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．关于粒子，下列说法中不正确的是（　　）
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也有复杂的结构
C．质子是带电的强子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
2．已知 的衰变方程为 ，半衰期为5.27年，则X和1克 经过5.27年后还剩下 的质量分别为（　　）
A．质子 0.5克 B．电子 0.5克
C．质子 0.25克 D．电子 0.25克
3．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是(　　)
A．天然放射性射线中的β 射线实际就是电子流，它来自原子的核外
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．比结合能越大的原子核越容易发生衰变
D．氡 222 经过衰变为钋 218 的半衰期为 3.8 天，一个氡 222 原子核四天后一定衰变为钋 218
4．下列说法中正确的是（　　）
A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强
B．玻尔原子模型引入了量子理论，能很好地解释各种原子光谱的实验规律
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
D．德布罗意提出了实物粒子具有波粒二象性，且物质波的波长与动量有关
5．PET（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理是：将放射性同位素 注入人体，参与人体的代谢过程， 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，下列说法不正确的是（　　）
A． 衰变的方程式为 →
B．将放射性同位素 注入人体，其作用为示踪原子
C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D．PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期
6．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（　　）
A．居里夫人最早发现了天然放射现象
B．比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但其原子核越稳定
C．放射性元素的半衰期会随着外部条件的变化而变化
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要吸收一定频率的光子
7．在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤，所用的放射源必须具备以下两个条件：
⑴放出的放射线有较强的穿透能力，以辐射到体内肿瘤所在处；
⑵能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。
下表给出了四种放射性同位素的辐射线及半衰期，在表中所列的四种同位素中，最适宜做为放疗使用的放射源应是（　　）
同位素 钋210 锶90 鍀99 钴60
辐射线 α β γ γ
半衰期 138年 28年 6小时 5年
A．钋210 B．锶90 C．鍀99 D．钴60
8．2019年4月1日，在中国核能可持续发展论坛上，生态环境部介绍2019年会有核电项目陆续开工建设。某核电站获得核能的核反应方程为 ，己知铀核 的质量为m1，钡核 的质量为m2，氪核 Kr的质量为m3，中子 n的质量为m4，下列说法中正确的是（　　）
A．该核电站通过核聚变获得核能
B．铀核 的质子数为235
C．在上述核反应方程中x=3
D．一个铀核 发生上述核反应，释放的能量为（m1-m2-m3-m4）c2
9．近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展．科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核 经过 次 衰变后成为 ，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是（　　）
A． B． C． D．
10．放射性同位素14C在考古中有重要应用，只要测得该化石中14C残存量，就可推算出化石的年代，为研究14C的衰变规律，将一个原来静止的14C原子核放在匀强磁场中，观察到它所放射的粒子与反冲核的径迹是两个相内切圆，圆的半径之比R：r=7：1，如图所示，那么14C的衰变方程式应是（　　）
A． B．
C． D．
11．关于原子、原子核和波粒二象性的理论，下列说法正确的是（　　）
A．根据玻尔理论可知，一个氢原子从 能级向低能级跃迁最多可辐射10种频率的光子
B．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，但能量不一定守恒
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光照强度太弱
D． 、 、 三种射线中， 射线的电离本领最强， 射线的穿透本领最强
12．原来静止的原子核 发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是(　　)
A． B． C． D．
13．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是(　　)
A．母核的质量数等于子核的质量数
B．子核的动量与中微子的动量相同
C．母核的电荷数大于子核的电荷数
D．子核的动能大于中微子的动能
14．铀核裂变的一种方程为 U＋X→ Sr＋ Xe＋2 n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的有(　　)
A．X粒子是中子
B．X粒子是质子
C． U、 Sr、 Xe相比， Sr的比结合能最大，最稳定
D． U、 Sr、 Xe相比， U的质量数最多，结合能最大，最稳定
15．关于质能方程，下列说法正确的是（　　）
A．有质量亏损的核反应一定是放能反应
B．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成了能量
C．E=mc2中的E是物体以光速c运动的动能
D．由ΔE=Δmc2，在核反应中，Δm为反应前后原子的静质量之差
二、填空题
16．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程　 　，并计算1g氢核完成这个反应后释放出　 　能量（1 g氢核即1 mol所包含的氢核的粒子个数为6.02×1023个）。
17．一静止的氡核( )发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋(Po)，则衰变方程为　 　，反冲核的速度大小为　 　；
18．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克 或反夸克 ）组成的，它们的带电荷量如表所示，表中e为元电荷.
粒子 π＋ π－ u d
带电荷量 ＋e －e ＋ － － ＋
由此可知π＋由　 　和　 　组成，π－由　 　和　 　组成．
19．太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为 ，已知 和 的质量分别为 和 ， ，c为光速。核反应方程中则 　 　，在4个 转变成1个 的过程中，释放的能量约为　 　MeV。（结果保留2位有效数字）
三、综合题
20．原子核的衰变方式不同，释放的能量也不同，由此可以用来确定原子核的质量差． 可以衰变为 ，释放的核能是E1；也可以衰变为 ，释放的核能为E2．
①写出两种衰变方式的衰变方程．
②设释放能量全部为转变为光子能量，求出 和 释放光子波长之比．
21．静止在匀强磁场中 俘获一个速度 的中子而发生核反应，生成一个 和一个未知粒子 ，若已知 的速度 ，其方向与反应前中子的方向相同，试求：
①写出核反应方程式并求X粒子元素符号和x,y
②求出未知粒子 的速度大小和方向
③生成的 和未知粒子 在磁场中作圆周运动的周期之比。
22．为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有 的血液4 cm3分为两等分，其中一份留作标准样品，20 min后测量出其放射性强度为10 800 s－1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20 min后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2 cm3，测出其放射性强度为5 s－1，则病人的血液体积大约为多少？
23．为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
答案部分
1．A
【解答】质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故选项A错误，选项B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的带正电的强子，故选项C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带的电荷不同，分别为元电荷的＋ 或－ ，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故选项D正确。
2．B
【解答】原子核衰变过程的质量数和核电荷数均守恒，可得X为电子；1克 中有大量的原子核，1克 经过5. 27年后，还有0. 5克没有衰变。
故答案为：B。
3．B
【解答】A．天然放射性射线中的β 射线实际就是电子流，它来自原子核内的中子转化为质子时放出的，A不符合题意；
B．氢原子辐射光子后，原子的能级降低，电子绕核的轨道半径减小，根据 可知，其绕核运动的电子动能增大，B符合题意；
C．原子核的稳定性决定于比结合能，比结合能越大，原子核越稳定，C不符合题意；
D．半衰期是大量原子发生衰变的速度的统计规律，对少数的放射性原子发生衰变的速度没有意义，D不符合题意。
故答案为：B
4．D
【解答】A．天然放射现象中产生的α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱，A不符合题意；
B．玻尔原子模型引入了量子理论，只能解释氢原子光谱的实验规律，B不符合题意；
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为 ，C不符合题意；
D．德布罗意提出了实物粒子具有波粒二象性，且物质波的波长与动量有关，D符合题意。
故答案为：D。
5．C
【解答】A． 衰变的方程式为 →
A正确，不符合题意；
B．将放射性同位素 注入人体，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，故其作用为示踪原子，B正确，不符合题意；
C．一对正负电子湮灭后生成两个光子，C错误，符合题意；
D．PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期，否则无法通过探测器探测到，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
6．B
【解答】A．贝克勒尔最早发现了天然放射现象，A不符合题意；
B．比结合能的大小能反映原子核的稳定程度，比结合能越大的原子核，原子核越稳定，但是比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，B符合题意；
C．放射性元素的半衰期是由元素本身决定的，与外部条件无关，C不符合题意；
D．由玻尔理论可知，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，D不符合题意。
故答案为：B。
7．D
【解答】AB．三种射线中γ射线的穿透能力最强，α射线与β射线的穿透性都相对于γ射线较弱，不适合用做医学的放射源，AB不符合题意；
CD．三种射线中γ射线的穿透能力最强，锝99的半衰期较短，而钴60的半衰期较长，钴60在较长时同内具有相对稳定的辐射强度，适合用做医学的放射源。C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
8．C
【解答】A 、从核反应方程可知，该核电站通过核裂变获得核能，A不符合题意；
B、铀核 的质子数为92，B不符合题意；
C、由质量数守恒得：235+1=144+89+x，解得x=3，C符合题意；
D、一个铀核 发生上述核反应，由质能方程可得： ，D不符合题意。
故答案为：C
9．D
【解答】每经过一次 衰变质量数少 ，质子数少 ，经过 次 衰变质量数减少 ，质子数减少 ，超重元素的原子序数和质量数分别， ， ，D符合题意，ABC不符合题意
故答案为：D
10．C
【解答】由图看出，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，β粒子是电子，C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C。
11．D
【解答】A．大量氢原子从 能级向低能级跃迁最多可辐射10种频率的光子，一个氢原子从 能级向低能级跃迁最多只能辐射4种频率的光子，故A不符合题意；
B．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，能量也守恒，故B不符合题意；
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为金属的极限频率大于入射光的频率，故C不符合题意；
D． 、 、 三种射线中， 射线的电离本领最强， 射线的穿透本领最强，故D符合题意。
故答案为：D。
12．D
【解答】α粒子与新核质量比为 ，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·Ek可知，新核动能为 E0。由ΔE＝Δmc2，得Δm＝ ＝ ，故D选项正确。
13．A,C
【解答】AC．原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程，电荷数少1，质量数不变.A符合题意，C符合题意；B．原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反.B不符合题意；D．子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据 知，中微子的动能大于子核的动能.D不符合题意．
故答案为：AC
14．A,C
【解答】根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A符合题意，B不符合题意；根据图像可知 、 、 相比 的比结合能最大，最稳定； 的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C符合题意，D不符合题意；
故答案为：AC.
15．A,D
【解答】A．根据质能方程 可知，有质量亏损，就会放能反应，A符合题意；
B．核反应过程中质量没有消失，只是以能量的形式体现，B不符合题意；
C．爱因斯坦的质能方程E=mc2，只是说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，E并不是物体以光速c运动的动能，C不符合题意；
D．根据质能方程 可知，在核反应中，Δm为反应前后原子的静质量之差，D符合题意。
故答案为：AD。
16．；
【解答】核反应方程为 1g氢可发生聚变的次数为
故释放的总能量为
17．；
【解答】根据电荷数守恒和质量数守恒，衰变方程为： ，设钋核的反冲速度大小为v，由动量守恒定律有：0＝mv0﹣Mv，v 。
18．u；；d；
【解答】因π＋介子带有＋e的电荷量，且是由一个夸克和一个反夸克组成的，则夸克u带＋ e和反夸克 带＋ e合成电荷量为e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克 组成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克 组成．
19．2；27MeV
【解答】由质量数和电荷数守恒得，核反应方程中则n=2
反应过程中的质量亏损约为
由于
根据爱因斯坦质能方程可得
20．解：①根据电荷数守恒、质量数守恒得， 可以衰变为 的反应方程：
可以衰变为 的反应方程
②光子能量公式 得，释放的核能是E1的光子波长为：
释放的核能是E2的光子波长为：
所以
21．解：①根据电荷数守恒、质量数守恒得
未知粒子 ，则
②中子、未知核和 质量分别为m、3m和4m,未知核的速度为 ，对心正碰，由动量守恒定律得：
解出v2= -1000m/s，方向与 相反
③根据
得
则
生成的 和未知粒子电量之比为2：1，质量之比为4：3，则在磁场中的周期之比为
22．解:由于标准样品与输入体内的 的总量是相等的，因此两者的放射性强度与 原子核的总数均是相等的．设病人血液总体积为V，应有 ×V＝10 800.解得V＝4 320 cm3.
23．解:设放射性同位素原有质量为m0,10天后的剩余质量为m，水库存水量为Qm3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得 ＝ ，
由半衰期公式得：m＝m0 ，
由以上两式联立代入数据得
＝ ＝ ，
解得水库存水量为Q＝2.5×105 m3.