第五章 原子与原子核 单元测试1（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1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列有关原子物理的知识，说法正确的是（　　）
A．卢瑟福粒子散射实验说明了原子核的复杂结构
B．在核反应方程，X表示的是中子
C．目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为铀
D．氡的半衰期是3.8天，8个氡原子核经过7.6天之后，还剩下2个未发生衰变
2．关于近代物理知识的描述，下列说法正确的是（　　）
A．温度越高，元素的半衰期越短
B．核反应方程为衰变
C．原子核裂变过程，原子核的比结合能变大
D．原子核聚变过程，原子核的比结合能变小
3．日本政府在2021年4月13日召开内阁会议正式决定，将上百万吨福岛第一核电站的核废水排入海洋，此举引发国际广泛关注。核废水中包含有“氚”、“铯”和“锶”等62种放射性物质，其中氚是氢的放射性同位素带有放射性，会发生衰变变成，半衰期为12.43年，该核反应方程为：，则（　　）
A．m=1，n=0，X是中子
B．m=1，n=0，X是电子
C．m=0，n=1，X是中子
D．m=0，n=-1，X是电子
4．某恒星内，三个α粒子结合成一个C核从而释放出核能。已知α粒子的质量mα=4.0026u、C的质量mC=12.0000u、质子的质量mp=1.0073u、中子的质量mn=1.0087u，1u=931
MeV/c2，c为光速，则C的比结合能约为（　　）
A．7.26
MeV
B．7.45
MeV
C．87.12
MeV
D．89.38
MeV
5．关于近代物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．要使某金属发生光电效应，入射光波长必须大于某极限值
B．卢瑟福原子核式结构模型的提出是建立在对阴极射线研究的基础上
C．大量处于能级的氢原子，向低能级跃迁时辐射出光子的频率有4种
D．在铀235发生裂变的一个核反应方程中，是中子
6．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中错误的是（　　）
A．太阳内部发生的核反应是热核反应
B．按照玻尔理论，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，电子的动能减小，但原子的总能量增大
C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的
7．下列说法正确的是（　　）
A．康普顿效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面
B．发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
C．原子的能量是不连续的，能级越高越稳定
D．射线是高速运动的氦原子核，具有良好的穿透性，能够穿透几厘米厚的铅板
8．下列说法中正确的有（　　）
A．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说
B．黑体辐射时电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构
D．原子核内任何两个质子间核力总大于它们间的库仑力
9．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
10．一个氢原子处于能级，跃迁发光时能发出光子的个数为（　　）
A．可能是一个
B．可能是两个
C．只能是三个
D．不能是四个
11．如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知（　　）
A．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量
B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量
C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定会释放能量
D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量
12．太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和、组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是释放的核能Δ
E，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成。已知质子质量，质量，电子质量，光速，太阳质量，太阳辐射功率为，普朗克常量。下列结论正确的是（　　）
A．核反应中的x是电子
B．释放的核能约为4.2×10-12J
C．若释放的核能全由波长为300nm的光子组成，一次核反应释放出的光子数约为6.3×108个
D．太阳维续保持在主序星阶段的时间约为1010年
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．在探索原子核的结构时，人们首先发现了质子。在发现质子后，人们根据什么认为原子核并不仅仅是由质子构成的？
14．核聚变的燃料可从海水中提取。海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为。从海水中提取的氘发生聚变反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升汽油？（汽油的热值为）
15．托卡马克（Tokamak）是依据等离子体约束位形而建立的磁约束聚变装置，由加热场线圈，极向线圈和纵场线圈组成。极向线圈可提供如图1装置中竖直方向的匀强磁场，纵场线圈起加速离子作用。图2为装置简化后俯视图，内径R1=2m，外径R2=5m，S为一截面，S1为其同一直径另一端截面。已知元电荷为C，质子中子质量均为kg。
(1)写出氘核和氚核结合成氦核的核反应式。已知氘核的质量为2.0136u，氚核的质量3.0161u，中子的质量为1.0087u，He核的质量为4.0026u，计算释放出多少核能；（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV。）
(2)若从S垂直截面方向射入氘核，求到达S1的最大速度与垂直磁感应强度B的关系式；
(3)关闭加热场线圈和纵场线圈电流，保留极向线圈的电流，已知极向线圈产生的总磁感应强度B=kI，k为比例系数，I为线圈中的电流大小，所有粒子均被约束在纵场区内，粒子一旦接触环形真空壁即被吸收导走。若垂直于截面S，速度均为的氘核和氚核在截面S1处有重叠，求极向线圈中电流大小范围。
16．一静止的铀核（）发生α衰变成钍核（Th），已知放出的α粒子的质量为m，速度为v0．假设铀核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能．
（1）试写出铀核衰变的核反应方程；
（2）衰变产物钍核（Th）的动量大小和方向
（3）求出铀核发生衰变时的质量亏损．（已知光在真空中的速度为c，不考虑相对论效应）
参考答案
1．C
【详解】
A．卢瑟福粒子散射实验说明了原子的复杂结构。故A错误；
B．在核反应方程，X表示的是质子。故B错误；
C．目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为铀。故C正确；
D．半衰期是一种统计规律，对少数原子核没有意义。故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．放射性元素的半衰期与外界条件无关，选项A错误；
B．核反应方程为原子核的人工转变方程，选项B错误；
C．原子核裂变过程，放出能量，则原子核的比结合能变大，选项C正确；
D．原子核聚变过程，放出能量，则原子核的比结合能变大，选项D错误。
故选C。
3．D
【详解】
由质量数和电荷数守恒得
解得
X是电子，故D正确。
故选D。
4．B
【详解】
根据爱因斯坦质能方程知，3个α粒子结合成一个，核反应方程为?
则C的比结合能约为
故选B。
5．D
【详解】
A．要使金属发生光电效应，入射光频率必须小于极限频率，也就是波长小于一定极限值，故A错误；
B．卢瑟夫原子核式结构模型建立在α粒子散射实验基础上，故B错误；
C．大量处于能级的氢原子，向低能级跃迁时辐射出光子的频率有3种，故C错误；
D．根据质量数、电荷数守恒可知，X是中子，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．太阳内部发生的核反应是热核反应，故A正确，不符合题意；
B．按照玻尔理论，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根据
知电子的动能减小，但原子的总能量增大，故B正确，不符合题意；
C．β衰变的本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，不是来自核外电子，故C错误，符合题意；
D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的，故D正确，不符合题意。
故选C。
7．A
【详解】
A．康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面，表明光子具有能量之外还具有动量，故A正确；
B．根据
可知发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故B错误；
C．原子核的能量是不连续的，能级越高，越不稳定，故C错误；
D．射线是高速运动的氦原子核，电离能力最强，而穿透能力最弱，不能穿透铅板，故D错误。
故选A。
8．BC
【详解】
A．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，故A错误；
B．由黑体辐射规律可知，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正确；
C．天然放射现象中的放射线来自于原子核，说明原子核中有复杂结构，故C正确；
D．核力是短程力，作用范围在1．5×10-15m，超出这个范畴，核力急剧减小，故原子核内任何两个质子间核力可能小于它们间的库仑力，故D错误。
故选BC。
9．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。
10．ABD
【详解】
一个氢原子处于能级，跃迁发光时能发出光子的个数可能是一个直接从4到1能级跃迁，也可能是先从4到2再2到1能级跃迁发出二个，最多发出三个，分别是从4到3，3到2，2到1，三种。
故选ABD。
11．AC
【详解】
AB．D和E结合成F，核子平均质量减少，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故A正确，B错误；
CD．若A分裂成B和C，核子平均质量减少，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故C正确，D错误。
故选AC。
12．ABD
【详解】
A．该核反应方程是
可知核反应中的x是电子，A正确；
B．根据质量亏损和质能方程，该核反应每发生一次释放的核能为
△E=（4mp+2me-mα）c2
代入数值解得
△E=4.2×10-12
J
B正确；
C．一次核反应释放出的光子数约为
C错误；
D．根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为
因此太阳总共辐射出的能量为
E=N?△E
设太阳每秒内向外放出的辐射能为P，所以太阳继续保持在主星序的时间为
由以上各式解得
t=1×1010年
即太阳维续保持在主序星阶段的时间约为1010年，D正确。
故选ABD。
13．原子核的正电荷数与它的质量数不相等
【详解】
原子核的正电荷数与它的质量数不相等，也就是说，原子核除去含有带正电荷的质子外，还应该含有其他的粒子。
14．，
【详解】
氘聚变方程为
两个氘核释放的能量为
海水中含有氘核为
从海水中提取的氘发生聚变反应时，能释放
相当于燃烧的汽油质量为
其体积为
15．(1)，17.14MeV；(2)；(3)A
【详解】
(1)
氘核和氚核结合成氦核的核反应式
Δm=2.0136＋3.0161-1.0087-4.0026u=0.0184u
反应释放核能
ΔE=0.0184×931.5MeV=17.14MeV
(2)粒子在磁场中运动时
可得
(3)记氘核半径为r1，氚核半径为r2
可得
可得
T
由于
B=kI
可得
A
16．（1）方程式
（2）m
v0
方向：与v0方向相反
（3）
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，根据动量守恒定律求出反冲速度，再根据能量守恒求出释放的核能．结合爱因斯坦质能方程求出质量亏损．
【详解】
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程：
?
(2)设钍核的质量为M，反冲速度大小为v，由动量守恒定律，得：
所以钍核的动量大小为，方向与相反；
(3)???,其中，
设质量亏损为△m,释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能,则
所以.