第五章 原子与原子核 单元测试题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
单元测试题1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．四川省三星堆文物考古，对新发现的4号坑用碳14年代检测方法进行了初步判定，属于商代晚期。碳14是碳的最稳定、最重要的同位素，其半衰期为5730年假如碳14经过衰变后变成氮14，下列说法正确的是：（　　）
A．射线带正电
B．衰变的实质是1个质子转化为1个中子和1个电子
C．人类不能够通过高温高压来改变碳14的半衰期
D．100个碳14原子核，经过5730年一定剩下50个碳14原子核
2．据《人民日报》4月12日报道，日本要把福岛核电站超过130万吨的核废水直接排入太平洋，引起周边国家的一致反对。
核废水中含有多种放射性元素，其中放射性元素Cs137的核反应方程为，半衰期约为30年，下列说法正确的是（　　）
A．该反应属于核裂变
B．该反应需吸收能量
C．原子核中有81个中子
D．经海水稀释后半衰期会变短
3．下列有关质能方程的说法中，正确的是（　　）
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由E=mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、系统的总能量和总质量并不守恒
4．目前太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为。若的质量为，的质量为，真空中的光速为c，则该反应中释放的核能为（　　）
A．
B．
C．
D．
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．汤姆逊通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
D．一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线
6．以下说法正确的是（　　）
A．光电效应显示了光的波动性
B．轻核聚变后核子的总质量小于聚变前核子的总质量
C．汤姆孙研究阴极射线，提出原子具有核式结构
D．粒子散射实验证明了中子是原子核的组成部分
7．某放射性元素的原子核静止在匀强磁场中，当它放出一个粒子后，速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44：1，如图所示，则（　　）
A．袞变瞬间，粒子与反冲核的动量相等
B．衰变瞬间，粒子与反冲核的动能相等
C．放射性元素原子核的核电荷数为90
D．粒子和反冲核的速度之比为1：88
8．某原子核的衰变过程ABC，下列说法正确的是（　　）
A．核C比核A的质子数少1
B．核C比核A的质量数少5
C．原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2
D．核C比核B的中子数少2
9．关于原子核的说法正确的是（　　）
A．自然界中的原子核，质子数与中子数都是相等的
B．比结合能越大，原子核就越稳定
C．原子核中的每个核子只跟邻近的核子之间才有核力作用
D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
10．当一个重核裂变时，它所产生的两个核（　　）
A．含有的质子数之和比裂变前重核的质子数少
B．含有的中子数之和比裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
11．下列说法正确的是（　　）
A．图甲中电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
B．图乙中原子核衰变放出粒子，说明粒子是组成原子核的一种粒子
C．图丙中只能用射线测钢板厚度而不能用射线
D．图丁中镉棒吸收中子的能力很强，可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度
12．2021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2次哀变
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部身因素有关，还与质量有关
C．一个放射性原子核，发生一次衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个
D．原子核衰变时满足电荷数和质量数守恒
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程．
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026
J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(mp＝1.0043
u，mHe＝4.0015
u，me＝0.00055
u)?
14．一个静止的铀核，(原子质量为放出一个粒子原子质量为后衰变成钍核(原子质量为已知：原子质量单位，1u相当于
（1）写出核衰变反应方程；
（2）算出该核衰变反应中释放出的核能．
15．一静止的核衰变为核时，只放出一个粒子，已知的质量为，粒子质量为，衰变过程中质量亏损为，光在真空中的速度为，若释放的核能全部转化为系统的动能，求放出的粒子的初动能.
16．放射性同位素电池具有工作时间长、可靠性高和体积小等优点，是航天、深海、医学等领域的重要新型电源，也是我国近年重点科研攻关项目。某同学设计了一种利用放射性元素β衰变的电池，该电池采用金属空心球壳结构，如图1所示，在金属球壳内部的球心位置放有一小块与球壳绝缘的放射性物质，放射性物质与球壳之间是真空的。球心处的放射性物质的原子核发生β衰变发射出电子，已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，射出电子的最小动能为E1，最大动能为E2。在E1和E2之间，任意相等的动能能量区间ΔE内的电子数相同。为了研究方便，假设所有射出的电子都是沿着球形结构径向运动，忽略电子的重力及在球壳间的电子之间的相互作用。元电荷为e，a和b为接线柱。
（1）原子核是由质子和中子等核子组成的，说明β衰变的电子是如何产生的。
（2）求a、b之间的最大电势差Um，以及将a、b短接时回路中的电流I短。
（3）在a、b间接上负载时，两极上的电压为U，通过负载的电流为I。论证电流大小I随电压U变化的关系，并在图2中画出I与U关系的图线。
（4）若电源的电流保持恒定且与负载电阻无关，则可称之为恒流源。请分析负载电阻满足什么条件时该电源可视为恒流源。
（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明）
参考答案
1．C
【详解】
A．射线是高速电子流，带负电。故A错误；
B．衰变的实质是1个中子转化为1个质子和1个电子。故B错误；
C．半衰期是由原子核内部结构决定的，人类不能够通过高温高压来改变碳14的半衰期。故C正确；
D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，少数原子核的衰变不符合该统计规律。故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．该反应是Cs137的原子核衰变，不是核裂变，A错误；
B．原子核衰变反应不需要从外界吸收能量就可以自发进行，B错误；
C．里面质子数为56，中子数为
C
正确；
D．原子核的半衰期由原子核本身决定，不受外界因素的影响，也与所处的物理状态和化学状态无关，D错误；
故选C。
3．B
【详解】
AB．公式
说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，A错误B正确；
C．核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量突变成运动的质量，并不是质量转变成能量，C错误；
D．在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，D错误。
故选B。
4．B
【详解】
根据质能方程可知，该反应中释放的核能为
故选B。
5．C
【详解】
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为，A错误；
B．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错误；
C．由波尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，C正确；
D．一个原子核在一次衰变中不可能同时放出、和三种射线，D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．光电效应显示了光的粒子性，A错误；
B．轻核聚变放出核能，有质量亏损，则轻核聚变后核子的总质量小于聚变前核子的总质量，B正确；
CD．卢瑟福通过研究α粒子散射实验，提出原子具有核式结构，但是并没有证明中子是原子核的组成部分，CD错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．衰变过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，根据动量守恒定律得知α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，故A错误；
B．根据动能与动量的关系式
可得α粒子与反冲核的动能与质量成反比，质量不等，则动能不等，故B错误；
CD．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由
得
若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子
对反冲核
由于p1=p2，且R1：R2=44：1，得
反冲核的核电荷数为90-2=88，它们的速度大小与质量成反比，故C正确，D错误。
故选C。
8．AD
【详解】
由衰变方程可写出关系式
又中子数为质量数与质子数之差，可得核C比核A的质子数少1，核C比核B的中子数少2，原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数少1，AD正确，BC错误。
故选AD。
9．BC
【详解】
A．自然界中的原子核，质子数等于电荷数，与中子数不都是相等的，选项A错误；
B．比结合能越大，原子核就越稳定，选项B正确；
C．核力是短程力，原子核中的每个核子只跟邻近的核子之间才有核力作用，选项C正确；
D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能大，而比结合能比较小，故D错误。
故选BC。
10．BD
【详解】
AB．一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的中子数比裂变前重核的要少，故A错误B正确；
C．裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，故?C错误；
D．重核裂变的产物是多种多样的，故D正确。
故选BD。
11．AD
【详解】
A．图甲中是电子束穿过铝箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性，故A正确；
B．图乙原子核衰变放出粒子，是由于发生衰变产生的，衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是粒子，但粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；
C．射线具有较强的穿过本领，图丙中只能用射线测钢板厚度而不能用射线，故C错误；
D．核反应堆中，镉棒可以吸收中子，通过镉棒插入的深浅调节中子数目以控制反应速度，故D正确。
故选AD。
12．AD
【详解】
A．由于衰变一次质量数减少4，所以衰变的次数为
衰变的次数为
即衰变成要经过4次衰变和2次哀变，故A正确；
B．放射性元素的半衰期仅与核内部身因素有关，与其他条件无关，故B错误；
C．衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子，同时释放出一个电子的过程，所以发生一次衰变，则它质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；
D．原子核衰变时满足电荷数和质量数守恒，故D正确。
故选AD。
13．(1)
;(2);(3)
【详解】
（1）由题意可得核反应方程应为:
（2）反应前的质量，反应后的质量，，由质能方程得，释放能量.
（3）由质能方程得每秒减少的质量
14．（1）
（2）5.49MeV
【解析】
【详解】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为：；
（2）该核衰变反应中质量亏损为：△m=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u，
?根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能△E=△m?c2=0.0059×931=5.49MeV；
15．
【详解】
根据动量守恒定律得
根据能量守恒定律得
解得
16．（1）β衰变的实质是1个中子转化为1个质子和1个电子；（2），；（3）见解析；（4）0【详解】
（1）β衰变的实质是1个中子转化为1个质子和1个电子。或写出核反应方程
（2）根据动能定理有
－eUm
=
0－E2
解得a、b之间的最大电势差
将a、b短接时所有逸出电子都能由球心处的放射源到达球壳，故短路电流
（3）①在0②在E1E2时，即因为单位时间发射的电子是按照能量均匀分布的，所以这时通过负载的电流为
③在eU=E2即U=时，电子将无法到达球壳，此时通过负载的电流为零。
综合①②③的分析，可知I随电压U变化的伏安特性关系如答图2所示
（4）当0U=IR=NeR
解得
0当负载电阻满足0