2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册第五章 原子核 单元测试（word版含答案）

原子核 单元测试
一、单项选择题（本题共13小题，每小题3分，共39分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是（　　）
A．粒子散射现象 B．光电效应现象
C．黑体辐射现象 D．天然放射现象
2．物理学中的万有引力定律、电荷间的相互作用定量规律、电流的磁效应、原子核天然放射性现象由不同的物理学家探究发现，他们依次是（　　）
A．开普勒、库仑、洛伦兹、贝克勒尔
B．牛顿、库仑、奥斯特、卢瑟福
C．卡文迪许、库仑、奥斯特、卢瑟福
D．牛顿、库仑、奥斯特、贝克勒尔
3．含有钍（Th）的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡（Rn），核反应方程为Th→Rn+3He+2Y。下列关于该核反应说法正确的是（　　）
A．Y是H B．Y是e
C．Rn核的电子数比Th核的少4 D．Rn核的中子数比Th核的少12
4．关于近代物理学的相关知识，下列说法正确的是（　　）
A．衰变为要经过4次衰变和4次衰变
B．用人工的方法首次得到放射性同位素的核反应方程是
C．在光电效应中，只增大光的强度就可以增加光电子的最大初动能
D．铋210的半衰期是5天，80个铋210原子核经过10天只剩下20个铋210原子核
5．我国近年来在原子核物理研究方面取得了一系列的研究成果，其中“新核素的合成和研究”项目组在世界上首次建立了短寿命缺中子核铒153和镱157两个重要核素的衰变纲图和具有重要物理意义的新的三粒子态、新的同质异能态和核基态形状新的突变点。对铒153（）和铒167（）进行比较，其中短寿命缺中子核铒153的缺中子的含义是其中子数少于（　　）
A．质子数 B．核电荷数
C．铒167的质子数 D．铒167的中子数
6．天然放射现象通常会放出三种射线，即α、β、γ射线，关于这三种射线以下说法正确的是（　　）
A．云室中α射线径迹长而粗，这是因为α射线具有较强的穿透能力
B．β射线来源于原子内层电子，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板
C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转
D．用β射线照射带负电的验电器，则验电器的张角一定会变大
7．花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是（　　）
A．衰变成要经过8次衰变和6次β衰变
B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后只剩下1个氡原子核
C．、β和γ三种射线中，射线的穿透能力最强
D．放射性元素的半衰期会随着周围环境温度的变化而改变
8．现已发现的粒子达400多种。它们大体可被分为哪几种类别（　　）
A．光子、夸克、强子、质子 B．夸克、轻子、强子、电子
C．规范玻色子、希格斯玻色子、轻子、强子 D．质子、中子、电子、光子
9．中国大科学装置“东方超环”（EAST）近期实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破．由于其内部核反应原理与太阳类似，因此“东方超环”也被称为“人造太阳”“人造太阳”采用的核反应方程可能是（　　）
A． B．
C． D．
10．关于宇宙，下列说法中正确的是（　　）
A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星正处于壮年
B．恒星的寿命取决于亮度
C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应
D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上
11．下列说法中正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．卢瑟福发现中子的核反应方程是：
C．U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
D．一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，最多可以辐射6种不同频率的光
12．有关核反应方程，下列说法正确的是（　　）
A． 属于α衰变
B． 是β衰变
C．核反应方程中的y＝206，X的中子个数为128
D．铀核裂变的核反应为
13．2021年3月，考古学家利用技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3200年至3000年，年代区间属于商代晚期。已知的半衰期为8267年，其衰变方程为→+，则下列判断正确的是（　　）
A．四个经过8267年一定还剩余两个
B．的比结合能一定大于
C．β衰变的本质是核内一个质子转化中子和电子
D．β衰变过程满足动量守恒，不满足能量守恒
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，12分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．）
14．（铀）发生衰变时产生（钍），也具有放射性，它能放出一个粒子而变成（镤）。下列说法正确的是（　　）
A．钍核比铀核少2个质子 B．镤核比铀核少1个质子
C．钍核比铀核少4个中子 D．镤核和钍核中子个数相同
15．核泄漏事故的污染物脂具有放射性，能够产生对人体有害的辐射，为了检测射线的性质，科学家将静止地放入加有匀强磁场的云室中，检测到新核和射线的运动轨迹是两个外切圆，下列说法正确的是（　　）
A．放出的射线在三种射线中电离能力最强
B．生成新核的质量数为137
C．新核和射线运动的半径之比为2:53
D．新核和释放出的射线粒子的总质量大于的质量
16．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳装置——中国环流器二号M装置在成都建成并成功发电，如图所示。“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氚核与一个氘核反应生成一个新核，同时放出一个中子释放核能。已知真空中光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．“人造太阳”装置中的核反应是热核反应
B．一个核与一个核反应生成的新核中子数为3
C．一个核与一个核反应过程中的质量亏损为
D．核的比结合能为
三、填空题
17．（6分）（1）在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为____。若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为______；
（2）核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是______，缺点是______；
（3）有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造______类型的发电站更合适，理由是______。
18．（8分）完成下列各核反应方程。
A． +______
B．+______
C． ______
D．+______
19．（4分）如图所示，为放射源，为一纸板，纸板与计数器之间有磁感应强度为的强磁场。先将强磁场移开，计数器的计数率不变，说明放射源产生的射线中没有______（填“”“”或“”）粒子；再将纸板移开，计数器计数率大幅度上升，这表明放射源产生的射线中有______（填“”“”或“”）粒子。
四、解答题
20．（8分）如图所示，有界匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界，在磁场中A处放一个放射源，内装Ra（镭），Ra放出某种放射线后衰变成Rn（氡），试写出Ra衰变的方程，若A距磁场的左边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m，则此时可以推断出一静止镭核Ra衰变时放出的能量是多少？（保留两位有效数字，取1u=1.6×10－27kg，电子电荷量e=1.6×10－19C）
21．（10分）约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时会放出另一种粒子，这种粒子是何种粒子？是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg随时间衰变的关系如图所示，估算4mg经多少天的衰变会剩下0.25mg？
22．（13分）钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U和α粒子，而铀核激发态U立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097MeV的γ光子，已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu=239.0521u、mU=235.0439u和mα=4.0026u，1u=931MeV，衰变放出的光子的动量可忽略。
（1）写出核反应方程；
（2）将衰变产生的U和α粒子垂直射入磁感应强度为B的同一匀强磁场，求U和α粒子圆周运动的半径之比；
（3）求α粒子的动能（只列关键步骤的式子，不要求准确计算）。
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参考答案：
1．D
【详解】
A．α 粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及核内部的变化，故A错误；
B．光电效应是原子核外电子脱离原子核束缚而逸出，没有涉及核内部的变化，故B错误；
C．黑体辐射现象是的辐射现象，没有涉及核内部的变化，故C错误；
D．天然放射现象是原子核内部发生变化，反应过程中核内核子数发生变化，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
牛顿发现了万有引力定律，库伦发现了电荷间的相互作用定量规律，奥斯特发现了电流的磁效应，贝克勒尔发现了原子核天然放射性现象，故D正确，ABC错误。
故选D。
3．B
【详解】
AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，Y的质量数为0，电荷数为-1 ，则Y是e，选项A错误，B正确；
C．原子核中没有电子，选项C错误；
D． Rn核的中子数为220-86=134，Th核的中子数为232-90=142，则Rn核的中子数比Th核的少8，选项D错误；
故选B。
4．B
【详解】
A．衰变为，质量数减小16，而质子数减小6，而经过一次衰变，质量数减小4，质子数减小2，而经过一次衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次衰变和2次衰变，选项A错误；
B．1934年小居里夫妇用人工的方法首次得到放射性同位素的核反应方程是，选项B正确；
C．根据光电效应方程，光电子最大初动能与入射光的频率有关，而与光的强度无关，选项C错误；
D．半衰期是大量放射性元素原子核的统计规律，对少量的放射性原子核衰变没有规律，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
原子核内的质子带正电，中子不带电，故原子核的核电荷数等于质子数，且同位素的核电荷数和质子数都是相等的，而铒153（）内的中子数等于核子总数减去质子数，即
中子数
所以短寿命缺中子核铒153的中子数还是比质子数多，只是比铒167的中子数少。
故选D。
6．C
【详解】
A．粒子的质量大，不易改变方向，电离本领大，产生的粒子多，故云室中射线径迹直而短粗，故A错误；
B．射线是衰变中产生的电子，是原子核中的一个中子转化而来的，不是源于原子内层电子，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，故B错误；
C．射线是能量很高的电磁波，本身不带电，则在电场和磁场中都不偏转，故C正确；
D．用β射线照射带负电的验电器，由于射线有较强的电离本领，则验电器的金属球会吸附空气中被电离出来的正电荷与原先的负电荷进行中和，张角会变小，故D错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数
在α衰变的过程中电荷数总共少16，则β衰变的次数
故A正确；
B．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；
C．α射线实质是氦核，β射线是高速的电子流，γ射线实质是电磁波，γ射线的穿透本领最强，α射线穿透本领最弱，故C错误；
D．放射性元素的半衰期由原子核的自身结构决定，与环境温度无关，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
按照粒子与各种相互作用的关系，大体可以把粒子分为四大类，即强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子，所以选项C正确，ABD错误。
故选C。
9．B
【详解】
“人造太阳”利用类似于太阳的核聚变原理产生能量，与核电站中的核裂变不同，其核聚变方程可能为
ACD错误，B正确。
故选B。
10．D
【详解】
A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星处于死亡期了，A错误；
B．恒星的寿命取决于质量，B错误；
C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生核反应，C错误；
D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上，D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，原子核的比结合能越大，原子核越稳定，A错误；
B．卢瑟福预言了中子的存在，卢瑟福的学生查德威克发现中子的核反应方程为
卢瑟福发现质子的核反应方程是
B错误；
C．衰变过程中，根据质量数和电荷数守恒知，α衰变一次质量数减少4个，次数为
β衰变一次电荷数增加1个，次数为
所以衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变，C正确；
D．一个氢原子从的能级向低能级跃迁时，最多可以辐射3种不同频率的光，即分别从4→3、3→2、2→1能级跃迁时发出，D错误。
故选C。
12．A
【详解】
A．属于α衰变，故A正确；
B． 是原子核的人工转变，故B错误；
C．核反应方程中根据质量数守恒
y＝210-4=206
X的中子个数为206-82=124，故C错误；
D．铀核裂变的核反应为，故D错误。
故选A。
13．B
【详解】
A．半衰期是针对大量放射性元素衰变的统计规律，四个不符合统计规律，A错误；
B．β衰变的过程中释放能量，所以生成物的比结合能变大，B正确；
C．β衰变的本质是核内一个中子转化为质子和电子并放出能量，C错误；
D．β衰变过程能量守恒，重力相对于内力可忽略不计，系统的动量也守恒，D错误。
故选B。
14．AB
【详解】
A，由题意可知钍核的质子比铀核少
故A正确；
B，由题意可知镤核的质子比铀核少
故B正确；
C，由题意可知钍核的中子比铀核少
故C错误；
D，由题意可知，钍核的比镤核多
故D错误。
故选AB。
15．AC
【详解】
A．新核和射线的运动方向相反，运动轨迹是两个外接圆，说明两种粒子受力方向相反，根据左手定则可知新核和射线都带正电，说明射线为α射线，故电离能力最强，故A正确；
B．根据质量数守恒可得生成新核的质量数为133，故B错误；
C．根据动量守恒定律得新核和射线的动量大小相等，方向相反，由带电粒子在磁场中运动的半径公式得粒子运动的半径之比与电量成反比，根据电荷数守恒可得新核的电荷数为53，故新核和射线运动的半径之比为2:53，故C正确；
D．该过程放出能量，说明发生质量的亏损，故D错误。
故选AC。
16．AC
【详解】
A．“人造太阳”装置中的核反应是热核反应，选项A正确；
B．一个核与一个核反应生成的新核为，则中子数为2，选项B错误；
C．一个核与一个核反应过程中释放核能，则
可得质量亏损为
选项C正确；
D．依据结合能的概念， E不是核的结合能，那么核的比结合能也不等于，故D错误。
故选AC。
17． Li [m1＋mX－（m3＋m4）]c2 见解析 见解析 风能发电站 见解析
【详解】
（1）核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为，核反应后的质量亏损
Δm=m1＋mX－（m3＋m4）
所以
ΔE=Δmc2=[m1＋mX－（m3＋m4）]c2
（2）优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。
（3）建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。
18．
【详解】
根据质量数和核电荷数守恒可得
A．
B．
C．
D．
19．
【详解】
将强磁场移开，计数器的计数率保持不变，说明穿过纸板的粒子中无带电粒子，故没有粒子；再将纸板移开，计数率大幅上升，说明放射源中有穿透力很弱的粒子，因此有粒子。
20．Ra→Rn＋He；2.0×10－14J
【详解】
（1）核反应方程质量数和质子数反应前后保持不变，则衰变方程为
Ra→Rn＋He
衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由
得α粒子的速度
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
得Rn的速度
释放的核能
代入数据解得
21．正电子；56天
【详解】
依题意，根据衰变过程中质量数及核电荷数守恒，可得该衰变方程为
故这种粒子为正电子。由题中图像可以看出的半衰期为14天，则
求得
（天）
22．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）核反应方程
（2）衰变过程满足动量守恒
带电粒子在磁场中做圆周运动
解得
和α粒子圆周运动的半径之比
（3）核反应过程中的质量亏损
结合质能方程
和能量守恒定律可知，核反应过程中转化为粒子动能的总能量
即
根据动能和动量的关系
得
则α粒子的动能
试卷第页，共页
试卷第1页，共1页