第五章 原子与原子核 单元达标（Word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
单元达标（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　）
A．该实验证实了原子的枣糕模型的正确性
B．只有少数的α粒子发生大角度偏转
C．根据该实验估算出原子核的半径约为10－10
m
D．α粒子与金原子中的电子碰撞可能会发生大角度偏转
2．随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（　　）
A．卢瑟福粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
B．天然放射现象表明原子核内部有电子
C．轻核聚变反应方程有：
D．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
3．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院中国“人造太阳”核聚变技术创造了新的世界纪录，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，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。下列关于核聚变的有关说法正确的是（　　）
A．轻核聚变释放出能量，出现了质量亏损，所以轻核聚变过程质量数不守恒
B．轻核聚变后核的比结合能增大
C．中等大小的核的结合能最大
D．轻核聚变的反应称为链式反应
4．2021年4月13日，日本政府召开内阁会议，宣布正式决定将福岛核废水排入海洋，引发了国际社会的谴责和反对。曾经受日本福岛核泄漏的影响，中国内地部分地区在空气中相继检测出极微量人工核素碘131、铯137等。已知碘131（即）的半衰期为8天，则下列有关福岛核泄露问题的说法正确的是（　　）
A．核反应堆发生的是轻核聚变反应
B．20个放射性核素碘131（即），经过8天后，未衰变的个数不一定是10个
C．4月份以后，随着气温升高、风力增强，碘131（即）的半衰期会逐渐减小
D．碘131（即）衰变放出的γ射线是碘原子外层电子受激发产生的
5．如图所示，静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为44：1，则下列说法不正确的是（　　）
A．粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反
B．原来放射性元素的原子核电荷数为90
C．其中粒子的轨迹是半径为R1圆轨道
D．粒子和反冲粒子的速度之比为1：88
6．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
7．下列选项中，m和m0分别表示14C某时刻和初始时刻的质量。则能正确反映14C衰变规律的是（　　）
A．B．C．D．
8．下列说法正确的是　　
A．铀经过，衰变形成稳定的铅，在这一变化过程中，共有6个中子转变为质子
B．一个氢原子从的激发态跃迁到基态时，能辐射3个光子
C．结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．某入射光照射到金属锌版表面时发生光电效应，当增大入射光频率时，光电子最大初动能也随之增大
9．下列说法正确的是（　　）
A．大量氢原子从n=4激发态跃迁到基态最多能发出6种不同频率的光
B．核反应堆中，镉棒是用来吸收中子，其作用是控制反应速度
C．根据玻尔理论可知，电子可以绕原子核沿任意轨道做匀速圆周运动
D．的半衰期是24天，32个核经过72天后一定剩下4个核
10．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是
，以下说法中正确的是(　　)
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．反应前后质量数不变，但会出现质量亏损
D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度
11．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了某种衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为，有（　　）
A．该原子核发生了衰变
B．原静止的原子核的原子序数为16
C．反冲核沿小圆作逆时针方向运动
D．该衰变过程结束后其系统的总质量略有增加
12．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于n=3的激发态上，下列说法正确的是（　　）
A．原子向n=2的能级跃迁需要吸收能量
B．原子向低能级跃迁能发出3种不同频率的光子
C．原子跃迁到低能级后电子动能增大
D．原子至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．元素P的一种同位素P具有放射性，对人体有害。则：
(1)磷同位素P的原子核中有几个质子？几个中子？
(2)磷同位素P核所带电荷量是多少？
(3)若P原子呈中性，它的核外有几个电子？
(4)若让P和P原子核以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
14．已知中子的质量是mn＝1.6749×10－27kg，质子的质量是mp＝1.6726×10－27kg，氦核的质量m＝6.6467×10－27kg，真空中光速c＝3.00×108m/s。
（1）写出2个质子和2个中子结合成氦核的核反应方程；
（2）求氦核的平均结合能。（结果保留三位有效数字）
15．1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核产生氧并发现了一种新的粒子。已知氮核质量为，氧核的质量为，粒子质量为，新粒子的质量为。（已知：相当于，结果保留2位有效数字）求：
(1)写出发现新粒子的核反应方程；
(2)核反应过程中是吸收还是释放能量，并求此能量的大小；
(3)粒子以的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核，反应生成的氧核和新的粒子同方向运动，且速度大小之比为，求氧核的速度大小。
16．一个静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核，已知镭核226质量为226.0254
u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子的质量为4.0026
u，1u相当于931.5
MeV的能量。(计算结果保留小数点后两位)
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能。
参考答案
1．B
【详解】
AB．α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，粒子散射实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，故A错误B正确；
C．通过α粒子散射实验估算出原子核半径数量级约为10-15m，故C错误；
D．发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和金原子的原子核发生碰撞的结果，与电子碰撞时不会发生大角度的偏转，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．卢瑟福粒子散射实验得出了原子的核式结构理论，放射性现象的发现说明原子核内部具有复杂的结构，选项A错误；
B．天然放射现象表明原子核有复杂的结构，并不能说明原子核内部有电子，选项B错误；
C．轻核聚变反应方程有
选项C正确；
D．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，因为核子结合成原子核时有质量亏损，D错误；
故选C。
3．B
【详解】
A．核反应都遵循质量数守恒和电荷数守恒，与是否发生质量亏损无关，A错误
B．中等大小的核的比结合能最大，轻核聚变后是向中等核变化，所以核的比结合能增大，B正确
C．中等大小的核的比结合能最大，结合能不是最大，原子核的结合能还与核子数有关，核子数越多，结合能越大，C错误
D．轻核裂变时能发生链式反应，轻核聚变不能发生链式反应，D错误
故选B。
4．B
【详解】
A．核反应堆发生的是重核裂变反应，A错误；
B．因半衰期是大量原子核的统计意义，对少量原子核不适应，故20个放射性核素碘131（即
），经过8天后，未衰变的个数不一定是10个，B正确；
C．半衰期与外部因素无关，C错误；
D．碘131（即
）衰变放出的γ射线是原子核受激产生的，D错误；
故选B。
5．D
【详解】
A．微粒之间相互作用的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，即粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，故A正确，不符合题意；
BC．由于释放的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，则有
解得
若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对粒子
对反冲核
由于
：：1
解得
即其中粒子的轨迹是半径为R1圆轨道，原来放射性元素的原子核电荷数为90，选项BC正确，不符合题意；
D．粒子的动量为
p=mv
由于两粒子动量p大小相等，则它们的速度大小与质量成反比，由于不知道两粒子间的质量关系，则无法确定两粒子的速度关系，故D错误，符合题意。
故选D。
6．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。
7．B
【详解】
设衰变周期为，那么任意时刻14C的质量
可见，随着t的增长物体的质量越来越小，且变化越来越慢。
故选B。
8．AD
【详解】
A．根据一次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变，质量数不变，质子数增加，因此铀核（）衰变为铅核（）的过程中，质量数减少32，而质子数减少10，因此要经过8次α衰变，导致质子数减少16，由于质子数只减少10，所以只有发生6次β衰变，因此共有6个中子转变为质子，A正确；
B．一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时跃迁时，最多能辐射2种光子，B错误；
C．平均结合能表示原子核的稳定程度，在原子核中，平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，C错误；
D．依据光电效应方程，当增大入射光频率时，光电子最大初动能也随之增大，D正确。
故选AD。
9．AB
【详解】
A．大量氢原子从n=4激发态跃迁到基态最多能发出种不同频率的光。A正确；
B．核反应堆中，镉棒是用来吸收中子，其作用是控制反应速度。B正确；
C．根据玻尔理论可知，电子可以绕原子核沿一些不连续的轨道做匀速圆周运动。C错误；
D．半衰期是个统计概念，研究的是大量的原子核，不能用来判断少数几个原子核的变化。D错误。
故选AB。
10．ACD
【详解】
核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，能量会以光子的形式向外释放，根据质能方程可知，γ光子的能量为Δmc2，故ACD正确，B错误。
故选ACD。
11．AC
【详解】
A．由图示可知，原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，而两者速度方向相反，则知两者的电性相反，新核带正电，则放出的必定是β粒子，发生了β衰变，故A正确；
BC．根据动量守恒定律得知，放出的β粒子与新核的动量大小相等，由
得半径与电荷量成反比，两圆半径之比为1：16，由于新核的电荷量较大，则小圆是新核的轨迹。由半径之比得到新核的电荷量为16e，原子序数为16，则原来静止的原子核的原子序数为15，由于新核的电荷量较大，则小圆是新核的轨迹，衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右，根据左手定则判断得知，其速度方向向下，沿小圆作逆时针方向运动，故B错误，C正确；
D．原子核衰变过程会放出能量，质量略有亏损，该衰变过程结束后其系统的总质量略有减少，故D错误。
故选AC。
12．BCD
【详解】
A．原子从n=3向n=2的能级跃迁时，要释放能量。A错误；
B．一群氢原子从n=3向低能级跃迁时，能发出种光子。B正确；
C．原子跃迁到低能级后，根据玻尔假设，能级越低，电子动能越大。C正确；
D．由图可知，n=3的能级为-1.51eV，所以至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离。D正确。
故选BCD。
13．(1)15，15；(2)2.40×10－18
C；(3)15；(4)
【详解】
(1)P核中的质子数等于其原子序数，故质子数为15，中子数N等于原子核的质量数A与质子数（核电荷数Z）之差，即
N=A-Z=30-15=15
(2)P核所带电荷量
Q=Ze=15×1.60×10－19
C=2.40×10－18
C
(3)因磷P原子呈中性，故核外电子数等于核电荷数，则核外电子数为15。
(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
qvB=m
r=
因为两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，而原子核的质量之比与原子核的质量数之比相等，故
==
14．（1）2H＋2n→；（2）1.09×10－12J
【详解】
（1）核反应方程为：
（2）该反应过程中的质量亏损为
Δm＝2mn＋2mp－m＝0.0483×10－27kg
该反应释放的核能
ΔE＝Δmc2＝0.0483×10－27×9×1016J＝4.347×10－12J
氦核的平均结合能为
15．(1)；(2)吸收，；(3)
【详解】
(1)发现新粒子的核反应方程式为
(2)核反应中质量亏损量
故这一核反应过程中是吸收能量，吸收的能量为。
(3)由动量守恒得
解得
16．(1)
；(2)6.055MeV；(3)5.95MeV
【详解】
(1)由质量数与核电荷数守恒可知，该反应方程中放射出一个粒子，核衰变反应方程为
(2)该核衰变反应中质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能
(3)衰变的过程中动量守恒，若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，规定粒子运动的方向为正方向，则
联立解得