第五章 原子核 单元测试题（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
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．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
2．人工合成的稀有气体元素118号元素经过一系列衰变后成为新元素，下列说法正确的是（　　）
A．若增大压强，可以增大的半衰期
B．的中子数比的中子数多18
C．118号元素经过8次衰变和2次衰变后成为新元素
D．若的半衰期为，12个经过2个半衰期后剩余3个
3．下列说法正确的是（　　）
A．Th（钍）核衰变为Pa（镤）核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与粒子的总质量
B．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小
C．光电效应的实验结论是：对于某种金属，超过极限频率的入射光的频率越高，所产生的光电流就越强
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
4．如图所示，静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为44：1，则下列说法不正确的是（　　）
A．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90
C．其中粒子的轨迹是半径为R1圆轨道
D．粒子和反冲粒子的速度之比为1：88
5．下列说法正确的是（　　）
A．铀核裂变的核反应方程式是
B．核反应方程式含中X是电子
C．衰变成要经过6次β衰变和6次α衰变
D．原子核的质量越小，比结合能就越小
6．下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征
B．黑体辐射电磁波的强度与黑体温度无关
C．可以通过降低温度来减小放射性元素的半衰期
D．比结合能越大的原子核越不稳定
7．原子弹的核反应方程之一为，氢弹的核反应方程为，关于这两个核反应下列说法不正确的是（　　）
A．原子弹的核反应为重核的裂变，X为质子
B．氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核
C．两个核反应都发生质量亏损
D．两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能
8．关于天然放射现象，以下叙述正确的是（
）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．铀核(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
9．2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献。物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙通过粒子轰击铍核（）获得碳核（）的实验发现了中子
B．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
C．1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有射线、射线、射线
D．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子
10．下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福成功地解释了光电效应，揭示了光的本性
B．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，电子发射到核外，这就是衰变的实质
C．一个氘核（）与一个氚核（）聚变生成一个氦核
（）的同时，放出一个质子
D．根据玻尔理论可知，一群氢原子核外电子从n=4能级向低能级跃迁时最多可辐射6中频率的光子
11．下列有关近代物理的说法正确的是（　　）
A．天然放射现象说明了原子核内部是有复杂结构的
B．阴极射线是带电粒子流
C．α粒子散射实验证明了原子的全部负电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，该理论能解释所有原子光谱的实验规律
12．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。已知核反应方程式是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中的相对原子质量是235.0439u（单位原子质量1u=1.66×10-27kg），每次该核反应释放出的核能为173.8MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是（　　）
A．X是n，a=3
B．为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流
C．该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当
D．该核电站每年（1年按3×107s计算）消耗的质量约为3.4t
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．太阳中发生的氢核聚变成氦核的反应，是太阳辐射能量的来源。假定地球表面接受能量的功率为，地球到太阳的距离为，太阳的质量为，请估算太阳的寿命。将你的估算与查到的资料对照，看一看是否有差异，分析产生差异的原因，并与同学交流。
14．在某些恒星内部，3个氦核(He)结合成1个碳核(C)．已知1个氦核的质量为、1个碳核的质量为，1个质子的质量，1个中子的质量，真空中的光速．求：（结果保留2位有效数字）
(1)核反应中释放出的核能；
(2)碳核的比结合能．
15．4个氢核（质子）聚变成1个氦核，同时放出2个正电子。写出这个过程的核反应方程，并计算释放了多少能量。若氢完全聚变，能释放多少能量？（氢核的质量为1.0073u，氦核的质量为4.0026u，1u相当于931.5MeV）
16．太阳中心的“核反应区”不断地发生着轻核聚变反应，这是太阳辐射出能量的源泉。已知太阳向外辐射能量的总功率为P1，太阳中心到火星中心的距离为L，火星的半径为r，且r远远小于L。火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失，以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。
(1)太阳中心的典型轻核聚变反应是4个质子（）聚变成1个氦原子核（）同时产生2个正电子（），写出该聚变反应方程。
(2)求在时间t内，火星接收来自太阳辐射的总能量E火。
(3)自然界中的物体会不断地向外辐射电磁波，同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波，当辐射和吸收平衡时，物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就称为黑体。已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ为已知常量。
①若将火星看成表面温度相同的黑体，求辐射和吸收达到平衡时，其表面平均温度T火的表达式；
②太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中，会不断被太阳的其他部分吸收，然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度，某同学建立如下简化模型：如图乙所示，将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成，第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面；各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波（第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波，最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波），如图丙所示；“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面，每个“薄球壳层”都视为黑体，且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡，所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。
已知“核反应区”的半径与太阳半径之比约为R:R0=1:4，太阳的表面温度约为T0=6×103K，所构想的薄球壳层数N=1.0×1012。据此模型，估算“核反应区”的温度T的值，并指出该模型的主要缺点。
参考答案
1．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。
2．B
【详解】
A．元素的半衰期与物理及化学性质无关，所以增大压强，半衰期不变。A错误；
B．的中子数为
的中子数为
的中子数比的中子数多18，B正确；
C．设经过x次衰变和y次衰变，根据质量数守恒及电荷数守恒得
，
解得
，
C错误；
D．半衰期是个统计概念，大量原子核才符合统计规律。D错误。
故选B。
3．D
【详解】
A．由质量数守恒可知，钍核衰变为镤核，衰变前Th核质量数等于衰变后Pa核与β粒子的质量数之和，但是衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量。故A错误；
B．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，库仑力对电子做正功，所以电子的动能增加，电势能减小，故B错误；
C．对于某种金属，超过极限频率的入射光的频率越高，根据光电效应方程可知，所产生的光子的初动能增大，光电流的强弱与入射光频率无直接关系。故C错误。
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，选项D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．微粒之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，故A正确，不符合题意；
BC．由于释放的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，则有
解得
若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对粒子
对反冲核
由于
：：1
解得
即其中粒子的轨迹是半径为R1圆轨道，原来放射性元素的原子核电荷数为90，选项BC正确，不符合题意；
D．粒子的动量为
p=mv
由于两粒子动量p大小相等，则它们的速度大小与质量成反比，由于不知道两粒子间的质量关系，则无法确定两粒子的速度关系，故D错误，符合题意。
故选D。
5．A
【详解】
A．铀核裂变的核反应方程式是
故A正确；
B．
核反应方程式
计算可得，为正电子，故B错误；
C．衰变成过程中，α衰变一次，质量数减少4，次数
β衰变次数
故C错误；
D．根据原子核的质量与比结合能的关系图象可知，中等质量的原子核的比结合能最大，故D错误。
故选A。
6．A
【详解】
A．卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征，故A正确；
B．黑体辐射规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B错误；
C．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与所处的外部环境无关，降低温度放射性元素的半衰期不变，故C错误；
D．比结合能是原子的结合能与核子数的比值，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故D错误；
故选择：A。
7．A
【详解】
A．原子弹的核反应为重核的裂变，X为中子，选项A符合题意；
B．氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核，选项B不符题意；
C．核聚变和核裂变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，选项C不符题意；
D．因核反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，选项D不符题意；
故选A。
8．CD
【详解】
A．半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A错误；
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误；
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；
D．铀核(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，设经过x次衰变，y次衰变，可有
，
解得，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。
故选CD。
9．CD
【详解】
A．查德威克通过α粒子轰击铍核的实验，实现了原子核的人工转变，发现了中子，故A错误。
B．玻尔第一次把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了著名的玻尔原子理论，解释了氢原子光谱，不是解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念，故B错误；
C．1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有射线、射线、射线，故C正确；
D．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，故D正确。
故选CD。
10．BD
【详解】
A．爱因斯坦成功解释了光电效应，揭示了光的本质，A错误；
B．原子核内的一个中子转化成一个质子和电子，电子发射到核外，这就是β衰变的实质，B正确；
C．根据质量数守恒和电荷数守恒，一个氘核与一个氚核聚变生成氦核的同时，放出一个中子，C错误；
D．根据玻尔理论，一群氢原子核外电子从n=4能级向低能级跃迁最多辐射6种频率的光子，D正确。
故选BD。
【点睛】
本题考查了半衰期、核反应方程书写规律、玻尔理论等多个知识点，难度较小，需要在平时学习中多积累。
11．AB
【详解】
A．天然放射现象说明了原子核内部有复杂结构，A正确；
B．汤姆孙发现了阴极射线是电子流，B正确；
C．α粒子散射实验证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里，C错误；
D．玻尔的原子理论只能解释氢原子的光谱，D错误。
故选AB。
12．AD
【详解】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒可判断，X是n，a=235+1-141-92=3，A正确；
B．核反应会产生中子流，故不需要一直由外界射入高速中子流，B错误；
C．氢原子光谱波长最短的光子能量为13.6eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8MeV，两者不相等，C错误；
D．则反应堆每年提供的能量为
①
核发电站一年提供的电能为
②
另外
③
联立①②③可得：，D正确；
故选AD。
13．，与资料有差异，原因见解析
【详解】
地球表面接受能量的功率为，即以太阳为球心，日地距离为半径的球面上单位面积接收的能量功率为，所以太阳辐射的功率为
太阳一年释放的能量为
根据质能方程，太阳一年减少的质量为
太阳的寿命大约
目前，科学家预测太阳的寿命为100亿年，即，产生差异的原因是，太阳的质量不可能完全亏损，根据科学预测，太阳最终以黑矮星存在。
14．(1)
(2)
【详解】
(1)核反应方程为
核反应的质量亏损为
根据
解得
(2)由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成
核子总质量与碳核质量差
由爱因斯坦质能方程，碳核的结合能
碳核的比结合能
15．；；
【详解】
由质子数与核电荷数守恒可知，核反应方程为
其质量亏损为
正电子质量为0.0005u，代入数据解得
根据质能方程，释放出的能量为
由于1g氢有1阿伏伽德罗常数个氢原子，根据质能方程知，1g氢完全聚变释放的能量
答；核反应方程为，释放的能量为，1g氢完全聚变释放的能量为。
16．(1)→+2；(2)；(3)①；②T=1.2×107K，缺点见解析
【详解】
(1)太阳核反应区发生的典型的轻核聚变反应方程式为
→+2
(2)在以太阳为中心，L为半径的球面上，单位面积接收到的太阳辐射的功率为
火星接收到的来自太阳的电磁辐射功率
所以时间t火星接收到来自太阳辐射的总能量
E火=P火t=
(3)①火星吸收太阳的电磁能量与自身辐射电磁能量达到平衡时有
P火=I?4πr2
设火星的平均温度为T火，根据题意有
I=σT火4
联立以上两式，解得
T火=
②太阳表面单位时间内向外辐射的总能量为P1，根据题意，当辐射和吸收电磁波的能量达到平衡时，对于第一层有
P2=2P1
对于第二层有
2P2=P3+P1
所以
P3=3P1
对于第三层有
2P3=P4+P2
所以
P4=4P1
由此可推知
PN=NP1；P核=（N+1）P1
则在太阳表面
在太阳核反应区
联立以上两式得
带入数据，解得
T=1.2×107K
主要缺点：从得到的表达式
可以看出，太阳核反应区的温度依赖于薄层的层数N，只有当层数N取特定的值（比如题目中给的值）才和太阳实际温度符合（比如题目中给的T）；大量薄层之间可能会有少量物质交换，这个模型就不再是严格意义上的“黑体”。