第五章 原子核（Word版含答案）

人教版选择性必修第三册 第五章 原子核
一、单选题
1．2011年3月11日日本发生的地震及海啸，引发了令世人震惊的日本福岛第一核电站核泄漏事故，核泄漏出的人工放射性核素碘-131发出的放射线对人体有害．产生碘-131的一种方式为：．已知的质量分别为m1、m2、m3 、m4，真空中的光速为c．下列说法正确的是（ ）
A．方程中的X表示质子
B．方程中的X表示电子
C．核反应中质量亏损Δm= m1+m4-m2-m3
D．核反应中释放的核能ΔE=( m1-m2-m3-2m4)c2
2．下列关于物理发展进程中重要事件的描述正确的是（ ）
A．物质波是概率波而机械波不是概率波
B．原子核越大，它的结合能越高，原子核中核子结合得越牢固
C．库仑发现了点电荷的相互作用规律；汤姆孙通过实验测定了元电荷的数值
D．衰变中的电子实质上是基态电子吸收能量后电离成的自由电子
3．下列关于物质结构的叙述中正确的是（　　）
A．电子的发现表明了原子内部是有复杂结构的的
B．质子的发现表明了原子核都是由质子组成的
C．天然放射性现象的发现表明了原子内部是有复杂结构的
D．β射线实际上是原子核外电子高速运动形成的
4．天文物理学家认为，在太阳和类似结构的星体中，发生的核聚变反应中占优势的是质子—质子循环，又称克里奇菲尔德循环，该循环的核反应方程为：，，，其中X、Y分别为（　　）
A． B． C． D．
5．癌症是困扰全球人民的一种慢性疾病，对患者及家属的身心造成巨大的痛苦，目前我国治疗癌症的放射疗法主要采用人工放射性元素钴60、铯137和铱192。铱192是铱191在原子核反应堆中经热中子轰击而生成的，铱192会发生衰变而放出电子，半衰期为73.827天，下列说法正确的是（　　）
A．铱192的比结合能比钴60的比结合能大
B．20个铱192核经过73.827天后，剩余10个原子核未衰变年
C．铱192发生衰变的核反应方程为，属于衰变
D．铱192发生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
6．原子弹的核反应方程之一为，氢弹的核反应方程为，关于这两个核反应下列说法不正确的是（　　）
A．原子弹的核反应为重核的裂变，X为质子
B．氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核
C．两个核反应都发生质量亏损
D．两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能
7．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是（　　）
A．电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数比其质量数小
D．质子和中子的质量几乎相等
8．放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成，而可以经一次衰变变成（X代表某种元素），也可以经一次衰变变成，和最后都变成，衰变路径如图所示，则图中
A．a＝82, b＝211
B．①是β衰变，②是α衰变
C．①是α衰变，②是β衰变
D．b81Ti经过一次α衰变变成82Pb
9．核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的核衰变为核和新粒子，并释放出γ光子。已知、的质量分别为、，下列说法正确的是（　　）
A．的衰变方程为
B．释放的核能转变为的动能、新粒子的动能和γ光子能量
C．核反应过程中的质量亏损为
D．核反应过程中释放的核能为
10．原子弹爆炸时的主要杀伤因素是( ).
A．光热辐射 B．贯穿本领 C．冲击波 D．放射性污染
11．放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是（ ）
A．利用射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用
二、多选题
12．氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其反应式，同时释放出43.15MeV的能量。已知氘核的质量为1876.1MeV/c2（c为真空中的光速），氦核质量为3728.4MeV/c2，中子的质量为939.6MeV/c2，1L海水中含有的氘核约为个，而1kg标准煤燃烧释放的热量约为J，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应中x=2，y=2
B．质子的质量为960.3MeV/c2
C．1L海水中的氘核全部反应损失的质量约为kg
D．1L海水中的氘核全部反应释放的能量大于一吨标准煤燃烧释放的热量
13．如图,匀强磁场中的O点有一静止的原子核发生了某种衰变,衰变方程为,反应生成的粒子的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变,下列说法正确的是
A．发生的是衰变
B．发生的是衰变
C．A=234,Z=91
D．新核和粒子在磁场中的轨迹外切于O点
14．静止的镭原子核 经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列说法正确的是（ ）
A．该衰变方程为
B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2kg的 中有1.5kg已经发生了衰变
C．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，4个 原子核中有3个已经发生了衰变
D．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核 越来越少，其半衰期也变短
E．若把该元素放到密闭的容器中或者升高温度，则可以减慢它的衰变速度
15．关于核反应方程（△E为释放出的核能，X为新生成粒子），已知的半衰期为T，则下列说法正确的是__________．
A．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素则不能放出射线
B．比少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C．N0个经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为（N0数值很大）
D．的比结合能为
E．该放射性元素（）与其它元素形成化合物的半衰期仍等于T
16．下列说法错误的是__________________.
A．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
B．根据爱因斯坦的光电效应方程Ek=h－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初动能更大
C．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
D．放射性元素发生β衰变时，放射性元素的原子放出核外电子，形成高速电子流一一即β射线
E．无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小
三、解答题
17．太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.
(1)写出这个核反应方程；并计算这一核反应能释放多少能量？
(2)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？
(3)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年.(太阳质量M＝2×1030 kg,mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u ， 1u="931.5Mev " )
18．氢原子在基态时轨道半径，能量.求氢原子处于基态时：
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射氢原子可使其电离？
(4)电子在核外旋转的等效电流（已知电子质量）.
19．人类通过对放射性元素的探索来获取核能的秘密，如图第三象限的密闭装置即为研究所研究核反应的某种设备，在第二象限存在沿x轴正向的匀强电场，场强为E，第一象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，钚的放射性同位素放置在密闭容器中，静止时衰变为铀核和α粒子，并放出γ光子，α粒子的质量为4m带电量为2e，从电场中坐标为（－L，0）的A点沿+y方向射出，粒子从y轴上坐标为（0，2L）的B处射入磁场，然后垂直打在x轴上C点的底片上，测得底片上C点到坐标原点0的距离为。
(1)写出钚的衰变方程；
(2)α粒子射入电场时的初速度大小；
(3)粒子从A点到C点所经历的时间。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A、根据核电荷数守恒可知，X的核电荷数为，质量数为，则X是，故AB错误；
C、核反应过程中的质量亏损，故C错误；
D、这个核反应中释放的核能，故D正确．
点睛：知道质量数守恒与核电荷数守恒是判断粒子X种类的关键，熟练应用质能方程即可求出核反应释放的能量．
2．A
【解析】
【详解】
物质波又称德布罗意波，是一种概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配．与机械波是不同的概念，A正确；比结合能是原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度． 结合能是两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量，当比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，B错误；库仑发现了点电荷的相互作用规律，密立根测定了元电荷的数值，C错误；衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放出电子，故D错误；
3．A
【解析】
【详解】
A项：汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，提出了原子的“枣糕式”模型，说明原子内部具有复杂结构的，故A正确；
B项：质子的发现表明了原子核具有复杂结构的，故B错误；
C项：天然放射性现象的发现表明了原子核内部是有复杂结构的，故C错误；
D项：射线实际上是原子核内的一个中子转换成一个质子和一个电子形成的，故D错误．
点晴：天然放射现象说明原子核内部有复杂结构，射线实际上是原子核内的一个中子转换成一个质子和一个电子形成的．
4．C
【解析】
【详解】
原子核核反应过程中，遵循质量数，电荷数守恒定律，可知X、Y分别为，所以C正确；ABD错误；
故选C。
5．D
【解析】
【详解】
A．中等大小的核的比结合能最大，则铱192的比结合能比钴60的比结合能小，故A错误；
B．半衰期是对大量的原子核衰变的统计规律，对少数原子核无意义，故B错误；
C．铱192发生衰变的核反应方程为，属于衰变，故C错误；
D．铱192发生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，故D正确。
故选D。
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．原子弹的核反应为重核的裂变，X为中子，选项A符合题意；
B．氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核，选项B不符题意；
C．核聚变和核裂变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，选项C不符题意；
D．因核反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，选项D不符题意；
故选A。
7．C
【解析】
【详解】
卢瑟福预想到在原子核内除质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子（即中子），他的主要依据是原子核的核电荷数在数值上只有质量数的一半或还少些，选项C正确，ABD错误。
故选C。
8．B
【解析】
【详解】
试题分析：经过①变化为，质量数没有发生变化，为衰变，即：，故a=84，经过经过②变化为，核电荷数少2，为衰变，即：，故b=206，故AC错误，B正确；，故经过一次衰变变成，故D错误．
考点：核反应方程的应用
【名师点睛】知道发生α、β衰变的实质．能够运用质量数和电荷数守恒进行分析判断即可．
9．B
【解析】
【详解】
A．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的衰变方程为
故A错误；
BD．根据质能方程可知，释放的核能为
释放的核能转变为的动能、新粒子的动能和γ光子能量，故B正确，D错误；
C．此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，则为
故C错误。
故选B。
10．C
【解析】
【详解】
原子弹爆炸时的主要杀伤因素是爆炸产生的冲击波；
A．光热辐射，与结论不相符，选项A错误；
B．贯穿本领，与结论不相符，选项B错误；
C．冲击波，与结论相符，选项C正确；
D．放射性污染，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
11．D
【解析】
【详解】
A．用射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期。故A不符合题意。
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能。故B不符合题意。
C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置。故C不符合题意。
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的吸收作用。故D符合题意。
故选D。
12．AC
【解析】
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒可得，该核反应中x=2，y=2，故A正确；
B．释放出的能量对应的质量为43.15MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得，质子的质量为
故B错误；
C．1L海水中的氘核全部反应损失的质量
故C正确；
D．1L海水中的氘核全部反应释放的能量
一吨标准煤燃烧释放的热量
故D错误。
故选AC。
13．BC
【解析】
【详解】
A、B项：衰变放出一个电子，所以为衰变，故A错误，B正确；
C项：由质量数守恒和电荷数守恒得：A=234,Z=91，故C正确；
D项：由于新核和粒子电性相反，由左手定则可知，新核和粒子在磁场中的轨迹内切于O点，故D错误．
故选BC．
14．AB
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，镭原子核经一次α衰变后的核反应方程．故A正确；若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2kg的中有：2-2×()2=1.5kg已经发生了衰变．故B正确；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，4个原子核经过2个半衰期后不一定中有3个已经发生了衰变．故C错误；放射性元素的半衰期仅仅与元素本身有关，不会随它所处的化学环境的变化而变化，改变该元素所处的物理状态，则其半衰期不变；故D E错误；故选AB．
【点睛】
解决本题的关键知道核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，知道衰变的过程中的半衰期仅仅与元素本身有关．
15．BCE
【解析】
【详解】
试题分析：原子序数小于83的元素，有些元素的同位素也能放出射线，故A错误；由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0，电荷数是-1，为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，故B正确；经2T时间还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为，故C正确；的比结合能是234个核子结合成Pa234时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量△E，所以的比结合能不是，的比结合能也不是故．D错误；半衰期与原子核所处状态无关，故E正确；故选BCE
考点：核反应；结合能；半衰期
【名师点睛】本题关键是掌握爱因斯坦质能方程△E=△mc2以及比结合能的计算公式，掌握衰变的实质和半衰期的特点；质量数较大的核都有放射性，β衰变是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，半衰期与原子核所处状态无关．
16．BCD
【解析】
【详解】
A项：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A正确；
B项：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；
C项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C错误；
D项：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；
E项：无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故E正确．
点晴：原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子；能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能发生光电效应的条件是入射光子的能量大于逸出功；根据数学组合公式求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数，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．
17．（1） ，4×10－12 J ；（2）0.4×1010 kg　（3）5×109年
【解析】
【详解】
（1）核反应方程为
太阳每秒减少的质量
Δm＝4×1.007 3 u－(4.001 5＋2×0.000 55) u＝0.026 6 u
由质能方程可得
ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV＝4×10－12 J.
(2)太阳每秒钟释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒钟减少的质量为
(3)太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为
(年)
18．（1） （2） （3） （4）
【解析】
【详解】
(1)设处于基态的氢原子核周围的电子速度为，则有：
所以电子动能：
.
(2)因为，所以有：
.
(3)设用波长为的光照射氢原子可使其电离，则有：
所以可得：
(4)根据可得：
根据等效的环形电流可得：
代入数据得：
19．(1)；(2) ；(3)
【解析】
【详解】
(1)钚的衰变方程
(2)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动
y方向匀速直线运动
①
x方向匀变速直线运动
②
由①②得
③
(3)由①②得在电场运动时间
④
由①②③④⑤得
θ=45° ⑥
如图由几何关系知：带电粒子在磁场中做圆周运动半径为：
⑦
带电粒子在磁场中做圆周运动时间为：
⑧
由③⑦⑧得
⑨
粒子从A点到C点所经历的时间
T=t1+t2 ⑩
由④⑨⑩得
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