2026年人教版高中物理选择性必修第三册第5章检测试卷及答案

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第五章检测卷(时间:90分钟　满分:100分)一、单项选择题(本题共10小题,每小题3分,共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)1.下列有关原子结构和原子核的认识正确的是(　　)A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.83210Bi的半衰期是5天,100个 83210Bi经过10天后还剩下25个2.一个原子核为 83210Bi,关于这个原子核,下列说法正确的是(　　)A.核外有83个电子,核内有127个质子B.核外有83个电子,核内有83个质子C.核内有83个质子,210个中子D.核内有210个核子3.我国核聚变领域首席专家表示,可控核聚变技术研发已进入快车道,预计再过30年可以实现商用。下列相关描述正确的是(　　)A.核聚变过程中核子的总质量增加B.核聚变反应中释放的γ射线具有较强的穿透能力C.核反应 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核聚变D.原子弹是利用核聚变原理制成的4.医学上常用碘131标记玫瑰红钠盐和马尿酸钠作为肝、胆和肾等检查的扫描显像剂。已知碘131发生的是β衰变,其衰变方程为53131I→X+-10e,则X原子核内中子数为(　　)A.54B.77C.78D.1315.下列核反应方程正确的是(　　)A.铀238发生α衰变的核反应方程是 92238U→93234Np+-10eB.轻核聚变反应方程 12H+13H→24He+X中,X表示中子C.铀核裂变的一种核反应方程为 92235U →56144Ba+3689Kr+201nD.碳14发生β衰变的核反应方程为 614C →514B+-10e6.如图,一个原子核X经图中所示的14次衰变,其中有m次α衰变、n次β衰变,生成稳定的原子核Y,则(　　)A.m=8,n=6B.m=6,n=8C.m=4,n=10D.m=2,n=127.(2024·河北桃城区校级模拟)卢瑟福发现质子的过程可以用下列核反应方程表示:24He+714N→X+11H。已知 24He的相对原子质量为4.002 6 u,714N的相对原子质量为14.003 1 u,X的相对原子质量为16.999 1 u,11H的相对原子质量为1.007 3 u,中子的相对原子质量为1.008 7 u,1 u相当于931 MeV的能量。下列说法正确的是(　　)A.核反应方程中的X是氟的原子核B.该反应过程释放能量为0.651 7 MeVC.X的比结合能约为7.5 MeVD.该反应不满足能量守恒定律8.药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。服用某止痛药物后血浆中药物浓度的最大值为20 μg/mL,当药物浓度低于3 μg/mL时就要补充用药。若持续疼痛时,4~6 h要服用一次,由此可推断服用该止痛药物后血浆中药物浓度下降的半衰期约为(　　)A.1 hB.2 hC.3 hD.4 h9.一个静止的铀核 92232U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 　90228Th(原子质量为228.028 7 u)。已知1 u相当于931.5 MeV的能量,则(　　)A.释放出的核能约为5.50 MeVB.核反应过程中系统能量不守恒C.铀核 92232U的比结合能大于钍核 90228Th的比结合能D.若释放的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则α粒子的动能小于钍核的动能10.明宣德青花“一束莲”大盘如图所示,盘的内外口沿皆饰一周卷草纹,内壁绘制一圈缠枝花卉,有十三朵花,这十三朵花还分三种,有菊花、牡丹和莲花。外壁和内壁纹饰一样,盘心因塌底而呈下凹状,内底饰折枝莲,俗称“一束莲”。青料是苏泥渤青钴料,钴(Co)是银白色铁磁性金属元素,早期中国已将其应用于陶器釉料,烧成后形成黑色结晶斑,可以感到凹凸不平的感觉。2760Co衰变的核反应方程为2760Co→2860Ni+-10e,设其半衰期为τ,该核反应中释放出γ射线,2760Co、2860Ni、-10e的质量分别为m1、m2、m3,下列说法正确的是(　　)A.经过时间τ,1 000个 2760Co核中有500个已经发生了衰变B.该核反应中释放的能量为(m1-m2-m3)c2C.2760Co的中子数是60D.β粒子是 2760Co核外的电子电离形成的,β射线的穿透本领比γ射线强二、多项选择题(本题共3小题,每小题4分,共12分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)11.关于原子核的变化、核能及核力,下列说法正确的是(　　)A.核力是一种弱相互作用,只能发生在原子核内相邻核子之间B.某原子经过一次α衰变和两次β衰变后,核内质子数不变C.放射性原子核X发生衰变,衰变产物的结合能之和一定大于原来X的结合能D.原子核发生衰变时,不遵循能量守恒定律,但遵循动量守恒定律12.云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。天然放射性元素A的原子核静止放在匀强磁场中发生衰变,放射出粒子B并变成新原子核C,放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示。下列说法正确的是(　　)A.原子核衰变后,粒子B和新原子核C运动方向相同B.放射性元素A原子核发生的是α衰变C.磁场方向一定垂直纸面向外D.新原子核C在匀强磁场中运动的轨迹半径为R213.我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电,氘核聚变反应的方程为 12H+ 12Hx+01n。已知氘核的质量为m1,比结合能为E,中子的质量为m2,反应中释放的核能为ΔE,光速为c,下列说法正确的是(　　)A.要使该聚变反应发生,必须克服两氘核间巨大的库仑斥力B.反应产物x为 24HeC.x核的质量为ΔEc2+m2-2m1D.x核的比结合能为43E+ΔE3三、非选择题(本题共7小题,共58分)14.(6分)在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势,在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。核反应方程 92235U+01nBa+3692Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种, n为中子,X为待求粒子,a为X的个数,则X为　　　　,a=　　　　。以mU、mBa、mKr分别表示 92235U、56141Ba、3692Kr的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中传播的光速,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=　　　　　　　　　　　　　。 15.(6分)100年前,卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来,人们用α粒子轰击 2860Ni核也打出了质子,反应方程为 24He+2860NiCu+11H+X,该反应中的X是　　　(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能,目前人类获得核能的主要方式是　　　　　　(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。 16.(8分)贝克勒尔发现天然放射现象揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图所示,P为放在匀强电场中的天然放射源,其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。 (1)三种射线中,穿透能力最强,经常用来对金属探伤的是　　　　;电离作用最强,动量最大,经常用来轰击原子核的是　　　　。(均选填“A”“B”或“C”) (2)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程: 90234Th →91234Pa+　 　　　　　; 　　　　 +1327Al →1530P+01n。17.(8分)我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中,一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合生成一个氦核(24He),并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为E1,氚核的比结合能为E2,该核反应释放的核能为ΔE,真空中光速为c。(1)写出核反应方程并求出质量亏损。(2)求氦核的比结合能E3。18.(8分)核电池又称同位素电池,是利用放射性同位素衰变放出载能粒子并将其能量转换为电能的装置,我国发射的嫦娥四号月球着陆器配备了钚238核电池,该核电池使用的燃料为 94238Pu。一个静止的 94238Pu发生α衰变生成新核X,并放出γ射线。已知 　94238Pu的质量为m0,α粒子的质量为m1,动能为E1,新核X的质量为m2,动能为E2,光速为c,普朗克常量为h,假定核反应过程释放的核能全部转化为动能和γ射线的能量。(1)写出 94238Pu衰变的核反应方程。(2)求γ射线的频率。19.(10分)用中子轰击锂核(36Li)发生核反应,生成氚核和α粒子,并释放出核能。已知中子、氚核、α粒子、锂核的质量分别是mn=1.008 7 u,mH=3.016 1 u,mα=4.002 6 u,mLi=6.015 1 u,质量亏损1 u释放的核能为931.5 MeV。(1)请写出核反应方程。(2)设放出的能量全部由质量亏损获得,试求释放的核能。(结果保留1位小数)(3)若反应前中子以0.3 MeV的动能和锂核正碰,且碰撞前二者具有等大反向的动量,核反应中放出的核能全部转化动能,则反应后生成的α粒子和氚核的动能为多少?20.(12分)核电站利用核反应堆工作,铀核裂变生成钡核和氪核。在一个反应堆中用石墨作为慢化剂使快中子减速,碳核的质量是中子的12倍,假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰,而且认为碰撞前碳核都是静止的。(1)试完成铀核裂变反应方程:92235U+01nBa+36Kr+301n。(2)已知U、Ba、Kr核以及中子的质量分别是235.043 9 u,140.913 9 u,91.897 3 u和1.008 7 u,求一个铀核裂变放出的能量。(1 u=1.66×10-27 kg,c=3.0×108 m/s;结果保留2位有效数字)(3)设碰撞前中子的动能是E0,经过一次碰撞,中子失去的动能是多少?标准答案一、单选题1.答案:B解析:γ射线是光子流,选项A错误;氢原子辐射光子后,从高轨道跃迁到低轨道,其绕核运动的电子速度增大,动能增大,选项B正确;太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变,选项C错误;半衰期是对大量原子核得出的统计规律,对少数原子核不适用,选项D错误。2.答案:D解析:根据质量数=质子数+中子数,可知该原子核的质量数为210,质子数为83,则中子数为127,而质子与中子统称为核子,则核子数为210,但由于不知道其电性,因此不能确定核外电子数,选项D正确。3.答案:B解析:核聚变过程中存在质量亏损,选项A错误。γ射线波长短,能量高,具有较强的穿透能力,选项B正确。核反应 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂变,选项C错误。原子弹是利用核裂变原理制成的,选项D错误。4.答案:B解析: 53131I发生β衰变的方程为 53131I→54131Xe+-10e,则X原子核内中子数为131-54=77,选项B正确。5.答案:B解析:铀238发生α衰变的核反应方程是92238U→90234Tℎ+24He,选项A错误。根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X的核电荷数和质量数分别为Z=0,A=1,所以X表示中子,选项B正确。铀核裂变的一种核反应方程为 　92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,反应前后的中子数不可以约掉,选项C错误。碳14发生β衰变的核反应方程为614C→714N+-10e,选项D错误。6.答案:A解析:衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒,则有238=206+4m+n×0,92=82+2m-n,联立解得m=8,n=6,选项A正确。7.答案:C解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为4+14-1=17,核电荷数为2+7-1=8,即核反应方程中的X是 817O,选项A错误。核反应过程中满足能量守恒定律,存在质量亏损,亏损的质量为Δm=14.003 1 u+4.002 6 u-16.999 1 u-1.007 3 u=-0.000 7 u,可知该核反应过程吸收能量,为Q=|Δmc2|=0.000 7×931 MeV=0.651 7 MeV,选项B、D错误。X的比结合能为E=8×1.007 3u+(17-8)×1.008 7 u-16.999 1 u17×931 MeV=7.5 MeV,选项C正确。8.答案:B解析:根据m=m0126T,其中m0=20 μg/mL,m=3 μg/mL,可得T=2 h,选项B正确。9.答案:A解析:核反应中质量亏损 Δm=232.037 2 u-228.028 7 u-4.002 6 u=0.005 9 u,根据质能方程ΔE=Δmc2可知释放出的核能 ΔE=0.005 9×931.5 MeV=5.50 MeV,选项A正确。核反应过程中系统动量守恒,能量也守恒,选项B错误。铀核 92232U衰变过程释放能量,生成的钍核　90228Th更稳定,所以钍核的比结合能大于铀核的比结合能,选项C错误。衰变的过程中系统动量守恒,钍核和α粒子的动量p大小相等,又mαEkTh,选项D错误。10.答案:B解析:半衰期是一种统计规律,不适用于少数原子核,则经过时间τ,1 000个 2760Co核中不一定有500个已经发生了衰变,选项A错误。根据质能方程,可知该核反应中释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2,选项B正确。2760Co的中子数为60-27=33,选项C错误。β粒子是 2760Co核内中子转化为质子形成的,β射线的穿透本领比γ射线弱,选项D错误。二、多选题11.答案:BC解析:核力是一种强相互作用,是一种短程力,只能发生在原子核内相邻核子之间,选项A错误。经过一次α衰变,原子核内质子少2个,经过一次β衰变,原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子,即质子多1个,可知经过一次α衰变和两次β衰变后,核内质子数不变,选项B正确。放射性原子核X发生衰变,要释放能量,故衰变产物的结合能之和一定大于原来X的结合能,选项C正确。原子核发生衰变时,遵循能量守恒定律和动量守恒定律,选项D错误。12.答案:BD解析:衰变中满足动量守恒,因初动量为零,故衰变后两粒子动量大小相等,方向相反,选项A错误。由题图知粒子轨迹为外切圆,说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反,均带正电,故发生的是α衰变,选项B正确。由洛伦兹力作为向心力可得r=mvqB,α粒子电荷量较小,轨道半径较大,故新原子核C在匀强磁场中运动的轨迹半径为R2,选项D正确。若磁场方向垂直纸面向里,则新原子核及α粒子沿逆时针方向运动,若磁场方向垂直纸面向外,则新原子核及α粒子沿顺时针方向运动,选项C错误。13.答案:AD解析:要发生聚变反应,两个原子核要足够近,故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力,选项A正确。根据质量数守恒和电荷数守恒,可知x的质量数为3,电荷数为2,所以反应产物x应为 23He,选项B错误。根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,则有ΔE=(2m1-mx-m2)c2,解得mx=2m1-m2-ΔEc2,选项C错误。根据能量守恒定律有4E+ΔE=3Ex,解得Ex=43E+ΔE3,选项D正确。三、非选择题14.答案: 01n　3　(mU-mBa-mKr-2mn)c2解析:根据电荷数守恒、质量数守恒,知aX的总电荷数为0,总质量数为3,可知X为中子 01n,a=3,该核反应质量亏损为Δm=mU-mBa-mKr-2mn,根据爱因斯坦质能方程知,释放的核能ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2。15.答案:中子　核裂变解析:由质量数和电荷数守恒得X应为 01n,即中子;核聚变目前还无法控制,所以目前获得核能的主要方式是核裂变。16.答案:(1)B　C　(2)-10e　24He解析:根据所受静电力特点可知,A为β射线,B为γ射线,C为α射线。(1)三种射线中,穿透能力最强,经常用来对金属探伤的是γ射线;电离作用最强,动量最大,经常用来轰击原子核的是α射线。(2)根据质量数和电荷数守恒有 90234Th 91234Pa+−10e;24He+1327Al→1530P+01n。17.解：(1)核反应方程为 12H+13H →24He+01n根据质能方程,可得ΔE=Δmc2解得Δm=ΔEc2。(2)依题意,可得ΔE=-2E1-3E2+4E3解得E3=2E1+3E2+ΔE4。18.解：(1)根据题意可知,94238Pu衰变的核反应方程为94238Pu →92234X+24He。(2)由能量守恒,可得ΔE=E1+E2+hν又ΔE=(m0-m1-m2)c2联立解得ν=(m0-m1-m2)c2-E1-E2ℎ。19.解：(1)根据质量数与电荷数守恒可知,该核反应方程为 36Li+01n →13H+24He。(2)该核反应的质量亏损为Δm=mn+mLi-mH-mα释放的核能ΔE=Δm·931.5 MeV解得ΔE=4.8 MeV。(3)根据p=mv,Ek=12mv2有Ekn=p22mn,EkLi=p22mLi则有EkLi=mnmLiEkn=16Ekn=0.05 MeV由于中子和锂核碰撞前二者具有等大反向的动量,即总动量为0,令反应后生成的α粒子和氚核的动能分别为Ekα、EkH,则有0=2mαEkα−2mHEkH可得EkαEkH=mHmα=34又Ekα+EkH=ΔE+Ekn+EkLi解得Ekα=2.21 MeV,EkH=2.94 MeV。20.解：(1)根据电荷数和质量数守恒可得,核反应方程为 92235U+01n →56141Ba+3692Kr+301n。(2)核反应过程中的质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7)u=0.215 3 u由质能方程得一个铀核裂变放出的能量为ΔE=Δmc2=0.215 3×1.66×10-27 ×(3×108)2 J=3.2×10-11 J。(3)设中子和碳核的质量分别为m和m0,碰撞前中子的速度为v0,碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v',根据动量守恒定律,可得mv0=mv+m0v'弹性碰撞中没有动能损失,可得E0=12mv02=12mv2+12m0v'2联立可解出v=m-m0m+m0v0已知m0=12m,代入可得v=-1113v0则经过一次碰撞,中子失去的动能为ΔE=12mv02−12mv2=48169E0。