第五章 原子核 单元测试（word解析版）

2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第三册
第五章
原子核
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．2020年12月4日，中国规模最大、参数最高的“人造太阳”，在成都正式建成并成功放电。这颗“人造太阳”其实就是中国新一代可控核聚变装置中国环流器二号M（HL-2M），它的建成与开始放电，意味着中国“进一步加快人类探索未来能源的步伐。在“中国环流器二号M”中，主要发生如下两种核反应，，则X与Y分别是（　　）
A．与
B．与
C．与
D．与
2．如图所示为粒子穿过充满氮气的云室时拍摄的照片，在许多粒子的径迹中有一条发生了分叉，分叉后有一条细而长的径迹和一条粗而短的径迹，则（　　）
A．细而长的是α粒子的径迹
B．粗而短的是氧核的径迹
C．细而长的是氮核的径迹
D．粗而短的是质子的径迹
3．下列叙述中符合物理学史实的有（　　）
A．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证实了光具有粒子性
B．卢瑟福利用人工核转变发现了质子
C．麦克斯韦根据电磁场理论，证实了光是一种电磁波
D．贝克勒尔发现了天然放射现象，并提出了原子的核式结构学说
4．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（　　）
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点
B．图乙中用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙中处于能级的大量氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种频率的光
D．丁图是风力发电的国际通用标志
5．一个中子被捕获后生成和的过程中释放出的核能。已知真空中的光速为c，则下列有关叙述正确的是（
）
A．该反应过程中释放了10个中子
B．该反应是原子核的人工转变
C．该反应过程中的质量亏损为
D．的比结合能为
6．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（　　）
A．光电效应中，光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比
B．在天然放射现象中，产生的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
C．氧的半衰期为3.8天，10个氡核经过3.8天一定会有5个发生衰变
D．两个质子和两个中子结合成，若释放的核能为，则的比结合能为
7．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
8．太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（　　）
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
9．对四个核反应方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列说法正确的是（　　）
A．（1）（2）式核反应没有释放能量
B．（1）（2）（3）式均是原子核衰变方程
C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一
10．铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有（　　）
A．X是中子
B．X是质子
C．U、Sr、Xe中，Sr的比结合能最大，最稳定
D．U、Sr、Xe中，U的质量数最大，结合能最大，最稳定
11．由图可得出的结论是（　　）
A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B．质子和中子的质量之和大于氘核的质量
C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量
12．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为45：1，如图所示，则（　　）
A．α粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反
B．原来放射性元素的原子核电荷数为92
C．反冲核的核电荷数为45
D．α粒子和反冲粒子的速度之比为1：45
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．有多少个质子,多少个中子,多少个电子?
14．在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变.放射出的粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为.以、分别表示粒子的质量和电荷量.
（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程.
（2）粒子的圆周运动可以等效成-一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小
15．（1）写出所给放射性元素的衰变方程：铋核
（2）写出所给放射性元素的衰变方程：钍核
（3）已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
（注：衰变生成的新核均由X来表示）
16．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系．但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。
(1)氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。
a．已知光在真空中的速度为c，氢原子在不同能级之间跃迁时，跃迁前后可认为质量不变，均为m。设氢原子处于基态时的能量为E1(E1<0)，当原子处于第一激发态时的能量为E1/4，求原子从第一激发态跃迁到基态时，放出光子的能量和氢原子的反冲速度。
b．在轻核聚变的核反应中，两个氘核()以相同的动能E0=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核()和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量MHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV．在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）?
参考答案
1．A
【详解】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则为中子；Y的质量数为6，电荷数为3，为锂核。
故选A。
2．B
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，α粒子与氮核发生核反应，产生氧核和质子，则粗而短的是氧核的径迹，细而长的是质子的径迹。
故选B。
3．B
【详解】
A．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证实了光具有波动性，故A错误；
B．卢瑟福利用人工核转变发现了质子，故B正确；
C．麦克斯韦根据电磁场理论，提出光是一种电磁波，故C错误；
D．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．甲图是卢瑟福α粒子散射实验，α粒子与金箔撞击后，大多数粒子不发生偏转，少数粒子发生明显偏转，极少数粒子发生较大程度的偏转，甚至是反向，故C处也能看到少量的闪光点，A错误；
B．图乙是中子轰击原子核发生裂变反应，不是聚变反应，B错误；
C．大量的n=3能级的氢原子发生跃迁时，可以从能级3直接跃迁到能级1，释放出一种光子，也可以从能级3先跃迁到能级2，释放出另一种光子，再从能级2跃迁到能级1，再释放出一种光子，所以大量处于n=3能级的氢原子跃迁时最多可能放出3种光子，C正确；
D．丁图是核辐射标志，D错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．由质量数守恒、电荷数守恒可得，核反应方程为
A正确；
B．该反应属原子核的裂变反应，不是原子核的人工转变，B错误；
C．已知真空中光速为c，根据
可得反应过程中的质量亏损为
C错误；
D．的结合能并不是它衰变时放出的能量，所以的比结合能不是，D错误；
故选A。
6．D
【详解】
A．由爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光子的频率是一次函数关系，A错误；
B．衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转变成质子释放出的电子，B错误；
C．半衰期是对大量的原子核满足统计规律，对少数的原子核没有任何意义，C错误；
D．比结合能指的是结合能与核子数之比，两个质子和两个中子结合成，释放的核能为，则的结合能为，比结合能为，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误；
B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；
C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；
D．过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确；
故选D。
8．BC
【详解】
A．由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；
B．根据能量关系可知
解得，选项B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
选项C正确；
D．因为
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
选项D错误。
故选BC。
9．CD
【详解】
A．（1）是
衰变，（2）是
衰变，均有能量放出，故A错误；
B．（3）是人工核转变，故B错误；
C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；
D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确。
故选CD。
10．AC
【详解】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，故A正确，B错误；
CD．根据题图可知、、中，的比结合能最大，最稳定；的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，故C正确，D错误。
故选AC。
11．BC
【详解】
AB．根据能量守恒和爱因斯坦质能方程可知，能量增加，对应的质量也增加，故质子和中子的质量之和大于氘核的质量，A错误，B正确。
CD．氘核吸收了γ光子后，能量增加，分裂成了一个中子和一个质子，故C正确，D错误。
故选BC。
12．AB
【详解】
A．微粒之间相互作用的过程遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反。A正确；
BC．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用下做圆周运动。则洛伦兹力充当向心力
解得
令原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则对于α粒子
对反冲核
由于，，解得，反冲核的核电荷数为，B正确，C错误；
D．动量大小相同，所以速度之比等于质量的反比，α粒子比反冲核速度要大，D错误。
故选AB。
13．；；
【详解】
因为1mol铀的质量是235g,所以1g铀中含有的原子数为
个
故1g铀中含有的质子数为
个
含有的中子数为
个
含有的电子数等于质子数为个。
14．（1）
（2）
【详解】
(1)根据质量数与核电荷数守恒可知，反应方程为：
(2)设粒子的速度大小为v，根据牛顿第二定律：，可得：
即粒子在磁场中的运动周期为：
环形电流大小为：
15．（1）放射性元素的衰变方程是，
（2）放射性元素的衰变方程是
（3）已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩．
【分析】
根据衰变过程中质量数和电荷数守恒列出衰变方程经过1个半衰期，有半数发生衰变，求出半衰期的次数，从而得出还剩的质量．
【详解】
（1）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒得，放射性元素的衰变方程为
（2）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒得，放射性元素的衰变方程为
（3）已知钍234的半衰期是24天，经过120天后，发生5个半衰期，所以1g钍经过120天后还剩
【点睛】
根据衰变前后质量数和电荷数守恒求出生成物的质量数和电荷数.能够应用半衰期进行定量的计算．
16．（1）；（
2）a.
v=；b.
1.0MeV和3.0MeV
【详解】
试题分析：（1）电子绕原子核运动，库仑力提供向心力，故
所以其运动的周期为
T=
故等效电流值为
I=
（2）a.
原子从第一激发态跃迁到基态时，放出光子的能量
E=
（E1）=
设光子的质量为m0，因为
=m0c2
故光子的动量为
根据动量守恒可得，氢原子的动量也是
故氢原子的反冲速度
v=
b.根据核反应前后的质量亏损，可计算出核反应所释放出的能量为
△E="2mD"
mn
MHe="2×2.0141u"
1.0087u
3.0160u=0.0035u=3.3MeV
根据核反应前后的总动量与总能量守恒可知：反应后的总动量为0，即
pHe=pn
又因为
p2=2Ekm
故
反应前后的总能量守恒，故总能量为
EkHe+Ekn=3.3MeV+0.35MeV×2=4.0MeV
所以
氦核的动能为
EkHe=
×4.0MeV=1.0MeV
所以
氦核的动能为
Ekn="4.0MeV"，
EkHe=3.0MeV。
【点睛】
该题通过电子绕核运动的模型，根据经典力学模型计算出电子的等效电流来；然后再从能量的跃迁角度看光子的能量及氢原子核的反冲速度，这都需要用到动量守恒定律；最后通过能量守恒与动量守恒计算出核反应后氦核的动能与中子的动能。考点：向心力，牛顿第二定律，动量守恒与能量守恒。