《2025年5年高考3年模拟高中物理选择性必修第三册人教版江苏专版》

$9.$如图所示$,$核反应堆通过可控的链式反应实现核能的释放$,$核燃料是铀棒$,$在铀棒周围放慢化剂$,$快中子与慢化剂中的原子核碰撞后$,$中子速度减小$,$变为慢中子。下列说法正确的是 $($ $)$


A.慢化剂使快中子变为慢中子$,$慢中子更难被铀核俘获
B.当核反应过于缓慢时$,$可以适当地插入镉棒$,$达到加快核反应速度的目的
C.铀块体积越小$,$越容易发生链式反应$,$铀块能发生链式反应的最大体积是它的临界体积
D.链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变$,$让核裂变过程自己持续下去的反应

答案： 9.D 慢中子更容易被铀核俘获，中子的速度不能太快，否则无法被铀核捕获，裂变反应不能进行下去，故A错误；核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，当核反应过于缓慢时，可以适当地抽出镉棒，以达到加快核反应速度的目的，故B错误；铀块体积越大，越容易发生链式反应，铀块能发生链式反应的最小体积是它的临界体积，故C错误；链式反应是指让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的反应，故D正确。

$10.$.太阳辐射的总功率约为$4×10^{26}\ W$，其辐射的能量来自核聚变反应。在核聚变反应中，一个质量为$1876.1\ MeV/c^{2}$（$c$为真空中的光速）的氘核$(^{2}_{1} H)$和一个质量为$2809.5\ MeV/c^{2}$的氚核$(^{3}_{1} H)$结合为一个质量为$3728.4\ MeV/c^{2}$的氦核$(^{4}_{2} He)$，并放出一个$X$粒子，同时释放大约$17.6\ MeV$的能量。已知真空中光速取$c = 3×10^{8}\ m/s$，电子电荷量$e = 1.6×10^{-19}\ C$，下列说法不正确的是（ ）

A.$X$粒子是中子
B.$X$粒子的质量为$939.6\ MeV/c^2$
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为$4.4×10^9\ kg$
D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为$17.6\ MeV/c^2$

答案： 10.D 由质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A正确；根据能量关系可知$m_xc^{2}=(1876.1 + 2809.5 - 3728.4 - 17.6) MeV$，解得$m_x = 939.6 MeV/c^{2}$，选项B正确；太阳每秒放出的能量$E = Pt = 4×10^{26} J$，则太阳每秒因辐射损失的质量$\Delta m = \frac{E}{c^{2}}\approx4.4×10^{9} kg$，选项C正确；因为$E = 4×10^{26} J=\frac{4×10^{26}}{1.6×10^{-19}} eV=2.5×10^{45} eV=2.5×10^{39} MeV$，则太阳每秒因为辐射损失的质量$\Delta m = \frac{E}{c^{2}} = 2.5×10^{39} MeV/c^{2}$，选项D错误。

$11.$在匀强磁场中$,$一个原来静止的原子核$,$由于衰变放射出某种粒子$,$结果得到一张两个相切圆$1$和$2$的径迹照片如图所示$,$已知两个相切圆半径分别为$r_1、r_2,$$$则下列说法正确的

是

$($ $)$


A.原子核可能发生$\alpha$衰变$,$也可能发生$\beta$衰变
B.径迹$2$是衰变后新核的径迹
C.若衰变方程是$_{92}^{238} U\to_{90}^{234} Th+_{2}^{4} He,$则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117:2
D.若衰变方程是$_{92}^{238} U\to_{90}^{234} Th+_{2}^{4} He,$则$r_1:r_2 = 1:45$

答案： 11.D 核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，衰变后新核和射出的粒子的动量大小相等、方向相反，即衰变后新核和射出的粒子的速度方向相反，且由题图可知衰变后新核和射出的粒子在磁场中的径迹为外切圆，由左手定则知，衰变后新核和射出的粒子的电性相同，所以原子核发生的是α衰变，A错误；衰变后新核和射出的粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得$qvB = m\frac{v^{2}}{r}$，解得$r = \frac{mv}{qB}=\frac{p}{qB}$，由于动量大小和磁感应强度都相等，则电荷量$q$越大，其轨迹半径$r$越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨迹半径小于α粒子的轨迹半径，径迹1为衰变后新核的运动轨迹，径迹2为α粒子的运动轨迹，B错误；若衰变方程是$_{92}^{238} U\to_{90}^{234} Th+_{2}^{4} He$，新核$_{90}^{234} Th$和α粒子的动量大小相等，根据动能$E_k = \frac{p^{2}}{2m}$，可知动能之比等于质量的反比，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2:117，根据$r = \frac{p}{qB}$，可知轨迹半径之比等于电荷量的反比，则$r_1:r_2 = 2:90 = 1:45$，C错误，D正确。

二、非选择题$($本大题共$5$小题$,$共$56$分$)$
$12.(8$分$)$约里奥$-$居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了$1935$年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素$_{15}^{30} P$衰变成$_{14}^{30} Si$的同时放出另一种粒子$,$这种粒子是正电子(或$_{1}^{0} e$)$_{15}^{32} P$是$_{15}^{30} P$的同位素$,$被广泛应用于生物示踪技术。$1\ mg_{15}^{32} P$随时间衰变的关系图像如图所示$,$请估算$4\ mg$的$_{15}^{32} P$经过56天的衰变后还剩$0.25\ mg$。

答案： 12.答案 正电子(或$_{1}^{0} e$)(4分) 56(4分)
解析 核反应方程式为$_{15}^{30} P\to_{14}^{30} Si+X$，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知$_{15}^{32} P$的半衰期大约为14天，由$m_余 = m_原(\frac{1}{2})^{\frac{t}{T}}$，得$0.25 mg=4 mg×(\frac{1}{2})^{\frac{t}{14}}$，解得$t = 56( 天)$。