第五章原子核 单元测试（word版含答案）

第五章原子核
一、选择题（共15题）
1．关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下面说法正确的是（　　）
A．它们都是利用核裂变释放的核能
B．它们都是利用核聚变释放的核能
C．一座利用核裂变释放的核能，一座利用核聚变释放的核能
D．以上说法都不对
2．下列关于原子物理知识的叙述正确的是（　　）
A．衰变的实质是核内的中子转化为一个质子和一个电子
B．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．两个轻核结合成一个中等质量的核，核子数不变质量不亏损
D．对于一个特定的氡原子，知道了半衰期，就能准确的预言它在何时衰变
3．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙通过电子的发现认为原子核还有更复杂的结构
B．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变
C．一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个质子
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，电势能增大，原子的总能量增大
4．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）
A．是核聚变反应
B．是β衰变
C．是核聚变反应
D．是α衰变
5．铁元素（）是目前已知最稳定的元素。在宇宙中，比铁重的元素主要是通过“中子俘获”的核反应产生的。所谓“中子俘获”，是指原子核与中子碰撞结合，并形成重核的过程。下列关于结合能和核反应的说法正确的是（　　）
A．元素的比结合能越大，核子结合得越牢固，铁元素（）的比结合能最大
B．轻核聚变吸收能量，重核裂变放出能量
C．某重原子核衰变成α粒子和另一新核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量
D．铁元素（）可用作核燃料
6．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是
A．射线探伤仪
B．射线用来消除静电
C．利用钴60治疗肿瘤等疾病
D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律
7．2018年8月23日，位于广东省东莞市大朗镇的国家重大科技基础设施中国散裂中子源通过国家验收，正式投入使用。对于有关中子的研究，下面说法正确的是（　　）
A．中子和其他微观粒子都具有波粒二象性
B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氮核和中子是裂变反应
C．卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．核反应方程中，中的质量数为，中的中子个数为128
8．关于核反应方程，下列说法正确的是（　　）
A．铀核裂变的核反应方程是
B．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为
C．是衰变方程，其中X是中子
D．铀239（）衰变成钚239（）的核反应方程为
9．沉睡三千年，一醒惊天下。3月20日，被誉为“20世纪人类最重大考古发现之一”的三星堆遗址又有考古新发现。根据碳十四的半衰期和剩余辐射量可以确定经历的年代，碳十四测年法是目前测定文物年代最准的方法之一关于放射性元素的衰变，正确的是（　　）
A．原子核有半数发生衰变所需的时间
B．原子核的核子数减少一半所需的时间
C．温度越高，放射性元素衰变就越快
D．衰变的实质说明原子核内部有电子
10．太阳内部发生的核反应模式之一是质子—质子循环，即四个结合生成一个，并释放出大量能量，其链式反应方程为①，②，③，下列说法正确的是
A．②反应中，释放了γ光子，则②反应为衰变反应
B．循环结果可表示为
C．四个生成一个过程中存在质量亏损
D．核电站中的核反应方式与太阳内部发生的主要核反应方式相同
11．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．汤姆孙通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
B．乙图为光电效应实验：只要有光射到金属板上，就一定有光电子射出
C．丙图表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是α射线，②是γ射线
D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工无法控制的核反应
12．关于原子结构，下列说法错误的是（　　）
A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量
C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型
13．核Th具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核。下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是（　　）
A．Pb B．Pb C．Po
D．Ra E．Ra F．Th
14．下列说法正确的是（　　）
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短
C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律
D．一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个质子
15．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（　　）
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．查德威克用α粒子轰击获得反冲核，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
二、填空题
16．反应堆中的控制棒的作用是吸收________，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止________．进入反应堆内部的水，一方面作为________，另一方面作为________，将反应产生的热量带走．核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能 ________、________，还要能吸收逃离堆芯的________.
17．衰变为要经过___________次衰变和___________次衰变。
18．在核反应堆中,控制核裂变速度的方法是______________________________.
19．镭核（）经过一系列α衰变和β衰变，变成铅核（），则其中经过α衰变的次数是___________，镭核（）衰变成铅核（）的过程中损失了___________个中子。
三、综合题
20．核能与其他能源相比具有能量大、地区适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
(1)核反应方程式，是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，为待求粒子，为的个数，则为_______，_______。以、、分别表示、、核的质量，、分别表示中子、质子的质量，为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能=______________（用所给字母表示）。
(2)已知有一种同位素，比核多2个中子。某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生衰变时放出的粒子的速度大小为，试求衰变后的残核初速度多大？
21．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衰变。放射出粒子（）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分别表示粒子的质量和电荷量。（真空中的光速为c）
（1）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求该等效环形电流的大小；
（2）设该衰变过程释放的核能都转为为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。
22．用速度为v的中子轰击静止的锂核()，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7:8,已知中子的质量为m,质子的质量也可近似看作m,普朗克常量为h.
①写出核反应方程；
②该核反应中α粒子对应的物质波的波长为多少
23．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粒子的质量分为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u,1u＝，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）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
我国已建成的秦山和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的核能．
A．描述与分析相符，故A正确.
B．描述与分析不符，故B错误.
C．描述与分析不符，故C错误.
D．描述与分析不符，故D错误.
2．A
【详解】
A．β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A正确；
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合能大，原子核不一定越稳定，故B错误；
C．两个轻核结合成一个中等质量的核，会释放一定的能量，根据爱因斯坦质能方程可知存在质量亏损，故C错误；
D．半衰期是统计规律，对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变，发生多少衰变，故D错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．汤姆孙通过电子的发现认为原子还有更复杂的结构，而天然放射现象的发现则揭示了原子核内还有复杂的结构，故A错误；
B．β衰变的核反应方程为
产生的电子发射到核外就是β粒子，故B正确；
C．由核反应方程得
同时放出的是一个中子，故C错误；
D．根据玻尔理论，氢原子核外电子获得能量，从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增大，由于库仑引力提供向心力，即
即
半径增大则电子动能减小，由于库仑力做负功，则电势能增大，故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
A．核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，氢原子核聚变为氦原子核，故A正确；
B．β衰变放出的是电子，而这里是中子，故B错误；
C．核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故C错误；
D．α衰变放出的是氦原子核，是裂变反应，故D错误；
故选A。
5．A
【详解】
A．平均结合能越大，原子核越稳定，因铁元素最稳定，故其比结合能（平均结合能）最大，故A正确；
B．根据质能方程可知，轻核的聚变和重核的裂变过程，都存在质量亏损，都向外界放出能量，故B错误；
C．重原子核衰变成α粒子和另一新核，该过程中要释放能量，根据质能方程可知衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，故C错误；
D．铁元素（）的比结合能最大，发生核反应不能释放能量，不能用作核燃料，故D错误；
故选A。
6．D
【详解】
A．γ射线探伤仪是利用γ射线的穿透性，故A错误；
B．射线用来消除静电利用的是电离能力，故B错误；
C．利用钴60治疗肿瘤等疾病是利用它的射线对生命物质具有破坏性，故C错误；
D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律是示踪原子使用，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．中子与光子等其他微观粒子都具有波粒二象性，故A正确；
B．一个氘核与一个氚核经过核反应后生成一个氮核与一个中子为聚变反应，故B错误；
C．卢瑟福通过阿尔法粒子散射实验提出了原子核式结构模型，卢瑟福通过氦核轰击氮核得到氧核和质子发现了质子，查德威克发现了中子，故C错误；
D．由核反应规律中质量数守恒和电荷数守恒知中子数为124，故D错误。
故选A。
8．B
【详解】
A．铀核裂变的核反应方程是
两边中子不能约掉，选项A错误；
B．卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，该核反应方程式电荷数、质量数都守恒，选项B正确；
C． 是衰变方程，由质量数和电荷数守恒可知X是电子，选项C错误；
D．铀239（）衰变成钚239（）的核反应方程式应为
选项D错误。
故选B。
9．A
【详解】
AB．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间（即半衰期），原子核就衰变掉总数的一半，B错误A正确；
C．放射性元素的半衰期与原子的化学状态和物理状态无关，C错误；
D．β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，D错误。
故选A。
10．C
【详解】
A．②反应属于轻核聚变反应，故A错误；
B．循环结果可表示为，故B错误；
C．四个生成一个过程中释放大量能量，存在质量亏损，故C正确；
D．核电站发生的核反应方式是重核裂变，故D错误。
故选C。
11．C
【详解】
A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A错误；
B．根据光电效应发生的条件可知，并不是所有光射到金属板上，都一定有光电子射出，需要入射光的频率大于金属的极限频率，故B错误；
C．磁场的方向向里，根据左手定则可知，射线①带正电，所以①是α射线，②不偏转，②是γ射线，故C正确；
D．由图可知，丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出该粒子的比荷，A正确，不符合题意；
B．卢瑟福α粒子散射实验表明，由于极少数α粒子发生了大角度偏转，原子全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，电子在正电体的外面运动，B正确，不符合题意；
C．β衰变的电子是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子，电子来自原子核，但不是原子核的组成部分，C错误，符合题意；
D．玻尔在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子概念的启发下，在原子核式结构模型的基础上，提出了玻尔的原子模型，D正确，不符合题意。
故选C。
13．ACD
【详解】
经过1次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，经过1次β衰变，质量数不变，电荷数加1。
所以衰变后质量数应该为232减去4的整数倍，D、C、A的228、216和208满足此条件，分别对应1次、4次和6次α衰变。
对应的电荷数应该分别减少2、8和12。
也就是分别为88，80和78。
β衰变会使得电荷数增加，所以对应的电荷数应该分别大于或等于88，80，78。
D、C、A选项里的电荷数分别为88，84，82，都满足条件。
故选ACD。
14．AC
【详解】
A．根据比结合越大，越稳定，核燃料总是利用比结合能小的核，故A正确；
B．半衰期由原子核本身决定，与外界环境无关，不会随温度的改变而改变，故B错误；
C．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律
故C正确；
D．氘核和氚核聚变成一个氦核的同时放出一个中子，故D错误。
故选AC。
15．AC
【详解】
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，选项A正确；
B．查德威克用α粒子轰击铍核，产生中子和碳12原子核，故B错误；
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，选项C正确；
D．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。
故选AC。
16． 中子 链式反应 减速剂 冷却剂 耐高压 防辐射 中子：
【详解】
核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的，控制棒的作用是控制中子数量，从而控制链式反应的速度，所以反应堆中的控制棒的作用是吸收中子，将它抽出或插入反应堆，可以加快、减速或停止链式反应；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，所以进入反应堆内部的水，一方面作为减速剂，另一方面作为冷却剂，将反应产生的热量带走；核燃料被封装在厚重的钢制压力容器内，这个容器既能耐高压、防辐射，还要能吸收逃离堆芯的中子。
17． 6 4
【详解】
衰变为，电荷数减少8，质量数减少24，设经过m次衰变，n次衰变，根据关系有
解得
18．用控制棒控制链式反应速度，用水降低中子运动的速度
【详解】
在核反应堆中,控制核裂变速度的方法是用控制棒控制链式反应速度，用水降低中子运动的速度。
19． 5 16
【详解】
根据质量数守恒和电荷数守恒可知
解得
m=5，n=6
因此经过α衰变的次数是5次
在核中，中子的个数
个
在核中，中子的个数
个
因此镭核（）衰变成铅核（）的过程中损失中子个数为
个
20．(1)中子，3，；(2)
【详解】
(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可判断，X为中子，且a=3，根据爱因斯坦质能方程，有
(2)某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生α衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程
设衰变后的残核初速度大小为v，规定放出的α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律，得
0=mv0-（M-m）v
解得
21．（1） ；（2）
【详解】
（1）粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供做圆周运动的向心力，设圆周运动的速率为，则有
则圆周运动的周期
根据电流强度定义式，可得环形电流大小为
（2）根据洛伦兹力提供向心力
设衰变后新核的速度大小为，核反应前后系统动量守恒，有
可得
根据能量守恒定律有
根据爱因斯坦质能方程有
22．①②
【详解】
①由题意可得，核反应方程为
②由动量守恒定律得
又
解得
Α粒子对应的物质波的波长为
23．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）
（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
U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
则粒子的动能
答案第1页，共2页