第五章 原子与原子核 单元检测（解析版）

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
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列核反应方程中，属于轻核聚变的是（　　）
A．
B．
C．
D．
2．以下说法符合物理学史的是（　　）
A．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性
B．为了解释黑体辐射规律，康普顿提出了电磁辐射的能量是量子化的
C．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
D．普朗克将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
3．实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标。现在有一种“氚电池”，它的体积比一元硬币还要小，就是利用了氚核β衰变产生的能量，有的心脏起搏器就是使用“氚电池”供电，使用寿命长达20年氚核发生β衰变过程中除了产生β粒子和新核外，还会放出质量数和电荷数为零的反中微子。氚核的半衰期为12.5年，下列说法正确的是（　　）
A．氚核β衰变后放出的新核是
B．氚核衰变放出的β射线是贯穿本领最强的射线
C．经过12.5年后，反应后剩余物的质量变为初始质量的
D．氚核β衰变后，新核平均核子质量会增加
4．下列说法中正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增加
5．中国首台“华龙一号”核电机组于2020年11月份并网发电，该核电技术安全指标和技术性能达到了国际三代核电技术的先进水平，具备国际竞争比较优势，具备完整自主知识产权，其核反应堆中的反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．反应是衰变反应
B．反应过程中吸收能量
C．任何体积的都能发生链式反应
D．结合能比的结合能小
6．下列说法正确的是（　　）
A．射线、射线、射线均为带电粒子流
B．电磁波的波长越长，其穿透能力越强
C．贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子内部存在复杂的结构
D．各种原子吸收光谱中的每一条暗线与明线光谱中的每一条亮线一一对应，可用于光谱分析
7．2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是，H的比结合能为1.09MeV，H的比结合能为2.78MeV，由此可知He的比结合能为（　　）
A．7.03MeV
B．5.56MeV
C．4.36MeV
D．3.87MeV
8．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（　　）
A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些
C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多
D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
9．下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若取8个氡原子核，经7.6天后就一定剩下2个原子核了
B．重核裂变释放核能产生新核的过程中，新核的比结合能比该重核的比结合能大
C．光子的能量由光的频率决定
D．衰变为，要经过4次α衰变及6次β衰变
10．一个静止的铀核U（质量为232.0372u）放出一个α粒子（质量为4.0026u）后衰变成钍核Th（质量为228.0287u）。已知1u相当于931MeV的能量。下列说法正确的是（　　）
A．该核衰变反应方程为U→Th＋He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.09MeV
11．一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为，下列说法正确的是（　　）
A．衰变后钍核的动能小于粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间
D．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
12．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α衰变，放射出的α粒子（）和新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动，运动径迹如图所示。其中α粒子轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。下列说法正确的是（　　）
A．轨迹1、2分别是α粒子、新核Y粒子的运动径迹
B．α粒子的圆周运动方向为顺时针
C．α粒子的圆周运动可等效成一个环形电流，且电流大小为I=
D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损Δm=（其中c表示光速）
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．用符号表示以下原子核，并说出原子核的质子数、中子数。
(1)粒子；
(2)质量数为14的碳原子核；
(3)电荷数为8、质量数为17的氧原子核；
(4)质量数为40的钾原子核；
(5)电荷数为86、核子数为222的氡原子核。
14．当氘等离子体被加热到适当高温时，可能发生氘核参与的几种聚变反应，并释放能量。这几种反应的总效果可表示为该反应方程中的k和d各为多少？质量亏损为多少？
15．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226．试问：
（1）镭核中有几个质子？几个中子？
（2）镭核所带电荷量为多少？
（3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
（4）是镭的一种同位素，让和以相同速度垂直射入磁应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
16．用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核（），产生锂核（）和粒子．已知中子质量，硼核质量，锂核质量，粒子质量．
（1）写出该反应的核反应方程．
（2）求出该反应放出的能量．
（3）若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能，则锂核和粒子的动能各是多少？（相当于）
参考答案
1．A
【详解】
A．为轻核聚变，A正确；
B．铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程为，B错误；
C．是人工转变，C错误；
D．是人工转变，D错误。
故选A。
2．A
【详解】
A．
德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性。故A正确；
B．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了电磁辐射的能量是量子化的。故B错误；
C．
卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构。故C错误；
D．玻尔量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征。故D错误。
故选A。
3．A
【详解】
A．衰变方程为
所以，氚核发生β衰变后放出的新核是，故A正确；
B．氚核衰变放出的β射线的贯穿本领不是最强的，伴随产生的射线的贯穿本领才是最强的，故B错误；
C．经过一个半衰期，是有一半氚核发生衰变，并不是剩余物的质量变为初始质量的，故C错误；
D．氚核β衰变过程放出能量，新核平均核子质量会减小，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故A错误；
B．天然放射现象的发现，说明了原子核内部有复杂结构，不能揭示原子核是由质子和中子组成的，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与温度无关，故C错误；
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增大，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．反应是重核裂变反应，选项A错误；
B．反应过程中放出能量，选项B错误；
C．要想发生链式反应，必须要使得达到临界体积，选项C错误；
D．因反应放出核能，则结合能比的结合能小，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．射线是电磁波，不带电，故A错误；
B．频率越高、能量越高的电磁波穿透能力越强，故B错误；
C．天然放射现象是原子核内部发生的现象，所以贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核内部存在复杂的结构，故C错误；
D．各种原子吸收光谱中的每一条暗线与明线光谱中的每一条亮线一一对应，都有各自的特征，可用于光谱分析，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
设He的比结合能为，根据放能的核反应发生规律是：生成物释放的结合能与反应物吸收的结合能之差，有
解得
故选A。
8．AC
【详解】
A．在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；
BCD．少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反弹回来，故BD错误；C正确；
故选AC。
9．BC
【详解】
A．半衰期是一个统计概念，对个别或少数原子核不适用，A错误；
B．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核的过程中释放能量，所以重核裂变释放核能产生新核的过程中，新核的比结合能比该重核的比结合能大，B正确；
C．光子的能量ε＝hν由光的频率决定，C正确；
D．衰变为，质量数减少16个，发生了4次α衰变，电荷数应减少8，而的电荷数比少6个，说明还发生了2次β衰变，D错误。
故选BC。
10．AD
【详解】
A．由题意可知，该核衰变反应方程为
U→Th＋He
选项A正确；
B．质量亏损
释放出
故B错误；
CD．由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即
所以钍核获得的动能
故C错误D正确。
故选AD。
11．AB
【详解】
AB．静止的铀核在衰变过程中动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和粒子的动量等大反向，即
因此有
因为钍核质量大于粒子质量，所以衰变后钍核的动能小于粒子的动能，故AB正确；
C．半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，故C错误；
D．由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程
可知，衰变过程有质量亏损，故D错误。
故选AB。
12．BCD
【详解】
A．由动量守恒可知衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反，所以在磁场中运动的轨迹圆外切，根据
得
可知α粒子半径大，故A错误；
B．由左手定则可知，α粒子的圆周运动方向为顺时针，故B正确；
C．圆周运动的周期为，环形电流为
故C正确；
D．对α粒子由洛伦兹力提供向心力
得
由质量关系可知衰变后新核Y质量为
由衰变过程中动量守恒可得
得
系统增加的能量为
由质能方程可得△E=△mc2，联立解得衰变过程中的质量亏损为
故D正确；
故选BCD。
13．见解析
【详解】
(1)；质子数2，中子数2；
(2)；质子数6，中子数8；
(3)；质子数8，中子数9；
(4)；质子数19，中子数21；
(5)；质子数86，中子数136。
14．2；2；
【详解】
在核反应的过程中由质量数守恒可得
由核电荷数守恒可得
联立以上两式可解得
，
根据爱因斯坦质能方程
得
15．（1）138
（2）1.41×10﹣17C
（3）88
（4）113:114
【详解】
（1）镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数之差，即N=A﹣Z=226﹣88=138．
（2）镭核所带电荷量Q=Ze=88×1.6×10﹣19C=1.41×10﹣17C
．
（3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88．
（4）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有Bqv=m
解得
，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故
【点睛】
此题关键是知道原子中质子数和中子数以及质量数存在的关系：中子数+质子数=质量数，质子数=原子序数=核外电子数．
16．（1）（2）4.30MeV（3）1.56MeV
2.74MeV
【详解】
根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．
（1）核反应方程为
．
（2）核反应过程中的质量亏损为
，
释放出的能量为
（3）根据动量守恒定律有
mLivLi=mava，
由动能定义式有
，
联立有
，
根据能量守恒有
，
解得锂核和α粒子的动能分别为
，．