第五章 原子核-章节练习（Word版含答案）

第五章、原子核
一、选择题（共16题）
1．静止的核发生衰变后生成核，核能放出一个粒子而变成，下列说法不正确的是（　　）
A．粒子本质是电子，来源于原子核
B．核发生衰变的核反应方程为
C．核放出一个粒子的核反应方程为
D．10个原子核经过一个半衰期，将产生5个粒子
2．下列说法中正确的是
A．经典物理学能解释原子的稳定性和原子光谱的不连续性
B．光电效应说明光具有粒子性
C．天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关
D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
3．原子弹和氢弹所涉及的基本核反应方程有：①，②。关于这两个方程，下列说法正确的是（　　）
A．方程①属于重核裂变 B．方程②属于衰变
C．方程①的核反应是太阳能的源泉 D．方程②中的与互为同位素
4．下列关于原子核的说法中，正确的是
A．原子核衰变可同时放出、 、射线
B．核反应中电量和质量都守恒
C．利用某些放射性元素的半衰期可以推断古代文物的年代
D．在核电站中可以利用石墨来控制链式反应速度
5．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
B．铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8次α衰变和5次β衰变
C．铀核()衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定小于铀核的结合能
D．按照爱因斯坦的理论，在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek
6．物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．以下叙述中，正确的说法是（ ）
A．牛顿发现万有引力定律，并测出了万有引力常量
B．爱因斯坦提出：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样
C．开普勒在牛顿万有引力定律的基础上，导出了行星运动的规律
D．由爱因斯坦的质能方程可知，质量就是能量，质量和能量可以相互转化
7．下列核反应方程中，属于太阳内部核聚变反应的方程是（　　）
A． B．
C． D．
8．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．
9．下列核反应方程及其表述中错误的是
A．是原子核的β衰变
B．是原子核的α衰变
C．是原子核的人工转变
D．是重核的裂变反应
10．下列说法正确的是（　　）
A．由波尔理论的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，核外电子动能越小
B．汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核式结构学说
C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
D．现已建成的核电站的能量均来自于核聚变
11．下列说法中正确的是 （ ）
A．某种放射性元素X的半衰期为T，现有50个这种原子核，经历一个半衰期T后，一定有25个X原子核发生了衰变
B．中子星的密度高达1016~1013kg/m3，像这样的天体表面的引力，牛顿的引力定律仍然适用
C．加速度的定义式是
D．电子是最早发现的轻子
12．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是
A．β射线是高速运动的电子流，它是由核外电子向内层轨道跃迁时放出来的
B．根据玻尔原子模型氢原子辐射光子后，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．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
13．关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．射线是由氮原子核衰变产生 B．射线是由原子核外电子电离产生
C．射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D．通过化学反应不能改变物质的放射性
14．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素).若反应前两氘核的动能均为EkD=0.35MeV.它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能．已知氘核质量mD=2.0136u,氦核质量mHe=3.0150u,中子质量mn=1.0087u.(已知lu=931.5MeV)下列说法正确的是( )
A．把两个氘核作为一个系统，对撞过程中满足动量守恒和总能量守恒
B．核反应释放的核能为3.96MeV
C．反应后产生的氦核的动能0.99MeV
D．反应后产生的中子的动能3.26MeV
15．已知氘核的比结合能是1.09MeV，氚核的比结合能是2.78MeV；氦核的比结合能是7.03MeV，在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是（　　）
A．核反应方程式为
B．核反应过程中释放的核能是17.6MeV
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应质量守恒
16．下列说法正确的是（　　）
A．人们在研究天然放射现象过程中发现了质子
B．铀核裂变的一种核反应方程
C．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
D．原子在a、b两个能量级的能量为Ea、Eb，且Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的波长（其中c为真空中的光速，h为普朗克常量）
E．比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但是原子核越稳定，核子的平均质量一定越小
二、填空题
17．正电子（PET）发射计算机断层显像：它的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程．15O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象．根据PET原理，回答下列问题：
（1）写出15O的衰变的方程式______________________．
（2）将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途( )
A．利用它的射线 B．作为示踪原子
C．参与人体的代谢过程 D．有氧呼吸
（3）设电子质量为m，电荷量为q，光速为c，普朗克常数为h，则探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长=__________________．
（4）PET中所选的放射性同位素的半衰期应__________．（填“长”或“短”或“长短均可”）
18．碘131核 不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天．经过________天 75%的碘131核发生了衰变．
19．快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239（）很不稳定，经过__________次β衰变后变成钚239（），写出该过程的核反应方程式：___________。设静止的铀核发生一次β衰变生成的新核质量为M，β粒子质量为m，释放出的β粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，求一次衰变过程中的质量亏损___________。
20．不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能_________（填“越大”或“越小”）的原子核越稳定，氘核和氚核聚变的核反应方程为，已知的比结合能是2.78MeV，的比结合能是1.09MeV，的比结合能是7.03MeV，则该核反应所_________（填“释放”或“吸收”）的能量为_________MeV。
三、综合题
21．医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”。它在医疗诊断中，常用能放射正电子的同位素作为示踪原子。是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击获得的，同时还产生另一粒子，试写出该核反应的方程。若的半衰期为20min，经2.0h剩余的质量占原来的百分之几？（结果保留2位有效数字）
22．现有的核电站广泛采用的核反应之一是铀235核（）的裂变，其核反应方程为， 其中是反中微子，它不带电，质量数为零。
（1）试确定生成物钕核（Nd）的电荷数a与质量数b；
（2）已知铀核（）的质量为235. 0439u，中子的质量为1. 0087u，钕核（Nd）的质量为142. 9098u，锆核（）的质量为89. 9047u，不考虑反应中生成的电子的质量，1u相当于931. 5MeV，求一个铀核（）裂变释放的核能△E。
23．质量m1的静止的U衰变为质量m2的Th,放出质量m3的α粒子,有γ光子辐射.
（1）求衰变过程释放的核能.
（2）若α粒子动量大小是p1,γ光子动量大小为p2,它们方向相同,求Th的动量大小.
24．如右上图所示，铅盒内放有少量放射源，该放射源能放出α射线、β射线以及γ射线三种射线，在铅盒外部放置两块很大的平行带电金属板，能分离出三种射线．试画出分离后的三种射线的大致轨迹（标明射线的名称）．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．β衰变中产生的电子来源于原子核的内部，故A正确；
B．根据质量数守恒，电荷数守恒，核发生衰变的核反应方程为
故B正确；
C．根据质量数守恒，电荷数守恒，核放出一个粒子的核反应方程为
故C正确；
D．放射性元素的半衰期是统计规律，对少量原子核不适用，故D错误；
本题选择错误的，故选D。
2．B
【详解】
A、经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故A错误；
B、光电效应说明光具有粒子性，故B正确；
C、半衰期仅有原子核本身决定，与外界因素无关，故C错误；
D、天然放射现象的发现揭示了原子可以再分，说明原子具有复杂的结构的，故D错误．
3．A
【详解】
A．方程①是质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，A正确；
B．方程②是质量数较小的原子核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，B错误；
C．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，方程②的核反应是太阳能的源泉，C错误；
D．同位素的质子数相同，方程②中的与中的质子数不同，D错误。
故选A。
4．C
【详解】
原子核衰变不能同时放出α、β、γ射线，γ射线伴随α衰变或β衰变．故A错误．在核反应过程中，电荷数守恒、质量数守恒．不是质量和电荷守恒，因为反应过程中有质量亏损．故B错误．半衰期为原子核有半数发生衰变所需的时间，利用某些放射性元素的半衰期可以推断古代文物的年代．故C正确．在核电站中可以利用镉棒来控制链式反应速度，镉棒可以吸收中子，减缓反应的速度，石墨是减速剂，让中子减速，保证中子能够与铀核相撞．故D错误．故选C.
5．D
【详解】
卢瑟福通过α粒子散射实验得出了在原子的核式结构理论，并没有发现原子核内部存在质子，选项A错误；铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过(238-206)÷4=8次α衰变和2×8-(92-82)=6次β衰变，选项B错误；铀核()衰变成α粒子和另一原子核，因反应放出能量，可知衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，选项C错误；按照爱因斯坦的理论，在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，选项D正确.
6．B
【详解】
A. 牛顿发现万有引力定律，卡文迪许测出了万有引力常量，A错误．
B. 爱因斯坦提出：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样，即光速不变原理，B正确．
C. 开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，C错误．
D. 由质能方程可知，能量与质量之间存在着一定的必然对应的关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量与质量是两个不同的概念，D错误．
7．D
【详解】
A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应。
故选D。
8．C
【详解】
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，故C正确，ABD错误。
故选C。
9．B
【详解】
A、A是β衰变方程，选项A正确；B、B是轻核聚变方程，选项B错误；C、C是原子核的人工转变方程，选项C正确；D、D是重核的裂变反应，选项D正确．本题选错误的故选B.
10．A
【详解】
A、由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，轨道半径越大，根据知，电子的动能越小．故A正确；
B、汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子枣糕式结构学说，故B错误；
C、依据德布罗意波长公式λ=h/p，可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C错误；
D、现已建成的核电站的能量均来自于核裂变，故D错误．
故选A．.
11．D
【详解】
A、半衰期是一个统计规律，对大量的原子核才成立，所以A错；B、在中子星如此高密度的天体表面，牛顿引力定律并不适用，所以B错；C、加速度的定义式是，所以C错，D、电子最早发现的基本粒子．带负电，电量为1.6×10-19C,是电量的最小单元，故D正确．故选D.
12．B
【详解】
β射线是高速运动的电子流，它是由核内中子转化为质子时放出的负电子，选项A错误；根据玻尔原子模型氢原子辐射光子后，电子的轨道半径减小，根据可知，电子绕核运动的动能增大，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变反应，选项C错误；的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下=25克，选项D错误.
13．D
【详解】
A．射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从核中释放出来，A错误；
B．射线是由原子核内的中子转化为质子时产生的电子，B错误；
C．射线是原子核在发生衰变或衰变时产生的能量以光子的形式释放，C错误；
D．放射性元素的放射性是原子核自身决定的，而化学反应不能改变原子的原子核，故化学反应并不能改变物质的放射性，D正确。
故选D。
14．AC
【详解】
A、把两个氘核作为一个系统，由于内力远远大于外力，所以对撞过程中满足动量守恒和总能量守恒，故A正确；
B、聚变的核反应方程:;
根据质能方程
代入数据得： ，故B错误；
CD、根据能量守恒知：
由动量守恒知生成的中子和氦核动量相等，根据
可得： ; ，故C对；D错误；
故选AC
15．AB
【详解】
A．核反应方程式为
A正确；
B．核反应过程中释放的核能是4× 7.03MeV-(2×1.09MeV +3×2.78MeV)= 17.6MeV，B正确；
C．目前核电站都采用重核裂变反应发电，不采用上述核反应发电，C错误；
D．该核反应由于放出核能，则有质量亏损，D错误。
故选AB。
CDE
【详解】
试题分析：A、卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，故A错误．B、铀核裂变的核反应方程是：，两边中子不能约．故B错误．C、质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3．质子和中子结合成一个α粒子，质量亏损释放的能量为△E= （2m1+2m2-m3）c2，故C正确．D、原子在a、b两个能级的能量分别为Ea、Eb，且Ea＞Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，则有光子的波长（其中c为真空中的光速，h为普朗克常量），故D正确．E、比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，但结合能不一定越大，因平均每个核子质量亏损就越多，则核子的平均质量一定越小，故E正确．故选CDE．
17． B 短
【详解】
（1）15O在人体内衰变放出正电子，故衰变为β衰变，β衰变是原子核内的中子转化为质子，并产生一个电子的过程，即发生β衰变时衰变前后质量数不变，电荷数增加．写出衰变方程即可．
（2）找出15O的作用，进行判断即可．
（3）湮灭放出能量，由hf=mc2得求解出频率f，由波长公式计算即可．
（4）在受检体内存留时间要短，这样才安全．
解：（1）15O在人体内衰变放出正电子，故衰变为β衰变，所以衰变方程为：
815O→715N+10e
（2）将放射性同位素15O注入人体，15O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，所以它的作用是为了被探测到的，即它的用途是作为示踪原子，故选B
（3）湮灭放出的能量为：mc2
由：hf=mc2得：频率：f=，又：λ=cT=c=
（4）在受检体内存留时间要短，这样才安全．故填：短
故答案为（1）815O→715N+10e
（2）B；（3）；（4）短
18．16
【详解】
试题分析：因为当75%的碘131核发生了衰变时，还剩25%的碘131核没有衰变，即经过了2个半衰期，因为半衰期为8天，故经过的时间为16天．
19． 2
【详解】
根据电荷数守恒可知变成电荷数增加2，所以经过2次β衰变。
该过程的核反应方程式为
设β粒子的速率为v0，新核的速率为v1，衰变过程动量守恒，即
①
设一次衰变过程中的质量亏损为，由题意并根据质能方程有
②
式中
③
④
联立①②③④解得
20． 越大 释放 17. 6
【详解】
比结合能用于表示原子核结合松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定。
聚变反应前和的总结合能为
反应后生成的氦核的结合能为
故，核反应向平均结合能增大的方向进行时，要释放能量
反应释放的核能为
21．，
【详解】
核反应方程为
设碳11原有质量为m0，经过t=2.0h剩余的质量为m，根据半衰期定义公式有
22．（1）a=60 ，b=143；（2）197.5 MeV
【详解】
（1）由电荷数守恒有
由质量数守恒有
解得
（2）由题意可知，该核反应的质量亏损
1u相当于931.5 MeV，所以
23．（1）ΔE=(m1-m2-m3)c2.；（2）p=p1+p2.
【详解】
（1）核衰变过程质量亏损：△m=m1-m2-m3，
释放的核能：△E=△mc2=（m1-m2-m3）c2；
（3）若放出粒子动量大小是p1，γ光子动量大小为p2，它们方向相同，
核衰变过程系统动量守恒，以放出粒子动量方向为正方向，由动量守恒定律得：
0=p1+p2-p，
解得：p=p1+p2；
因此Th动量大小p1+p2；
24．
【详解】
α射线是带正电的氦核，β射线是带负电的电子流，γ射线是不带电的光子流；根据它们在电场中的受力情况可画出偏转方向.
答案第1页，共2页