第五章 原子核 单元测试1（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1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．2021年1月30日，华龙一号全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。其核反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．此核反应属于原子核的聚变
B．此核反应属于原子核的裂变
C．裂变后粒子的总质量数减少
D．X原子的质量数为140
2．秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击变成、和若干个中子，已知、、的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则（　　）
A．该核反应方程为→＋＋9n
B．要发生该核反应需要吸收能量
C．比更稳定
D．该核反应中质量增加
3．关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．、、三种射线在磁场中均能发生偏转
B．射线是高速电子流
C．射线的穿透能力最强，是能量很高的电磁波
D．环境温度升高，放射性元素的半衰期将变小
4．日本政府计划将核废水排放到太平洋的事件引起了国际社会广泛关注，以下关于原子核相关说法正确的是（　　）
A．所有元素都有天然放射性
B．原子核的半衰期与温度压强有关
C．太阳内部每天都在发生裂变反应
D．比结合能越大，原子核越稳定
5．关于放射性元素的衰变，下列说法中正确的是（　　）
A．氡经一系列衰变变成稳定的，要经过4次衰变和4次衰变
B．原子核发生一次衰变，原子核内的一个质子转变为一个中子和一个电子
C．三种天然放射线中，穿透能力最强的是射线
D．天然放射现象说明原子具有核式结构
6．世界上第一台全超导托卡马克核聚变实验装置在中科院等离子物理研究所建设完成。2018年11月，该装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核反应，下列说法正确的是（　　）
A．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．一个氚核与一个氚核聚变方程为∶
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，且更为安全清洁
7．下列说法正确的是（　　）
A．β射线是电子流，源于核外电子
B．天然放射现象中放射出的α、β、γ射线都能在磁场中发生偏转
C．目前核电站的核燃料通常为铀，利用的核反应是裂变
D．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（m1+m2-m3）c
8．下面叙述正确的是（
）
A．原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量
B．有32个半衰期为2年的铯134原子核，经过4年时间还剩下8个铯134
C．同一光电管中发生光电效应时，增大入射光的频率就能增大光电子的最大初动能
D．氢原子从n＝6能级跃迁至n＝2能级时辐射出频率为ν1的光子，从n＝5能级跃迁至n＝2能级时辐射出频率为ν2的光子，则频率为ν1的光子能量较大
9．硼中子俘获治疗（BNCT技术）是一种生物靶向放射治疗模式，其原理是利用超热中子（）束照射富集含硼药物的肿瘤组织部位，与硼（）发生核反应生成锂（）并放出一种射线，利用该射线杀灭癌细胞。超热中子束的来源之一是加速后的质子（）轰击铍（）产生的。根据以上信息可以推断（　　）
A．这种生物靶向治疗用到的杀灭癌细胞的射线是射线
B．中子与硼（）发生的核反应属于衰变
C．产生超热中子束的核反应方程是
D．质子与铍（）发生的核反应属于轻核聚变
10．氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其反应式，同时释放出43.15MeV的能量。已知氘核的质量为1876.1MeV/c2（c为真空中的光速），氦核质量为3728.4MeV/c2，中子的质量为939.6MeV/c2，1L海水中含有的氘核约为个，而1kg标准煤燃烧释放的热量约为J，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应中x=2，y=2
B．质子的质量为960.3MeV/c2
C．1L海水中的氘核全部反应损失的质量约为kg
D．1L海水中的氘核全部反应释放的能量大于一吨标准煤燃烧释放的热量
11．下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子的核式结构
C．的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
D．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大
12．2020年11月，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。关于该核电站，下列说法正确的是（　　）
A．其核能来源于核聚变释放的能量
B．核反应后的核废料不能直接排放到海洋中
C．反应堆的外面需要修建防护层用来屏蔽各种射线
D．核反应产物的比结合能比核燃料的比结合能低
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．已知原子核质量为209.982
87
u，原子核的质量为205.974
46
u，原子核的质量为4.002
60
u，静止的核在α衰变中放出α粒子后变成。求：（计算结果均保留三位有效数字）
(1)请写出核反应方程；
(2)在衰变过程中释放的能量；
(3)α粒子从Po核中射出的动能（已知u相当于931.5
MeV，且核反应释放的能量只转化为动能）。
14．具有放射性，发生α衰变后变为，已知核的质量是226.0254u，核的质量为222.0175u，α粒子的质量是4.0026u，1u相当于931.5MeV。
(1)写出核衰变的方程；
(2)求在这一次α衰变中释放出的核能（结果保留两位有效数字）。
15．两个动能均为的氘核，正面对心碰撞发生聚变，生成一个中子和氦核。已知氘核质量，中子质量，氦核质量。相当于的能量。（能量均以为单位，且保留两位小数）
(1)写出核聚变的方程式；
(2)计算上述核反应释放的核能；
(3)若核反应中释放的核能全部转化为动能，求生成的中子和氦核的动能、。
16．托卡马克(Tokamak)是一.种复杂的环形装置，结构如图甲所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外排列着环向场线圈和极向场线圈，其中欧姆线圈的作用一是给等离子体加热以达到核聚变所需的临界温度；二是产生感应电场用以等离子体加速。同时，极向场线圈通电后提供的极向磁场与环向场线圈通电后提供的环向磁场将高温等离子体约束在真空室内，促使核聚变的进行。如图乙所示为环形真空室简化图，其内径为R1=2
m、外径为R2=5
m，S和S'为其截面关于中心对称。假设约束的核聚变材料只有氘核()和氚核()，且不考虑核子间的相互作用，中子和质子的质量差异以及速度对核子质量的影响，核子一旦接触环形真空室壁即被吸收导走。(已知质子的电荷量为
C；质子和中子质量均为
kg)。试回答：
(1)氘核()和氚核()结合成氢核()时，要放出某种粒子，同时释放出能量，写出上述核反应方程；
(2)欧姆线圈中，通以恒定电流时，等离子体能否发生核聚变(“能”或“不能”)，并简要说明判断理由；
(3)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场为多大时，从垂直于S截面速度同为的氘核()能够全部通过S'截面；
(4)若关闭欧姆线圈和环向场线圈的电流，当极向磁场在某一范围内变化时，垂直于S截面速度同为的氘核()和氚核()能够在S'截面要有重叠，求磁感应强度B的取值范围。
参考答案
1．B
【详解】
核电站核反应过程属于原子核裂变反应，核反应过程中质量数守恒，X原子的质量数为，故选B。
2．C
【详解】
A．该核反应方程为
选项A错误；
B．该核反应属于核裂变，会释放出能量，选项B错误；
C．比的比结合能大、更稳定，选项C正确；
D．该核反应中放出能量，有质量亏损，质量减小，选项D错误。
故选C。
3．C
【详解】
A．射线不带电，在磁场中不能发生偏转，选项A错误；
B．射线是高速电子流，选项B错误；
C．射线的穿透能力最强，是能量很高的电磁波，选项C正确；
D．放射性元素的半衰期与外界条件无关，选项D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．并不是所有元素都有天然放射性，一般原子序数大83的才具有天然放射性，所以A错误；
B．原子核的半衰期与温度压强无关，半衰期只由原子本身性质决定，所以B错误；
C．太阳内部每天都在发生聚变反应，所以C错误；
D．比结合能越大，原子核越稳定，所以D正确；
故选D。
5．A
【详解】
A．设衰变过程经历了次衰变、次衰变，则由电荷数与质量数守恒得
解得
，
故A正确；
B．衰变的实质是原子核内一个中子转化成一个质子和一个电子，故B错误；
C．在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，故C错误；
D．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，而粒子散射实验提出原子具有核式结构，故D错误。
故选A。
6．D
【详解】
A．两个轻核结合成质量较大的核，反应放出能量，则总质量较聚变前减小，选项A错误；
B．自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素--氘与氚的聚变，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；
C．一个氚核与一个氚核聚变方程为
选项C错误；
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，且更为安全清洁，选项D正确。
故选D。
7．C
【详解】
A．β射线是电子流，源于核内中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；
B．天然放射现象中放射出的α、β射线都能在磁场中发生偏转，γ射线不带电，不能在磁场中偏转，选项B错误；
C．目前核电站的核燃料通常为铀，利用的核反应是裂变，选项C正确；
D．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（m1+m2-m3）c2，选项D错误。
故选C。
8．ACD
【详解】
A．核子结合成原子核时，放出能量，存在质量亏损，原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，故A正确；
B．半衰期是大量原子核的统计规律，对少量原子核没有意义，故B错误；
C．根据光电效应方程知，入射光的频率增大，光电子最大初动能将会增大，故C正确；
D．氢原子从的能级跃迁到的能级的能级差大于从的能级跃迁到的能级时的能级差，根据可知频率为的光子的能量大于频率为的光子的能量，故D正确；
故选ACD。
9．AC
【详解】
AB．根据题意可知，利用超热中子束照射富集含硼药物的肿瘤组织部位，并与硼10发生反应放出的粒子（锂7和另一种射线）杀灭癌细胞，其核反应方程为
所以这种生物靶向治疗用到的射线是α射线，由于衰变是自发的，而该反应属于人工转变，故A正确，B错误；
CD．依题意可知，产生超热中子束的核反应方程是
超热中子束的来源之一是加速后的质子（）轰击铍（）产生的，则属于人工转变，故C正确，D错误。
故选AC。
10．AC
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒可得，该核反应中x=2，y=2，故A正确；
B．释放出的能量对应的质量为43.15MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得，质子的质量为
故B错误；
C．1L海水中的氘核全部反应损失的质量
故C正确；
D．1L海水中的氘核全部反应释放的能量
一吨标准煤燃烧释放的热量
故D错误。
故选AC。
11．BD
【详解】
A．光电效应是原子中的电子吸收光子，从而摆脱原子核的束缚，向外释放光电子的现象，故A错误；
B．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子的核式结构，故B正确；
C．放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，所以随地球环境的变化，半衰期不会发生变化，故C错误；
D．按照波尔理论，氢原子辐射出一个光子后，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，氢原子的电势能减小；根据
可知，电子的动能增大，核外电子的运动速度增大，故D正确；
故选BD。
12．BC
【详解】
A．其核能是来源于核裂变释放的能量，A错误；
BC．因为核反应产生的核废料有辐射性，有污染性，故核废料不能直接排放到海洋中，反应堆的外面需要修建防护层用来屏蔽各种射线，BC正确；
D．核反应产生能量是因为其产物的比结合能比核燃料的比结合能高，D错误
故选BC。
13．(1)→；(2)5.41
MeV；(3)5.31
MeV
【详解】
(1)根据质量数与质子数守恒规律，则有，衰变方程
→
(2)衰变过程中质量亏损为
m＝209.982
87
u﹣205.974
46
u﹣4.002
60
u＝0.00581
u
反应过程中释放的能量为
E＝0.005
81×931.5
MeV＝5.41
MeV
(3)因衰变前后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反
则有
即
mα·Ekα＝mPb·EkPb
则
4Ekα＝206·EkPb
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故有
Ekα+EkPb＝E＝5.41
MeV
所以α粒子从钋核中射出的动能为
Ekα＝5.31
MeV
14．(1)；(2)4.9MeV
【详解】
(1)根据质量数与核电荷数守恒可知，核衰变的方程为
(2)该核衰变反应中的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能为
解得
15．(1)；(2)；(3)；
【详解】
(1)由聚变反应中质量数守恒、核电荷数守恒得
。
(2)设核反应中的质量亏损为，则有
解得
。
(3)因反应前两核动能相同，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为0，两氘核正面对心碰撞过程动量守恒，结合动量大小p与动能的关系有：
或
或
解得
16．(1)；(2)不能；(3)；(4)
【详解】
(1)
氘核()和氚核()结合成氢核()的核反应方程：
(2)恒定电流产生恒定磁场，而恒定磁场无法产生感生电场，故离子无法被加速，因此不能发生核聚变反应；
(3)在极向磁场的作用下，氘核将从截面出发做匀速圆周运动，当运动半径为：时，能够全部通过截面；
根据牛顿第二定律可得：
可得：
代入数据可得：
(4
)设氘核和氚核在磁场中的轨迹半径分别为和，则根据半径公式，两者满足：
由图可得，要使能够在截面有重叠，须满足：
为使交叠区域在截面内，有：
通过列式计算得到需满足：
根据公式：
代入数据解得：