高中物理 章末质量评估(四)粤教版选修3-5

章末质量评估(四)(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)1．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它的( )A．质子数减少一个，中子数不变B．质子数增加一个，中子数不变C．质子数增加一个，中子数减少一个D．质子数减少一个，中子数增加一个解析：发生一次β衰变，原子核里有一个中子变为一个质子和一个电子，即10n→11H＋0－1 e.答案：C2．某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数A与中子数N 关系的是( )解析：设这些同位素的质子数为Z，由A＝N＋Z可知，当中子数N增大时，质量数A 也增大，选项A、D均错误；而元素的质子数Z不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，选项B正确，C错误．答案：B3．放射源放入铅制容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束．在射线经过的空间施加磁场，发现射线分成三束，如图所示．关于这三种射线及其性质，下列说法正确的是( )A ．射线a 的电离本领最弱B ．射线b 是高速中子流，速度可达光速C ．射线c 是原子的核外电子电离而产生的D ．若将放射源置于高温高压环境中，射线强度将不变化解析：根据射线的偏转情况可知：a 为α射线，b 为γ射线，c 为β射线，由三种射线的特性可判断A 、B 、C 均错；放射性与元素存在的物理、化学状态无关，D 正确．答案：D4．原子核A Z X 与氘核21H 反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )A ．A ＝2，Z ＝1B ．A ＝2，Z ＝2C ．A ＝3，Z ＝3D ．A ＝3，Z ＝2解析：写出核反应方程：A Z X ＋21H →42He ＋11H ，由质量数守恒和电荷数守恒，列方程：A＋2＝4＋1，Z ＋1＝2＋1，解得：A ＝3，Z ＝2，故答案为D.答案：D5．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，相同质量的A 和B 经过20天后，剩下的质量之比m A ∶m B ＝( )A ．30∶31B ．31∶30C ．1∶2D ．2∶1解析：设A 、B 原来的质量均为m ，则20天后，m A ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t TA ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫125， m B ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t TB ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫124，故m A∶m B＝1∶2.答案：C6.235 92U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则( )A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18解析：本题考查了原子核衰变的规律，解题的关键是抓住原子核发生α衰变和β衰变时原子核质量数和电荷数的变化规律，在此基础上进行有关计算，原子核每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数增加1.比较这两种原子核，质量数减少28，说明发生了7次α衰变，电荷数应减少14，而电荷数减少10，说明发生了4次β衰变，B项正确．答案：B7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H →k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV，由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有4k＋d＝10，2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正确选项为B.答案：B8．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )解析：设半衰期为T 1/2，那么m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 1/2.可见，随着t 的增长物体的质量越来越小，且变化越来越慢，很显然C 选项图线符合衰变规律．答案：C9．静止的氡核222 86Rn 放出α粒子后变成钋核218 84Po ，α粒子动能为E α.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c ，则该反应中的质量亏损为( )A.4218·E αc 2B ．0 C.222218·E αc 2 D.218222·E αc 2解析：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由E k ＝p 22m ∝1m，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是222218E α，由质能方程得质量亏损是222218·E αc 2. 答案：C10．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面的说法中正确的是( )A ．母核的质量数等于子核的质量数B ．母核的电荷数等于子核的电荷数C ．子核的动量与中微子的动量相同D ．子核的动能大于中微子的动能解析：衰变时母核与子核的质量数是相等的，A 正确；母核中的质子由于变为中子，则子核中的电荷数减少1，所以B错误；由动量守恒知中微子与子核的动量大小相等，但方向相反，C错误；由E k＝p22m知中微子的动能要大于子核的动能，D错误．答案：A二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)11．2013年12月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的32He含量十分丰富，科学家认为32He是发生核聚变的极好原料，将来32He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于32He，下列说法正确的是( )A.32He的原子核内有三个中子两个质子B.32He的原子核内有一个中子两个质子C.32He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.32He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起解析：32He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起，D错误．答案：BC12．下列关于核反应及衰变的表述正确的是( )A.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变B．X＋147N→178O＋11H中，X表示42HeC．半衰期与原子所处的化学状态无关D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的解析：根据反应方程中的守恒量可判断B对；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，C对；β衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D错．答案：ABC13．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )A ．碘131释放的β射线由氦核组成B ．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量C ．与铯137相比，碘131衰变更慢D ．铯133和铯137含有相同的质子数解析：该题综合考查了衰变规律和同位素的相关问题，原子核中不包含β射线，A 错；γ光子的能量大于可见光光子的能量，B 正确；铯137的半衰期长，衰变更慢，C 错；铯133和铯137是同位素，含有相同的质子数，D 选项正确．答案：BD14.一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示．若两圆半径之比为44∶1，则( )A ．发生的是α衰变B ．轨迹2是反冲核的径迹C ．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动D ．该放射性元素的原子序数是90解析：由动量守恒可知：m 1v 1＝m 2v 2，而R ＝mvqB ，故q 1·BR 1＝q 2·BR 2，半径越小，则q 越大，故轨迹1是放出粒子的径迹，轨迹2是反冲核的径迹，故B 对；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则放出的粒子速度向上，由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生β衰变，故A 错，C 对；由q 1R 1＝q 2R 2及β衰变公式可知，放射性元素的原子序数为43，D错．答案：BC三、非选择题(本题共4小题，共54分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作答．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．答案中必须明确写出数值和单位)15．(12分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．(1)32He＋________→42He＋11H，是________变．(2)2411Na→2412Mg＋________，是________变．(3)2311Na＋________→2411Na＋11H，是________变．(4)23592U＋10n→14256Ba＋9136Kr＋3______，是______变．解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类．答案：(1)21H 聚(2)0－1e β衰(3)21H 人工转(4)10n 裂16．(12分)(1)在核反应10n＋X→31H＋42He＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为________．若10n、X核、31H和42He的静止质量分别为m1、m X、m3和m4，则ΔE的值为________．(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是___________________________________________________．(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是____________________．解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为63Li，核反应后的质量亏损Δm＝m1＋m X－(m3＋m4)，所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋m X－(m3＋m4)]c2.(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多．缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高．(3)建风能发电站比较合理．理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．答案：(1)63Li [m 1＋m X －(m 3＋m 4)]c 2 (2)见解析 (3)见解析17．(14分)山东烟台海阳核电站项目，一期工程和2号常规岛正在进行设备安装，一期工程规划建设两台125万千瓦AP1000核电机组．如果铀235在中子的轰击下裂变为9038Sr 和136 54Xe ，质量m U ＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m Sr ＝89.907 7 u ，m Xe ＝135.907 2 u ，阿伏加德罗常数N A ＝6.02×1023 mol －1.(1)写出裂变方程；(2)求出一个铀核裂变放出的能量；(3)若铀矿石的浓度为3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？解析：(1)235 92U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n.(2)裂变过程的质量亏损Δm ＝m U ＋m n －m Sr －m Xe －10m n ＝0.1507 u ， 释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝0.1507×931MeV≈140.3 MeV.(3)核电站一年的发电量E ＝Pt ＝2×125×107×365×24×60×60 J ＝7.884×1016 J ，由E ＝N ΔE ＝m ·3%M N A ΔE ，得m ＝EM 3%·N A ΔE＝ 7.884×1016×2353%×6.02×1023×140.3×106×1.6×10－19g ≈4.57×107 g ＝45.7 t.答案：(1)235 92U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n(2)140.3 MeV (3)45.7 t18．(16分)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8 m 2，正对太阳能产生120 V 的电压，并对车上的电动机提供10 A 的电流，电动机的直流电阻为4 Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103 W/m 2.(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(42He)，写出核反应方程；(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？电池把电能转化成机械能的效率η2是多大？(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为m p ＝1.672 6×10－27 kg 、m α＝6.642 5×10－27 kg 、m e＝0.000 9×10－27 kg ，一次核反应过程中释放的能量是多少？ (4)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年(太阳的质量为2×1030 kg ，结果保留一位有效数字)?解析：(1)核反应方程：411H →42He ＋201e.(2)η1＝UIP 0S ＝15%，η2＝UI －I 2R UI ＝66.7 %.(3)ΔE ＝(4m p －m α－2m e )c 2＝4.15×10－12 J ，(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J ，则太阳每秒减少的质量为Δm ＝ΔE c 2＝0.4×1010 kg ，太阳的质量为2×1030kg ，太阳还能存在的时间为t ＝ΔM Δm ＝2×1030×3×10－40.4×1010s ≈1.5×1017s ≈5×109年． 答案：(1)411H →42He ＋201e (2)15% 66.7% (3)4.15×10－12J (4)0.4×1010kg 5×109年。