第5章 原子核 达标检测（word版含答案）

人教版选择性必修3物理 第5章 原子核 达标检测
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 \（\ce{^{1}_{1} H}+^{12}_{6}{\ce C}\rightarrow \ce{^{13}_{7} N}+{\ce Q}_{1}\） ， \（\ce{^{1}_{1} H}+\ce{^{15}_{7} N}\rightarrow \ce{^{12}_{6} C}+{\ce X}+{\ce Q}_{2}\）。
方程中 、 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
以下推断正确的是
A. \（{\ce X}\） 是 \（^{3}_{2}{\ce He}\） ，
B. \（{\ce X}\） 是 \（^{4}_{2}{\ce He}\） ，
C. \（{\ce X}\） 是 \（^{3}_{2}{\ce He}\） ，
D. \（{\ce X}\） 是 \（^{4}_{2}{\ce He}\） ，
2. 目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出 、 、 射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识，下列说法正确的是
A. 氡的半衰期为 天，若取 个氡原子核，经 天后就一定剩下一个原子核了
B. 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C. 射线一般伴随 或 射线产生，三种射线中， 射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D. 发生 衰变时，生成核与原来的原子核相比，核子数减少了
3. 发生一次 衰变产生新核 ， 又发生 衰变， 、 、 分别表示 核、 粒子和 核的质量。下列说法正确的是
A. 发生 衰变释放出能量并伴随有质量亏损，亏损的质量转变成能量
B. 射线本质上是高速电子流，来自核外电子
C. 粒子和 核的总结合能大于 的结合能
D. 发生 衰变释放的能量
4. 用于制造贫铀炸弹的贫铀是生产核电站使用的浓缩铀的副产品，是国际社会所禁用的武器。贫铀炸弹的主要成分为铀 ，铀 经 衰变成为钍 。贫铀的毒性包括放射性毒性和作为重金属的化学毒性两个方面。放射性主要是 射线， 粒子在空气中射程大约为 ，在致密物质中射程更短，仅能穿透人体皮肤角质层，受损伤的仅是无生命的组织。但贫铀炸弹燃烧时生成的铀氧化物烟雾可传至 千米以外，该烟雾被人体吸收后形成严重的内辐射，使人体器官受到严重损伤。结合以上资料可知，下列说法正确的是
A. 贫铀炸弹爆炸的过程主要是铀 发生了重核裂变
B. 钍 的质子数比铀 少
C. 铀 衰变所产生的 射线穿透能力强，对人体危害最大
D. 吸入体内的铀氧化物烟雾对人体器官危害极大
5. 如图所示是原子核的平均核子质量与原子序数的关系图象，下列说法正确的是
A. 若 、 能结合成 ，结合过程一定要释放能量
B. 若 、 能结合成 ，结合过程一定要吸收能量
C. 若 、 能结合成 ，结合过程一定要释放能量
D. 若 、 能结合成 ，结合过程一定要释放能量
6. 下列四幅图的有关说法中正确的是
A. 甲图中，球 以速度 碰静止球 ，若两球质量相等，碰后 的速度一定为
B. 乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
C. 丙图中，射线①由电子组成，射线②为电磁波，射线③由 粒子组成
D. 丁图中，重核的裂变需要吸收能量
7. 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为 、 、 ，普朗克常量为 ，真空中的光速为 。下列说法正确的是
A. 核反应方程是
B. 聚变反应中的质量亏损
C. 辐射出的 光子的能量
D. 光子的波长
8. 用 粒子轰击氮原子核从而发现质子的科学家是
A. 卢瑟福 B. 居里夫妇 C. 贝可勒尔 D. 查德威克
9. 一个中子与质子发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程为 。若该核反应放出的核能为 ，则氘核的比结合能为
A. B. C. D.
10. 已知 、 、 的静止质量分别是 、 、 ， 为原子质量单位，且 相当于 。当 发生 衰变时，下列说法正确的是
A. 的质量等于组成它的核子的质量之和
B. 发生一次 衰变释放的核能为
C. 因 的比结合能比 小，所以 比 更稳定
D. 一个静止的 发生一次 衰变，产生的 和 的速度之比约为
二、多项选择题（共3小题；共12分）
11. “嫦娥二号”的任务之一是利用经技术改进的 射线谱仪探测月球表面多种元素的含量与分布特征。月球表面一些元素（如钍、铀）本身就有放射性，发出 射线；另外一些元素（如硅、镁、铝）在宇宙射线轰击下会发出 射线。而 射线谱仪可以探测到这些射线，从而证明某种元素的存在。下列关于 射线的说法正确的是
A. 射线经常伴随 射线和 射线产生
B. 射线来自原子核
C. 如果元素以单质存在具有放射性，那么元素以化合物形式存在不一定具有放射性
D. 射线的穿透能力比 射线、 射线都要强
12. 根据爱因斯坦质能方程，可以说明
A. 任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等
B. 太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定在不断地减小
C. 虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的
D. 若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大
13. 关于天然放射性，下列说法正确的是
A. 所有元素都可能发生衰变
B. 放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C. 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D. 、 和 三种射线中， 射线的穿透能力最强
E. 一个原子核在一次衰变中可同时放出 、 和 三种射线
三、解答题（共3小题；共39分）
14. 云室处于一个垂直于纸面向外的匀强磁场中，静止的原子核 在云室中发生了一次衰变，其衰变产物在磁场中运动的圆轨迹如图所示。已知新核 的质量为 ，粒子的质量为 ，衰变后粒子的速度大小为 ，假设原子核衰变时释放的能量都转化为粒子和新核的动能。
（1）试写出核衰变方程。
（2）求原子核衰变时释放的能量。
15. 在平直的轨道上，有一辆静止的火车，假设它与地面没有摩擦力，车后有 个组员和一个组长列队排列，沿这辆火车的直线跑步，组长在最后，火车的质量为 ，人的质量为 ，假设
（1）组员和组长追火车的速度为 ，随后组员们以 的速度跳上火车，则最后一个组长正好追不上火车，求 是多少
（2）此后组长减速为 ，为使组长能上车，组员相继以相对车厢速度 向前跳出，求该过程至少消耗组员多少人体内能
16. 两个动能均为 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：。（已知 的质量 ， 的质量 ， 的质量 ， 相当于 的能量。结果均保留 位有效数字。）
（1）此核反应中放出的能量 为多少
（2）若放出的能量（包括最初的动能和核反应放出的能量）全部变为新生核的动能，则新生的氘核具有的动能是多少
答案
第一部分
1. B
【解析】由核反应过程必须遵守的质量数守恒和电荷数守恒知 \（{\ce X}\） 是 。放出热量分别为 和 的两个核反应中质量亏损分别为 和 ，故 。
2. B
【解析】半衰期是统计规律，只对大量的原子核适用。故选项A错误； 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故选项B正确； 射线一般伴随 或 射线产生，三种射线中， 射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故选项C错误； 衰变时，电荷数减少 ，质量数减少 ，核子数减少 ，故选项D错误。
3. C
【解析】 发生 衰变释放出能量并伴随有质量亏损，但并不是质量转变成能量，故A错误。
射线本质上是中子转变为一个质子和一个电子，来自原子核，故B错误。
发生 衰变释放出能量，故 粒子和 核的总结合能大于 的结合能，故C正确。
发生 衰变释放的能量 ，故D错误。
4. D
5. A
【解析】由题图象看出， 、 的平均核子质量均大于 的平均核子质量，因此 、 结合成 时，反应中有质量亏损，要释放能量，选项A正确，B错误；
、 的平均核子质量均小于 的平均核子质量，核反应中质量增加，因此 、 结合成 时要吸收能量，选项C错误；
、 的平均核子质量均小于 的平均核子质量，核反应中质量增加，因此 、 结合成 时要吸收能量，选项D错误。
6. B
【解析】甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后 的速度不大于 ，故A错误；
乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和电流越大，故B正确；
丙图中，由左手定则可知，射线①带正电，则射线①由 粒子组成，射线②不带电，则射线②是 射线，射线③粒子带负电，则射线③由电子组成，故C错误；
重核裂变需要释放能量，故D错误。
7. B
【解析】该核反应方程质量数不守恒，故A错误；
聚变反应中的质量亏损 ，故B正确；
聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为 ，故C错误；
根据 ，得光子的波长为：，故D错误。
8. A
9. C
【解析】根据结合能的定义可知，质子与中子发生核反应，生成氘核的过程中放出的能量等于氘核的结合能，所以氘核的结合能等于 ，氘核有两个核子，所以氘核的比结合能为 ，故C正确。
10. B
【解析】原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象就是质量亏损，A不符合题意； 发生一次 衰变释放的核能 ，B符合题意；原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要更多的能量，因此原子核更稳定， 的比结合能比 小，所以 比 更稳定，C不符合题意；由衰变时动量守恒可知， 与 的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故 与 的速度之比约为 ，D不符合题意。
第二部分
11. A， B， D
【解析】 射线是原子核发生变化时伴随 射线和 射线放出来的，故AB正确；
元素的放射性与其为单质还是化合物无关，故C错误；
射线本质是高速光子，穿透能力比 射线、 射线都要强，故D正确。
12. A， B， D
【解析】根据 ，当能量变化时，参加核反应的物质反应前后各物质的质量和发生变化，故A正确。太阳内部不断地发生聚变，释放出大量能量，质量减小，故B正确，C错误。由于地球向外辐射的能量小于从外界获得的能量，所以地球的质量将不断增大，D项正确。
13. B， C， D
【解析】原子序数大于或等于 的元素，都能发生衰变，而原子序数小于 的部分元素能发生衰变，故 A 错。放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故 B 、 C 项正确。在 、 、 三种射线中， 、 为带电粒子，穿透本领较弱， 射线不带电，具有较强的穿透本领，故 D 项正确。一个原子核不能同时发生 衰变和 衰变，故 E 项错误。
第三部分
14. （1） \（ ^{A}_{Z}\ce{X}\to ^{A-4}_{Z-2}\ce Y +^{4}_{2}\ce{He} \）
【解析】静止的原子核发生衰变时，根据动量守恒可知，衰变后新核与粒子的速度方向相反，由图可知两粒子的运动轨迹在异侧，根据左手定则可以得知，衰变后粒子与新核带的电性相同，所以释放的粒子是氦核，原子核发生的是 衰变，衰变方程为 \（^{A}_{Z}\ce{X}\to^{A-4}_{Z-2}\ce Y+^{4}_{2}\ce{He}\）。
（2）
【解析】原子核在衰变前后的动量守恒，设衰变后新核的速度大小为 ，则
根据题意可知，衰变时释放的总能量
联立解得 。
15. （1）
【解析】 ，
解得
（2）
【解析】设第一个人跳出后车对地的速度为 ，第二个人跳出后车对地的速度为 ，则
，
，
，
消耗人体内能
16. （1）
【解析】此核反应中的质量亏损 。
根据 可得，
此核反应中放出的能量为 。
（2）
【解析】因碰前两氘核动能相等，相向正碰，则碰前的总动量为零；因核反应中的动量守恒，则碰后氘核和质子的总动量也为零。设其动量分别为 、 ，必有 。
设碰后氘核和质子的动能分别为 和 ，根据 ，
可得 。
由题可知，新生氘核的动能为 。
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