第五章 原子与原子核 单元测试题（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
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列说法错误的是（　　）
A．液晶一种特殊的化合物，具有各向异性
B．非晶体没有规则的几何形状，但有确定的熔化热
C．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力
D．在完全失重状态下，一固定容器中装有能浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体将会沿器壁流散
2．关于衰变方程，下列说法正确的是（　　）
A．X是质子
B．衰变前后总质量保持不变
C．X的穿透能力比α粒子强
D．100个经过一个半衰期还剩下50个
3．下列的若干叙述中，正确的是（　　）
A．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移
C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用
D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子核内有复杂的结构
4．β衰变中所放出的电子，来自（　　）
A．原子核外内层电子
B．原子核内中子衰变为质子放出的电子
C．原子核内所含电子
D．原子核内质子衰变为中子放出的电子
5．以下说法中不正确的是（　　）
A．玻尔的原子模型成功的解释了氢原子光谱
B．汤姆孙的电子衍射实验验证了德布罗意波的存在
C．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说
D．核反应堆中的镉棒是通过降低中子的速度来控制核反应速度的
6．2021年5月28日，在中科院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步．下列关于聚变的说法正确的是（　　）
A．任何两个原子核都可以发生聚变
B．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小
C．两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小
D．核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式
7．天然放射现象的发现揭开了原子核的秘密，在科学史上意义重大，的半衰期为T，衰变方程为：，下列说法正确的是（　　）
A．天然放射现象是由居里夫妇首先发现的
B．Th与He的结合能之和一定大于的结合能
C．Th与He的质量之和一定大于的质量
D．1000个原子核经T时间后一定还有500个没有发生衰变
8．核电与火电相比（　　）
A．核电站会向外界放出射线
B．核电站的燃料当量在地球上的可采储量比煤、石油少
C．核电站的废料有放射性
D．核电站比火电站对周围环境污染少
9．2021年1月3日消息，诺贝尔官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是（　　）
A．衰变成要经过4次衰变和3次衰变
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部因素有关，还与环境温度有关
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数增加1，中子数减少1
D．原子核衰变满足电荷数和质量数守恒
10．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
11．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
12．目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出、、射线，这些射线会导致细胞发生癌变，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　）
A．射线是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
B．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次衰变和6次衰变
C．射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．已知氡的半衰期为3.8天，100个氡原子，经7.6天后未衰变的氡原子还有25个
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一个铀核衰变为钍核时释放一个粒子。在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳？已知铀核的质量为，钍核的质量为，粒子的质量为。
14．两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。核聚变反应会释放出核能。例如，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出一个中子，就要向外释放出能量，其核反应方程式为：。已知氘核的质量为2.0141u，氚核的质量为3.0161u，中子的质量为1.0087u，氦核的质量为4.0026u。根据爱因斯坦的质能方程E=mc2可以证明1u相当于931.5MeV
(1)试根据上述条件计算出该反应能释放出多少兆电子伏的核能。（结果保留三位有效数字）
(2)燃烧值是指完全燃烧1kg的某种燃料所能释放出的能量，单位是J/kg。若已知某种型号的汽油的燃烧值为4.4×107J/kg，试计算按着上述核反应每结合成1kg氦核释放的核能大约相当于燃烧多少汽油释放出的化学能？（结果保留三位有效数字，取阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023）
15．在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，静止的原子核发生衰变，放出的粒子与反冲核Y都做匀速圆周运动，两个圆的半径之比为27：2，如图所示，
(1)写出衰变方程；
(2)已知，Y和放出的粒子的质量分别为、和光在真空中的速度为c，若衰变过程的同时放出能量为的光子，且衰变放出的光子的动量可忽略，求放出的粒子的动能．
16．如图所示，空间均匀分布的磁场，其方向都垂直于纸面向外，y轴是两磁场的分界面。在x>0区域内，磁感应强度大小为B1=2T，在x<0的区域内，磁感应强度大小为B2=1T。处于坐标原点O处有一个中性粒子（质量为M=3.2×10-25kg）分裂为两个带等量异号的带电粒子a和b，其中粒子a的质量m=M（可以取0～1的任意值），电量q=+3.2×10-19C。分裂时释放的总能量E=1.0×104eV。释放的总能量全部转化为两个粒子的动能。设粒子的速度沿x轴正方向。不计粒子重力和粒子之间的相互作用力；不计中性粒分裂时间。求：
(1)若=0.25，粒子a在右边磁场运动的半径Ral；
(2)取多大时，粒子a在右边磁场运动的半径最大；
(3)取多大时，两粒子会在以后的运动过程中相遇？
参考答案
1．B
【详解】
A．液晶一种特殊的化合物，具有各向异性，所以A正确，不符合题意；
B．非晶体没有规则的几何形状，也没有确定的熔化热，所以B错误，符合题意；
C．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力，所以C正确，不符合题意；
D．在完全失重状态下，一固定容器中装有能浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体将会沿器壁流散，所以D正确，不符合题意；
故选B。
2．C
【详解】
A．根据电荷数和质量数守恒，X是电子，选项A错误；
B．衰变过程释放能量，根据质能方程，衰变过程总质量减小，选项B错误；
C．X是电子，其穿透能力比α粒子强，选项C正确；
D．衰变是针对大量元素而言，少数无意义，选项D错误。
故选C。
3．C
【详解】
A．德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，选项A错误；
B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项B错误；
C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用，选项C正确；
D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子内有复杂的结构，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
β衰变的实质是原子核中一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，可知β衰变的电子来自原子核。
故选B。
5．D
【详解】
A．玻尔的原子模型成功的解释了氢原子光谱，A正确，不符合题意；
B．汤姆孙的电子衍射实验验证了德布罗意波的存在，B正确，不符合题意；
C．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，C正确，不符合题意；
D．核反应堆中的镉棒是通过吸收部分中子来控制核反应速度的，D错误，符合题意
故选D。
6．B
【详解】
A．只有两个质量数较小的原子核才可以聚变成一个中等质量数的原子核，并不是任何两个原子核都可以发生聚变，故A错误；
BC．核聚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，两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小，平均结合能增加，故B正确，C错误；
D．核聚变的最终产物是氦气，无污染，而核裂变会产生固体核废料具有放射性，因此核聚变更加清洁和安全，但是还不是目前利用核能的主要方式，选项D错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．贝克勒尔首先发现了天然放射性现象，证明原子核有复杂的结构，故A错误；
B．铀核在发生衰变反映时释放能量，根据能量守恒定律，可知
Th与
He的结合能之和一定大于的结合能，故B正确；
C．根据爱因斯坦质能方程，可知由于衰变释放能量，有质量亏损，Th与
He的质量之和一定小于的质量，故C错误；
D．由于半衰期是统计规律，对大量原子核衰变才适用，所以1000个
原子核经T时间后不一定还有500个没有发生衰变，故D错误。
故选B。
8．CD
【详解】
A．做好防护后，核电站不会向外界放出射线。A错误；
B．核电站的燃料当量在地球上的可采储量比煤、石油多，已探明的核燃料，是有机燃料的20倍。B错误；
C．核电站的废料具有放射性。C正确；
D．核电站比火电站对周围环境污染少，主要是固体废料，容易收集。D正确。
故选CD。
9．CD
【详解】
A．由于α衰变一次质量数减少4，所以α衰变的次数为次，β衰变的次数为m=86-（92-4×2）=2，即衰变成要经过4次α衰变和2次β衰变，故A错误；
B．放射性元素的半衰期仅与核内部因素有关，与环境温度无关，选项B错误；
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，一个中子转化为一个质子，则它质子数增加1，中子数减少1，选项C正确；
D．原子核衰变满足电荷数和质量数守恒，选项D正确。
故选CD。
10．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。
11．AD
【详解】
A.这些氢原子总共可辐射出光的频率种数为
故A正确；
B.由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光频率最小，故B错误；
C.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，故C错误；
D.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为10.2eV，大于金属铂的逸出功，可以使金属铂发生光电效应，故D正确。
故选AD。
12．BC
【详解】
A．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的电子流，故A错误；
B.．根据质量数守恒和电荷数守恒，铀核()衰变为铅核()的过程中，设发生x次衰变，y次衰变，衰变方程为
则
解得
又
得
即要经过8次衰变和6次衰变，故B正确；
C．射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C正确；
D．半衰期是对大量原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变，不适用于少原子核的衰变，故D错误。
故选BC。
13．
【详解】
衰变前后亏损的质量为
放出的能量为
14．(1)17.6MeV；(2)
9.63×106Kg
【详解】
(1)核反应中亏损的质量
释放的核能
(2)
1kg氦核中的氦核个数为
个
每结合成1kg氦核释放的核能为，汽油燃烧值q=4.4×107J/kg，相当于燃烧汽油质量
15．(1)
(2)
【解析】
（1）由于新核和放出的粒子的轨迹是外切圆，说明放出的粒子带正电，是α衰变，核反应方程为：
（2）上述衰变过程的质量亏损为，放出的能量为
该能量是Y的动能，α粒子的动能和γ光子的能量之和：
设衰变后的Y核和α粒子的速度分别为和，则由动量守恒有
又由动能的定义可知，，解得
16．(1)；(2)；(3)或
【详解】
(1)分裂过程动量守恒
能量守恒
解得
粒子a轨迹满足
（）
(2)根据几何关系可知
可知当时最大；
(3)一个中性粒子分裂为两个带电粒子a和b，根据电荷守恒，一个粒子带正电，另一个粒子带负电。不妨设，a粒子带正电，则b粒子带负电。由于两个粒子的质量和速度的乘积相等，所以两个粒子在同一磁场中的运动半径也相等
即
a，b两粒子的运动轨迹如图所示，它们相遇的位置只有两个，分别为C点和D点
①若在C点相遇
则
②若在D点相遇，由于△OCD为正三角形，所以
则