第五章原子与原子核 单元训练(Word版含答案)

第五章原子与原子核
一、选择题（共15题）
1．某实验小组用图甲所示电路研究a、b两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）
A．两种光照射阴极K时的逸出功不一样
B．两种光的频率υa>υb
C．光电子的最大初动能EkaD．若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光一定也可以
2．下列说法正确的是( )
A．某种放射性元素的半衰期为T,则这种元素的12个原子核在经过2T时间后，这些原子核一定还有3个没有发生衰变
B．根据爱因斯坦的光电效应方程EK=hv一W，若频率分别为和 (<)的光均能使某种金属发生光电效应，则频率为的光照射该金属时产生的光电子的初动 能一定比频率为的光照射该金属时产生的光电子的初动能更大
C．氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n=4能级跃迁到n=2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n=4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中有4种光子能使该金属发生光电效应
D．放射性元素发生衰变时，放射性元素的原子放出核外电子，形成高速电子流 射线．
3．2021年5月中旬，国外某储存核废水的集装箱泄露的事件，导致部分放射性废水流入大海，核废水中含有放射性物质，其中最难被消除的是氚，氚会发生衰变，其半衰期为12年，要想将大部分氚清除，至少需要60年。饮用水中的氚可以通过消化道等途径进入人体，进而对人类染色体产生消极影响。60年后核废水中的氚含量大约为现在的（　　）
A． B． C． D．
4．有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是（　　）
A．γ射线是高速运动的中子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．Bi的半衰期是5天，200gBi经过10天后还剩下25g
5．以下说法正确的是（　　）
A．天然放射现象的发现，说明原子内部有复杂结构
B．核力是引起原子核中中子转变成质子的原因
C．核反应堆中，镉棒是用来吸收中子，其作用是控制反应速度
D．是一种放射性同位素，一个核的结合能比一个核大
6．下列铀核反应的有关说法中正确的是（　　）
A．的半衰期约为45亿年，随着地球环境的不断变化，其半衰期可能变短
B．原子核经过一次衰变和两次衰变后，核内中子数减少2个
C．发生衰变时同时释放出粒子和粒子
D．核受到一个快中子的轰击时，裂变为两个中等质量的原子核，其比结合能变大
7．下列说法正确的是
A．某些放射性元素的原子可作为“示踪原子”使用
B．放射性元素的比结合能一定很小，所以容易发生衰变
C．放射性元素发生衰变时所放出的射线在磁场中一定都能发生偏转
D．放射性元素发生化合反应后仍具有放射性，但半衰期将会改变
8．下列说法正确的是（　　）
A．普朗克提出能量子假说，将每一份最小能量称为“光子”
B．汤姆孙证明阴极射线是电子，让人们认识到原子具有核式结构
C．波尔的原子模型可以解释所有原子光谱的实验规律
D．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定
9．核武器实验会产生一些放射性微尘，微尘中问题最大的核素之一是锶-90（Sr），它的化学性质和钙相似，能被吸收到骨骼和牙齿里，它的半衰期为28.1年，由于β衰变会对人体健康造成影响。下列说法正确的是（　　）
A．β射线是能量很高的电磁波
B．锶-90经过β衰变后形成的新核的电荷数减少1
C．锶-90含量减少到初始水平的6.25%需要112.4年
D．核武器实验涉及的核反应过程中，质量守恒、电荷数守恒
10．根据图像分析原子核的比结合能规律，下列说法正确的是（　　）
A．锂核比氦核更稳定
B．钡核比氪核核子数多，比结合能大
C．铀核比钡核结合能大，比结合能小
D．两个氘核结合成氦核，需要吸收能量
11．下列四幅图涉及到不同的物理知识，图甲为圆板衍射条纹，图乙为共振曲线，图丙为三种射线在磁场中的运动轨迹图，图丁为核反应堆示意图。关于这四幅图，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：该衍射条纹可以说明光具有粒子性
B．图乙：该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而一直减小
C．图丙：根据射线的偏转方向可知容器上方区域可能存在垂直纸面向外的磁场
D．图丁：镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度
12．静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示（a、b表示长度）。那么碳14的核反应方程可能是（　　）
A． B．
C． D．
13．下列说法正确的是
A．α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构
B．用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率高
C．光电效应揭示了光具有粒子性
D．原子核结合能越大，则原子核越稳定
14．核能作为一种新能源在现代社会中已经不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题，核泄漏中的钚是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部，骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素，的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是_______
A．X原子核中含有143个中子
B．100个经过24100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程中总质量增加
D．衰变发出的放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
15．约里奥居里夫妇首次发现衰变时能放出一个正电子。如图所示，一个运动的原子核以某一初速度垂直磁场方向进入垂直于纸面的匀强磁场中，轨迹为，运动到点处发生上述衰变，生成的新粒子中质量较大的原子核沿轨迹运动（正电子的轨迹未画），若弧对应的半径为，弧对应的半径为，且，假设衰变释放的能量全部转化为新核和正电子的动能，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变的核反应方程是
B．衰变前后粒子的总质量没有发生变化
C．磁场的方向垂直纸面向外
D．衰变后瞬间正电子的速度方向与新核速度相反
二、填空题
16．氘核和氚核聚变的核反应方程为，的比结合能是2.78 MeV，的比结合能是1.09MeV，的比结合能是7.03 MeV，则该核反应____（选填“吸收”或“释放”）了____MeV能量．
17．经过m次α衰变和n次β衰变，变成，则m＝___，n＝___ .
18．在某些恒星内部，3个α粒子可以结合成一个核，已知核的质量为=1.99302×kg，α粒子的质量为=6.64672×kg，真空中光速c=3×m/s，这个核反应是____________，这个反应中释放的核能为__________，（保留一位有效数字），α粒子和比较，α粒子的比结合能_______的比结合能，（填大于.等于或者小于）
19．2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故，在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射，在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是______和______（填入正确选项前的字母），131I和137Cs原子核中的中子数分别是______和______。
A．
B．
C．
D．
三、综合题
20．钠光谱中两条黄色谱线的波长分别为和。分别计算钠原子辐射这两种波长的光时核外电子跃迁前后的能级差。
21．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子
（1）确定核反应方程中a、b的值；
（2）在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力．设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W．若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
22．的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子的质量是1.008665 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，求：（计算结果保留三位有效数字）
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
（3）如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？
23．（1）从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系．但在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如玻尔建立的氢原子模型，仍把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动．即氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，元电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。
①氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
②氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能与电子和原子核系统的电势能之和．已知当取无穷远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的电势φ＝．求处于基态的氢原子的能量。
（2）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能E0＝0.35MeV对心碰撞，假设该反应中释放的核能也全部转化为氦核（）和中子（）的动能．已知氘核的质量mD＝2.0141u，中子的质量mn＝1.0087u，氦核的质量mHe＝3.0160u，其中1u相当于931MeV．在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV（结果保留1位有效数字）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．阴极K的逸出功由金属材料本身性质决定，与照射光无关，故A错误；
BC．由题图乙可知a光对应的遏止电压低于b光对应的遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程有
可得
故B错误，C正确；
D．由上面分析可知b光光子的能量大于a光光子的能量，所以若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光不一定可以，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
原子核有半数发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期，是大量原子核衰变的统计结果，对少量的放射性元素的原子核，无法确定，故A错误；根据爱因斯坦的光电效应方程Ek=hγ-W，若频率分别为γ1和γ2（γ1<γ2）的光均能使某种金属发生光电效应，则频率为γ1的光照射该金属时产生的光电子的最大初动能一定比频率为γ2的光照射该金属时产生的光电子的最大初动能更小，故B错误；氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n=4能级跃迁到n=2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，从n=4能级跃迁到n=3能级所放出的光子不能使某种金属发生光电效应，从n=3能级跃迁到n=2能级所放出的光子不能使某种金属发生光电效应，其余跃迁时所放出的光子都能使某种金属发生光电效应，即则处在n=4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中有4种光子能使该金属发生光电效应．故C正确；β射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的，故D错误．所以C正确，ABD错误．
3．A
【详解】
60年是5个半衰期，废水中的氚含量大约为现在的。
选项A正确。
4．B
【详解】
A．γ射线是光子流，A错误；
B．氢原子辐射光子后，从高轨道跃迁到低轨道，电子轨道半径减小，根据
，
联立解得
所以电子动能增大，B正确；
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，C错误；
D．Bi的半衰期是5天，经过10天，即经过2个半衰期，剩余质量
D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．天然放射现象的发现，说明原子核内部有复杂结构，故A错误；
B．中子转变成质子的原因是因为在原子核内发生了衰变，故B错误；
C．核反应堆中，镉棒是用来吸收中子，其作用是控制反应速度，故C正确；
D．比结合能越大原子核结合得越牢固，原子核越稳定，故一个核的结合能比一个核小，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】
A．半衰期是由原子核的内部本身决定的，与所处的物理、化学环境无关，故A错误；
B．原子核经过一次α衰变电荷数减少2，质量数减少4，经过两次β衰变电荷数增加2，质量数不变，整个过程中质量数减小4，电荷数不变，所以核内中子数减少4个，故B错误；
C．发生衰变时释放出α粒子或β粒子的同时，伴随着γ射线的产生，不可能同时释放出α粒子和β粒子，故C错误；
D．核受到一个快中子的轰击时，裂变为两个中等质量的原子核，存在质量亏损，释放巨大的核能，其比结合能变大，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A. 某些放射性同位素因不改变其化学性质、半衰期短等优点被广泛作为示踪原子使用，选项A正确；
B. 放射性元素发生衰变后放出能量，则生成物的比结合能比原来原子核的比结合能大，但只是放射性元素的比结合能比生成物的比结合能小，并不是放射性元素的比结合能都一定很小，选项B错误.
C. 放射性元素发生衰变时所放出的射线在磁场中不一定都能发生偏转，例如γ射线，选项C错误；
D. 放射性元素发生化合反应后仍具有放射性，半衰期不变，选项D错误；
8．D
【详解】
A．普朗克提出能量子假说，，将每一份最小能量称为“能量子”，故A错误；
B．汤姆孙证明阴极射线是电子，让人们认识到原子本身具有内部结构，故B错误；
C．波尔的原子模型只能解释氢原子光谱的实验规律，故C错误；
D．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定，故D正确；
故选D。
9．C
【详解】
A．β射线是电子流，不是电磁波，故A错误；
B．根据β衰变特点可知，锶-90经过β衰变后形成的新核的电荷数增加1，故B错误；
C．由公式
解得
故C正确；
D．核武器实验涉及的核反应过程中，放出能量，发生质量亏损，则质量不守恒，故D错误。
故选C。
10．C
【详解】
A．比结合能越大，原子核越稳定。由图可知氦核的比结合能比锂核的大，故氦核更稳定，选项A错误；
B．由图知钡核比氪核的比结合能小，选项B错误；
C．铀核比钡核比结合能小，但铀核核子数多，结合能为比结合能与核子数的乘积，计算可得铀核结合能大，选项C正确；
D．两个氘核结合成氦核后，原子核中核子的比结合能增大，亏损的质量越多，故向外释放能量，选项D错误。
故选C。
11．D
【详解】
A．衍射是波的特有现象，光的衍射说明光具有波动性，故A错误；
B．该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而先增大后减小，故B错误；
C．根据射线的偏转方向结合左手定则可知容器上方区域可能存在垂直纸面向里的磁场，故C错误；
D．镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制中子的数量从而控制核反应速度，故D正确。
故选D。
12．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，由题中数据可知
且
核反应前后动量守恒有
解得
只有A选项符合题意，故BCD错误。
故选A。
13．BC
【详解】
放射性现象的发现揭示了原子核有复杂结构，选项A错误；质子的质量比电子的质量大得多，物质波的波长较小，与电子相比不容易产生衍射．故用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率高．故B正确．光电效应揭示了光具有粒子性，选项C正确； 原子核比结合能越大，则原子核越稳定，选项D错误；故选BC.
14．AD
【详解】
试题分析：由衰变过程中核电荷守恒得，其中中子数为235-92=143，A正确；半衰期对大量原子核的衰变才有意义，B错误；衰变过程中核子总质量减小，质量比亏损，C错误；衰变后产生的巨大的能量为光子的形式释放，具有很强的穿透能力，D正确；
15．AC
【详解】
A. 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，衰变的核反应方程是
A正确；
B. 该反应放出能量，有质量亏损，B错误；
C. 根据左手定则可知，磁场的方向垂直纸面向外，C正确；
D. 因为，即
解得
由动量守恒定律可知
即
可知衰变后瞬间正电子的速度方向与新核速度相同，D错误。
故选AC。
16． 释放 17.6
【详解】
聚变反应前和的总结合能为
E1=（1.09×2+2.78×3）MeV=10.52MeV
反应后生成的氦核的结合能为
E2=7.03×4MeV=28.12MeV
所以反应释放的核能
△E=E2-E1=（28.12-10.52）MeV=17.6MeV
即该核反应释放了17.6MeV能量．
17． 7 4
【详解】
试题分析：设发生m次α衰变，n次β衰变，衰变方程为：
则：235=207+4m，解得：m=7
又：92=82+7×2-n，得：n=4
18． ΔE=9×10 13J 小于
【详解】
解：根据核反应过程中质量数和电荷数守恒可得
根据质能方程可得
代入数据可得
ΔE=（3×6.64672×10 27 1.99302×10 26）×（3×108）2=9×10 13J
由结合能与核子数的比值即为比结合能，形成C核的过程中，释放出能量，所以α粒子的比结合能小于的比结合能。
19． B C 78 82
【详解】
原子核的衰变有2种，即α衰变、β衰变，其中α衰变产生α粒子，β衰变产生β粒子即电子，只有B、C是衰变反应，并且产生的是电子即属于β衰变，正确选项B和C。
再由质量数和核电荷数守恒可以得出131I原子核中的中子数为
131﹣53=78
137Cs原子核中的中子数为
137﹣55=82
20．，
【详解】
波长为的光对应的核外电子跃迁前后的能级差为
波长为的光对应的核外电子跃迁前后的能级差为
21．①核反应方程中a、b的值分别为1和2；②运动质子速度至少为
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知a=1，b=2．
（2）设运动质子速度为v，且以该速度方向为正方向，此过程中动量守恒，则有：mv0=2mv
根据能量守恒得：
解得：
22．（1）放出能量，7.97 MeV；（2）7.97 MeV，2．66 MeV；（3）1.92×1021 Hz
【详解】
（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是
＋2→
反应前各核子总质量为
mp＋2mn＝1.007277 u＋2×1.008665 u＝3.024607 u
反应后新核的质量为
mH＝3.016050 u
质量亏损为
Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量，释放的核能为
ΔE＝0.008557×931.5 MeV≈7.97 MeV
（2）氚核的结合能为
ΔE＝7.97 MeV
它的比结合能为
≈2.66 MeV
（3）放出光子的频率为
＝ Hz≈1.92×1021 Hz
23．（1）①； ②；（2）EkHe＝1MeV ；Ekn＝3MeV
【详解】
（1）①电子绕原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有
且电子绕原子核运动的等效电流
联立以上三式解得
②处于基态的氢原子的电子的动能为

取无穷远处为电势零点，距氢原子核为r1处的电势为
处于基态氢原子的电势能为
解得
（2）由爱因斯坦质能方程，核聚变反应中释放的核能为

核反应中系统动量守恒
核反应中系统能量守恒
由
可知
解得
代入数据可得
答案第1页，共2页