,M－m2)c2。[答案]ΔEk＝(M－m1－m2)c2eq\f(M,M－m2)(M－m1－m2)c216．(10分)太陽能資源，不僅包括直接投射到地球表面上的太陽輻射能，而且也包括所有礦物燃料能、水能、風能等間接的太陽能資源，嚴格地說，除了地熱能、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部來自太陽能，太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應，這種核反應釋放出的能量就是太陽的能源。(1)寫出核反應方程；(2)若mH＝1.0073u，mHe＝4.0026u，me＝0.00055u，則該反應中的質(zhì)量虧損是多少？(3)如果1u相當于931.5MeV的能量，則該反應中釋放的能量是多少？(4)由于核反應中的質(zhì)量虧損，太陽的質(zhì)量緩慢減少，與現(xiàn)在相比，在很久很久以前，地球公轉(zhuǎn)的周期是“較長”還是“較短”，并說明理由(假設地球公轉(zhuǎn)半徑不變)。[解析](1)4eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H→eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He＋2eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e。(2)核反應的質(zhì)量虧損為Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.0073u－4.0026u－2×0.00055u＝0.0255u。(3)該核反應釋放的能量為ΔE＝0.0255×931.5MeV＝23.75325MeV。(4)在很久很久以前，太陽的質(zhì)量比現(xiàn)在的大，太陽和地球間的萬有引力比現(xiàn)在的大，由F＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up10(2)R可知，很久很久以前，地球公轉(zhuǎn)的周期較短。[答案](1)4eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H→eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He＋2eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e(2)0.0255u(3)23.75325MeV(4)見解析17．(10分)為測定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素的半衰期為2天，10天以后從水庫取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？[解析]由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比出發(fā)，運用半衰期知識可求出存水量。設放射性同位素原有質(zhì)量為m0，10天后其剩余質(zhì)量為m，水庫存水量為Q，10天后每立方米水中放射性元素的存量為eq\f(m,Q)，由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比eq\f(m0,m/Q)＝eq\f(8×107,10)，即eq\f(10Q,8×107)＝