第五章 原子与原子核 单元测试（Word版含解析）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
第五章
原子与原子核
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．原子核物理学是20世纪新建立的一个物理学分支，它主要研究原子核的结构和变化规律，射线束的产生、探测和分析技术，以及同核能、核技术应用有关的物理问题，下列说法正确的是（　　）
A．降低温度，放射性元素的半哀期减小
B．核反应堆中铀核俘获一个中子后外裂为两个或几个中等质量数的原子核，并吸收大量核能
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
D．大量氢原子从的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
2．医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．在下列四个核反应方程中，符号“”表示中子的是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．原子核物理学是20世纪新建立的一个物理学分支，它主要研究原子核的结构和变化规律，射线束的产生、探测和分析技术，以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下列说法正确的是（　　）
A．降低温度，放射性元素的半衰期减小
B．大量氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
D．核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核，并吸收大量核能
5．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（
）
A．贝克勒尔对天然放射现象的研究发现了原子中存在原子核
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素
C．卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．汤姆逊用粒子轰击氮原子核是人类第一次实现人工转变
6．关于原子核中的核力与结合能，下列说法中正确的是（　　）
A．核力是短程力，作用范围在内，核力比库仑力小得多
B．原子核中，质子与质子间有核力，质子与中子间没有核力
C．结合能是指由核子构成原子核时而具有的能量
D．比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固
7．以下说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期跟温度压强等外部条件无关，但与原子所处化学状态有关
B．某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变
C．根据玻尔的原子理论，氢原子由能量较高的定态跃迁到能量较低的定态时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小
D．用一光电管进行光电效应实验时，当用某一频率的光入射，有光电流产生，若保持入射光的强度不变，增大光电管两端电压则光电流必将变大
8．在下列核反应方程中，X代表质子的方程是（　　）
A．
B．
C．
D．
9．关于图中四幅图的有关说法中正确的是（　　）
A．图甲，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核的结构模型
B．图乙中若改用绿光照射，验电器金属箔片一定不会张开
C．图丙，玻尔的原子理论可以很好地解释氢原子光谱的分立特征
D．图丁，原子核D、E结合成F时会有质量亏损，要释放能量
10．已知氘核的平均结合能是1.09MeV，氚核的平均结合能是2.78MeV，氦核的平均结合能是7.03MeV。在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核和一个中子，并放出17.6MeV的能量，下列说法正确的是（　　）
A．这是一个裂变反应
B．核反应方程为
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应会有质量亏损
11．日本政府4月13日决定将福岛核污染水稀释后排入大海，引发外界和当地渔民的猛烈批评。东京电力公司网站介绍称，核污水中包含氚、碳、钌、钴、锶、铯、铯等63种放射性物质，它们的半衰期短的是十几年、几十年，长的甚至达到5370年。下列说法正确的是（　　）
A．氚是氢的放射性同位素
B．核污水中包含的放射性物质只会发出和三种射线
C．储存有核污水的罐体要确保对环境没有影响，最难也是最需要重点防护的是射线
D．如果能将核污水中的63种放射性物质变成其他化合物，其衰变或许会变得更快些
12．质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如是的“镜像核”，同样也是的“镜像核”，则下列说法正确的是（　　）
A．N和O互为“镜像核”
B．N和互为“镜像核”
C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子
D．核反应的生成物中有α粒子，该反应是α衰变
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．(1)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程
是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子，确定核反应方程中a、b的值；
(2)一静止的核经α衰变成为核，释放出的总动能为4.27
MeV.问此衰变后核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?
14．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次β衰变。
放射出β粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨迹半径为R。
以m、q分别表示β粒子的质量和电荷量。
已知真空中的光速为c，不考虑相对论效应。
(1)放射性原子核用表示，新核元素符号用Y表示，写出该β衰变的核反应方程；
(2)β粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求环形电流大小；
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为β粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m。
15．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。求：
（1）该聚变反应释放多少能量？
（2）若氢完全聚变，能释放多少能量？
（3）氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？（已知煤的热值，氢核质量为，氦核质量为，电子的质量为）
16．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家研究用放射性材料—作为发电能源为火星车供电。我们知道可以利用磁场研究原子核的衰变，在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的钚核发生了衰变，产生了新核铀（），同时辐射出能量为的光子。放射出的粒子速度为，并且在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。假设衰变中放出的光子动量可以忽略，已知粒子的质量为，电荷量为，铀核的质量为，光速用表示。
（1）写出发生衰变的核反应方程；
（2）求铀核在磁场中运动的轨道半径；
（3）假设反应过程中放出的能量全部转化为新核铀的动能和粒子的动能及光子的能量，求衰变过程中的质量亏损。
参考答案
1．D
【详解】
A．半衰期是放射性物质故有的一种物理属性，由原子核自身决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，A错误；
B．核反应堆中铀核俘获一个中子后外裂为两个或几个中等质量数的原子核，并释放大量核能，B错误；
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，C错误；
D．一群氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时跃迁是随机的，能辐射C
24=6种不同频率的光子，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为
故选C。
3．C
【详解】
由质量数守恒及电荷数守恒可知，A中的X表示质子，B中的X表示电子，C中的X表示中子，D中的X表示电子，C正确。
故选C。
4．B
【详解】
A．放射性元素的半衰期与温度等化学与物理变化无关，只由原子核本身性质决定，所以A错误；
B．大量氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子，所以B正确；
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，所以C错误；
D．核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核，并释放大量核能，所以D错误；
故选B。
5．B
【详解】
AC．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子中存在原子核，建立了核式结构模型，AC错误；
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，B正确；
D．卢瑟福用粒子轰击氮原子核实现了第一次原子核的人工转变，而不是汤姆孙，D错误。
故选B。
6．D
【详解】
A．核力是短程力，作用范围在内，核力比库仑力大得多，A错误；
B．原子核中，核子（质子或中子）与相邻的核子间都有核力作用，B错误；
C．结合能是指由核子构成原子核时释放的能量，C错误；
D．比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
A．放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，A错误；
B．据光电效应方程知，光电子的最大初动能
与入射光的频率有关，与光的强度无关，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能是不变的，B正确；
C．能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故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，同时电子的动能增大，电势能减小，C错误；
D．保持入射光的强度不变，随着所加正向电压的增大，光电流增大并趋于饱和值；如果所加的是反向电压，且不断增大，光电流反而会减小，D错误。
故选B。
8．BC
【详解】
根据核反应中质量数和电荷数守恒可知
A．该反应中X的质量数为1，电荷数为0，是中子，选项A错误；
B．该反应中X的质量数为1，电荷数为1，是质子，选项B正确；
C．该反应中X的质量数为1，电荷数为1，是质子，选项C正确；
D．该反应中X的质量数为2，电荷数为1，是氘核，选项D错误；
故选BC。
9．CD
【详解】
A．图甲，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核的核式结构模型，而原子核的结构模型还包括汤姆孙的枣糕模型等，故A错误；
B．图乙中只能说明紫外线的频率大于金属板的极限频率，而绿光的频率是否大于极限频率未知，故不能确定是否能发生光电效应，故B错误；
C．图丙，玻尔的原子理论可以很好地解释氢原子光谱的分立特征，故C正确；
D．图丁，原子核D、E结合成F是核聚变反应，会有质量亏损，要释放能量，故D正确。
故选CD。
10．BD
【详解】
AB．核反应方程如B所述，是聚变反应，故A错误，B正确；
C．目前核电站利用核裂变工作，故C错误；
D．该反应释放能量，故有质量亏损，D正确。
故选BD。
11．AB
【详解】
A．氕为氢的主要稳定同位素之一，氘为氢的一种稳定形态同位素，也被称为重氢，氚为氢的放射性同位素，也被称为超重氢，故A正确；
B．放射性物质是指那些能自然向外辐射能量，发出射线的物质，放射性物质放出的射线有三种：分别是和射线，故B正确；
C．储存有核污水的罐体要确保对环境没有影响，因为射线穿透性最强，故最难也是最需要重点防护的是射线，故C错误；
D．放射性元素衰变有一定的周期，不因物理或化学环境而改变，故D错误。
故选AB。
12．BC
【详解】
A．N的质子数为7，中子数为8，互换后质子数变为8，质量数仍为15，则N和O不是“镜像核”，故A错误；
B．N的质子数为7，中子数为6，互换后质子数变为6，质量数仍为13，故B正确；
C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，故C正确；
D．核反应
是核聚变，生成物中虽然有α粒子，但该反应不是α衰变，故D错误。
故选BC。
13．（1）a=1,b=2（2）0.07
MeV
【解析】
（1）根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a=1,b=2
（2）据题意知：此α衰变的衰变方程为：
根据动量守恒定律得：mαvα＝mThvTh，①
式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知：
mα＋mTh＝Ek，②
③
式中Ek＝4.27
MeV是α粒子与Th核的总动能．
由①②③式得：mTh＝Ek，
④
代入数据得，衰变后核的动能：mTh＝0.07
MeV.⑤
点睛：首先要知道核反应的质量数及电荷数守恒；知道原子核在发生衰变过程中属于反冲现象，满足动量守恒及能量守恒关系，把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的方法．
14．(1)
；(2)；(3)
【详解】
(1)该β衰变的核反应方程
(2)洛伦兹力提供向心力
所以
坏形电流
(3)衰变过程动量守恒，有
所以
“-”表示方向相反
因为
p=mv
所以
即
由能量守恒
其中
所以
15．（1）（2）（3）
【解析】
【详解】
（1）核反应方程为：
所以
。
（2）1g氢完全聚变释放的能量为
（3）相当于煤完全燃烧的质量为：
kg。
16．(1)
；(2)
；(3)
【详解】
(1)
核反应方程为
(2)衰变时，根据动量守恒定律得
在磁场中，根据牛顿第二定律得
解得
所以铀核在磁场中运动的轨道半径为
(3)根据能量守恒得
解得