5.1原子核的组成 同步练习-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（Word含答案）

5.1原子核的组成
一、选择题（共15题）
1．大亚湾核电站位于珠三角地区，是中国大陆第一座商用核电站。大亚湾核电站利用的是核裂变。一种典型的核裂变反应方程为，其中原子核X的中子数为（　　）
A．52 B．53 C．54 D．55
2．在核反应方程中，X表示的是（　　）
A．质子 B．中子
C．电子 D．粒子
3．在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了巨大的贡献．关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是
A．汤姆孙发现了电子并提出了原子的核式结构
B．德布罗意揭示了光具有波粒二象性
C．卢瑟福用α粒子轰击铍核，得到了质子,
D．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素
4．下列说法正确的是
A．β衰变所释放的电子来源于原子的最内层
B．结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关
D．根据波尔理论，氢原子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，同时电子的动能减小，电势能增大
5．我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成量子通信网络．关于量子理论，下列说法正确的是
A．玻尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
B．光的强度越大，则光子的能量也就越大
C．三种放射线α、β、γ，其本质上都是高能光子
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子
6．关于核反应方程，下列说法中错误的是（　　）
A．H→n是核聚变反应
B．铀核裂变的核反应为→Kr+n
C．在衰变方程→X++γ中，X原子核的质量数是235
D．卢瑟福发现质子的核反应方程为N→H
7．作为一项新能源，人类利用核能，目前都是通过可控制的核裂变反应实现的。下列反应中属于核裂变反应的是（　　）
A． B．
C． D．
8．2020年新冠疫情爆发，我国科学家第一时间对病毒进行基因测序，为后续的确诊提供了依据。基因测序采用放射性同位素为标记，让基因序列自动显影。下列关于放射性同位素及射线的应用说法正确的是（　　）
A．射线可以用来测量钢板的厚度
B．射线能够治疗癌症是因为癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞慢
C．放射性同位素具有能量高、污染小的特点，可作为核电站燃料
D．利用射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，可培育出优良品种
9．以下是有关近代物理内容的若干叙述 ，其中正确的有
A．一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，将最多向外辐射六种不同频率的光子
B．由爱因斯坦质能方程E=mc2可知，质量与能量是可以相互转化的
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究发现了原子核，并通过用α粒子轰击氦核又发现了质子和中子
D．现在的很多手表指针上涂有一种新型发光材料，白天吸收光子，外层电子跃迁到高能级轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发出的光的波长一定跟吸收的光的波长一致
10．下列说法中正确的是________
A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量
B．汤姆生发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构
C．根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云
D．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
11．2019年9月26日，中国散裂中子源开始新一轮开放运行。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。下列说法正确的是（　　）
A．中子是组成原子核的最小粒子之一
B．中子与其他核子之间不存在库仑力，但中子与相邻核子之间存在相互作用的核力
C．核子之间相互作用的核力不可能为斥力
D．卢瑟福预言并通过实验证实了中子的存在
12．下列有关核反应的描述正确的是（　　）
A．卢瑟福发现质子的核反应方程是
B．贝克勒尔发现正电子的核反应方程是
C．查德威克发现中子的核反应方程是
D．约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程是
13．碳14可以用来作示踪剂标记化合物，也常在考古学中测定生物死亡年代．在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示，a、b均表示长度，那么碳14的衰变方程可能为
A．
B．
C．
D．
14．关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
C． 衰变成 要经过8次β衰变和6次α衰变
D．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2
15．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()在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是（　　）
A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙
B．新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY=
C．α粒子的圆周运动可以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为
二、综合题（共8题）
16．质子的质量mp ， 中子的质量为mn ， 它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为________（真空中的光速为c）
17．核电站的反应堆是利用______释放的核能，反应堆中的镉棒的作用为________。
18．完成下列各核反应方程。
（1）（______）
（2）＋（______）→＋
（3）＋（______）→＋
（4）＋→＋（______）
（5）→＋（______）
（6）＋（______）→＋
（7）＋→＋（______）
（8）→＋（______）
19．图为查德威克发现新粒子的实验装置，用放射性元素（）发出的粒子轰击铍（）会产生粒子流，用粒子流轰击石蜡，会放出粒子流，则为________，为________。
20．在衰变中常伴有一种称为“中微子（）”的粒子放出、中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测，1953年，科学家们建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。
（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即核反应方程式为，则中微子的质量数和电荷数分别是多少？
（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（），即。已知正电子和电子的质量都为，反应中产生的每个光子的能量约为多少？正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，请解释其原因。
（3）试通过分析比较具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。
21．一个质子的质量为m1，一个中子的质量为m2，氦核的质量为m3，光速为c。
（1）写出核子结合成氦核的核反应方程；
（2）计算氦核的比结合能E。
22．中科院等离子物理研究所设计并制造的世界上首个“人造太阳”实验装置大部件已安装完毕．若在此装置中发生核反应的方程是， 已知、核的比结合能分别为EH=1.11MeV、EHe=7.07MeV， 试求此核反应过程中释放的核能．
23．发生一次衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为和的两个光子，试写出衰变方程式，并求出该核反应因释放光子而造成的质量亏损．
参考答案
1．B
【详解】
核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核X的质子数为36、质量数为89，故原子核X的中子数为，B正确。
故选B。
2．A
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，则X为质子。
故选A。
3．D
【解析】
汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构，选项A错误；德布罗意揭示了实物粒子也具有波动性，选项B错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子,选项C错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素，选项D正确；故选D.
4．C
【详解】
A． β衰变所释放的电子来源于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故A错误；
B．比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故C正确；
D．根据波尔理论，氢原子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，故D错误；
故选C.
5．D
【解析】
普朗克首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，选项A错误； 光的频率越大，则光子的能量也就越大，选项B错误；三种放射线α、β、γ，只有γ射线本质上是高能光子，选项C错误；根据波尔理论，大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子，选项D正确；故选D.
6．B
【详解】
A．H→n是核聚变反应，A正确，不符合题意；
B．铀核裂变的核反应需要中子的参与。B错误，符合题意；
C．根据质量数守恒得，X原子核的质量数是235。C正确，不符合题意；
D．卢瑟福发现质子的核反应方程为N→H。D正确，不符合题意。
故选B。
7．A
【详解】
A．该反应为核裂变反应，A正确；
BD．该反应为原子核的人工转变，BD错误；
C．该反应为衰变，C错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．α射线穿透能力弱，故不能用来测量钢板厚度，A错误；
B．射线照射患处杀死癌细胞是治疗癌症的一种方法，射线不仅抑制癌细胞的增殖，也抑制正常细胞增殖，故B错误；
C．根据粒子的不同，放射性同位素能量高低不等，产生的作用也不同，应用领域不同，故C错误；
D．利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，可以培育出新的优良品种，故D正确；
故选D。
9．D
【详解】
A、一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，逐级跃迁向外辐射的光子种类最多为3种，故A错误．B、爱因斯坦的质能方程E=mc2，不是质量和能量可以相互转化，二者概念根本不同，当发生质量亏损时，质量只是以光子形式发射出去，故B错误．C、卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，故C错误．B、白天吸收光子外层电子跃迁到高能轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发光的波长一定跟吸收的光的波长完全一致，故D正确．故选D．
10．A
【详解】
A．一个质子和一个中子结合成氘核，这一反应的质量亏损，一定会释放出能量，故A正确；
B．汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，提出了原子的“枣糕式”模型，故B错误；
C．电子没有确定轨道，也不存在电子云；电子云是对电子轨道出现的几率的描述，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能级差，不是任意值，故D错误；
故选A．
11．B
【详解】
A．中子仍可分，并不是组成原子核的最小粒子之一，故A错误；
B．中子不带电，因此与其他核子间无库仑力，但无论核子是否带电，相邻核子间都存在强大的核力，故B正确；
C．核子间距离在一定范围内，核力表现为引力，当核子间距离小于一定值时，核力表现为斥力，故C错误；
D．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验验证了中子的存在，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．卢瑟福发现质子的核反应方程是，故A错误；
B．约里奥·居里夫妇发现正电子的核反应方程是，故B错误；
C．查德威克发现中子的核反应方程是，故C错误；
D．约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程是，故D正确。
故选D。
13．A
【详解】
由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同均带正电；根据核衰变过程动量守恒有：
0=m1v1-m2v2
对图象分析，根据类平抛规律，对放射出的粒子1有
对反冲核2有
由以上各式得
故A正确，BCD错误.
14．D
【分析】
A．比结合能越大原子核越稳定，原子核的结合能越大，原子核不一定越稳定，故A错误；
B．只有较小的原子核才会发生聚变，故B错误；
C．铀核衰变为铅核的过程中，衰变一次质量数减少个，次数；衰变的次数为，要经过次衰变和次衰变，故C错误；
D．粒子为氦核，由两个质子和两种中子组成，所以发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了，故D正确．
故选：D
【详解】
15．A
【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
可得，可知α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，故A错误，符合题意；
B．由
可知
新核Y在磁场中圆周运动的半径为
故B正确，不符合题意；
C．圆周运动的周期为
环形电流为
故C正确，不符合题意；
D．对α粒子由洛伦兹力提供向心力
可得，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
可知
系统增加的能量为
由质能方程可得
联立解得衰变过程中的质量亏损为
故D正确，不符合题意。
故选A。
16．(mp+mn﹣m）c2
【详解】
由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：
△E=(mp+mn m)c2
故答案为(mp+mn m)c2.
17．核裂变 吸收中子，减慢反应速度
【详解】
核电站的反应堆是利用核裂变释放的核能。
反应堆中镉棒的作用为吸收中子，减慢反应速度。
18．
【详解】
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
19．中子 质子
【详解】
用粒子轰击铍（）的核反应方程为
而中子轰击石蜡会从氢原子中打出质子来，所以为中子，为质子。
20．（1）0，0；（2）8.2×10-14J，原因见解析；（3）见解析
【详解】
（1）根据核反应方程以及电荷数、质量数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为0。
（2）根据质能方程可得反应中产生的每个光子的能量约为
由题意可知，正电子与电子先形成几乎静止的整体，然后再转变为两个光子，根据动量守恒定律可知系统初动量为零，则转变后必定是两个动量大小相等、方向相反的光子，不可能只转变为一个光子。
（3）物质波的波长为
由上式可知，因为电子的质量小于中子的质量，且二者动能相同，所以电子的物质波波长大于中子的物质波波长。
21．（1） ；（2）
【详解】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得
（2）2个中子和2个质子结合成氦核时质量亏损
根据爱因斯坦质能方程，放出的能量为
核的比结合能为
22．△E=23.84MeV
【详解】
则核反应过程中释放的核能：△E=4EHe 4EH=4×(7.07 1.11)MeV=23.84MeV，
答：此核反应过程中释放的核能23.84MeV.
23．；
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程式为：．释放的能量，根据得质量亏损为： ．