第五章 原子与原子核 综合训练（Word版含答案）

第五章原子与原子核
一、选择题（共15题）
1．下列有关物理史实的叙述中正确的是 ( )
A．奥斯特最早提出了电荷周围存在着由它产生的电场
B．密立根发现电子并通过油滴实验精确测定了其电荷量
C．法拉第发现电磁感应现象并得出法拉第电磁感应定律
D．库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比
2．下列说法正确的是
A．汤姆孙发现了中子，被称为“中子之父”
B．玻尔理论指出原子可以处于连续的能量状态中
C．普朗克的α粒子散射实验，奠定了原子的核式结构模型
D．康普顿研究石墨对X射线的散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光的粒子性
3．关于阴极射线，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的光子流
C．阴极射线是组成物体的原子
D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转
4．下列说法中正确的是（　　）
A．铀核发生裂变时的核反应是
B．对天然放射现象的研究建立了原子的核式结构
C．压力和温度对放射性元素衰变的快慢没有任何影响
D．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成
5．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是（　　）
A．U→ThHe
B．Un→IY+2n
C．HH→Hen
D．HeAl→Pn
6．和是重要的聚变核燃料，和聚变的核反应方程为+→+X+17.6MeV，X与Y核反应又可获得，即X+Y→++4.9MeV，则下列说法正确的是
A．X是电子
B．Y的核电荷数为4
C．+→+X+17.6MeV中的17.6MeV是的结合能
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为0.7MeV
7．关于天然放射现象，以下叙述正确的是（　　）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大
B．衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．在这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强
D．铀核衰变成新核和粒子，产物的结合能之和一定大于铀核的结合能
8．下列说法中正确的是（ ）
A．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
B．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量（频率）不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为只有高速运动的粒子才具有波粒二象性
D．核力将核子束缚在核内，说明核力一定是吸引力
9．铀衰变成，氡核不稳定，会进一步衰变成，氡核半衰期为3.8天，下列说法正确的是（　　）
A．通过升高温度，可以缩短氡核的半衰期
B．的比结合能大于的比结合能
C．4个氡核经过3.8天后还剩下2个
D．铀衰变成要经历4次衰变和3次衰变
10．下列说法中能说明电子是一切原子的组成部分的是（　　）
A．电子的质量小
B．电子带负电
C．从各种原子中得到的电子，其质量和电荷量都一样
D．电子的质量比氢原子的质量小
11．下列说法正确的是（　　）
A．牛顿用实验证明了牛顿第一定律
B．爱因斯坦通过解释光电效应现象，得出光具有波动性
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，发现了衰变现象
D．卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量
12．图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子光谱，是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级辐射产生的。下列说法正确的是（　　）
A．这四条谱线中，谱线光子能量最大
B． 谱线是氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级辐射产生的
C．处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量
D．若中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
13．下列叙述中正确的是（ ）
A．电子的发现使人们认识到原子是可分割的
B．天然放射现象的研究说明原子核有复杂结构
C．卢瑟福通过粒子散射实验建立了核式结构模型
D．康普顿散射为物质波理论提供了实验支持
14．下列说法中正确的是
A．无论是机械波还是光波，在不同介质中传播时波长保持不变
B．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小
C．在LC振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上的电荷量最多，回路电流最小
D．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE=(m3–m1–m2)c2
15．下列关于核反应的说法中正确的是　　
A．目前已建成的核电站的能量都来自于重核裂变
B．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C．由图可知，原子D和E聚变成原子核F要吸收能量
D．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
二、填空题
16．判断下列说法的正误。
（1）核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。_________
（2）弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。_________
（3）原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。_________
（4）比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大。_________
17．α粒子散射实验：
（1）α粒子散射实验装置由______、______、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于______中。
（2）实验现象：
①______的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿______的方向前进；
②______α粒子发生了______偏转；偏转的角度甚至______，它们几乎被“撞了回来”。
（3）实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了______模型。
（4）核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
18．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．
19．用中子轰击发生核反应生成和粒子，并放出4.8Mev的能量（1u相当于931.5Mev的能量）
(1)写出核反应方程 _________________________________ ;
(2)质量亏损为____________ u
(3)和等值反向碰撞，则和粒子的动能之比 _____________________ .
三、综合题
20．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.
21．氢4是氢的一种同位素，在实验室里，用氘核（）轰击静止的氚核（）生成氢4的原子核（）。已知、的质量分别为ml、m2，速度大小分别为vl、v2，方向相同：
①请写出合成的核反应方程式，并求出反应后生成的另一粒子的动量大小p；
②氘原子的能级与氢原子类似，已知其基态的能量为E1，量子数为n的激发态能量，普朗克常量为h。则氘原子从n=3跃迁到n=1的过程中，辐射光子的频率ν为多少？
22．已知铀235的质量为235.043 9 u,钡141的质量为140.913 9 u,氪92 的质量为91.897 3 u,每个中子质量为1.0087 u,1 kg铀235发生的铀核裂变所放出的能量相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量 (1 kg优质煤完全燃烧时能产生 2.9×107 J的热量)
23．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片（如图所示），今测得两个相切圆半径之比，求：
（1）图中哪一个圆是粒子的径迹？（说明理由）
（2）这个原子核原来所含的质子数是多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
法拉第提出了电荷周围存在着由它产生的电场，故A错误；美国科学家密立根最先测出电子的电量，而英国科学家汤姆孙最先发现了电子，B错误；法拉第发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯得出法拉第电磁感应定律，C错误；库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比，D正确．
2．D
【详解】
查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，故A错误．玻尔理论认为原子的能量是量子化的，不连续的，轨道半径也是量子化的，故B错误．卢瑟福用α粒子轰击金箔而产生散射的实验，在分析实验结果的基础上，他提出了原子核式结构模型，故C错误；康普顿研究石墨对X射线的散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光的粒子性，故D正确．所以D正确，ABC错误．
3．D
【详解】
A．阴极射线是在真空管内由负极放出的电子流，不是气体导电发光的辉光放电现象，故A错误；
B．阴极射线实质上真空管内由阴极发生的电子流，故B错误；
C．阴极射线是组成物体的电子，不是原子，故C错误；
D．电子质量很小，故阴极射线按直线传播，电子带负电，可以被电场和磁场偏转，D正确；
故选D。
4．C
【详解】
A．铀核发生裂变时的核反应方程的反应物中应该有中子参与，选项A错误；
B．卢瑟福对α粒子散射实验的研究建立了原子的核式结构理论，选项B错误；
C．压力和温度对放射性元素衰变的快慢没有任何影响，选项C正确；
D．卢瑟福的α粒子散射实验建立了原子的核式结构理论，不能说明原子核是由质子和中子组成，选项D错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．核反应
U→ThHe
是U核放射出α粒子变成新核的过程，为α衰变，故A正确；
B．核反应
Un→IY+2n
是U核吸收一个慢中子后发生裂变反应，故B错误；
C．核反应
HH→Hen
是轻核聚变，故C错误；
D．核反应
HeAl→Pn
是用α粒子轰击Al的人工核反应方程，故D错误。
故选：A。
6．D
【详解】
A．根据质量数、电荷数守恒可知，X是中子，A项错误;
B．根据质量数、电荷数守恒可知，Y的核电荷数为3，B项错误；
C．核子结合成原子核释放的能量才是结合能，C项错误；
D．X+Y→++4.9MeV中平均每个核子释放的能量为=0. 7MeV，D项正确.
故选D。
7．D
【详解】
A．元素的半衰期与其所处的物理状态无关，是其固有属性，A错误；
B．衰变所释放的电子是原子核内中子转变成质子时产生的，B错误；
C．在这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，C错误；
D．铀核衰变成新核和粒子，衰变后的产物相对衰变前要稳定，故产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．发生光电效应时，入射光的频率影响的是光电子的最大初动能，光强度影响单位时间内发出光电子的数目，故A错误；
B．根据玻尔理论，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量（频率）不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯，故B正确；
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为所有运动的粒子都具有波粒二象性，故C错误；
D．核力是短程力，作用范围在1．5×10-15m，原子核的半径数量级在10-15m，所以核力只存在于相邻的核子之间．核力将核子束缚在核内，但不能说明核力一定是吸引力，故D错误。
故选B。
9．B
【详解】
A．半衰期是放射性元素的固有属性，与所处的环境物理、化学状态无关，A错误；
B．衰变过程比结合能变大，故的比结合能大于的比结合能，B正确；
C．半衰期是大量放射性元素的统计规律，极个别原子核不存在半衰期的概念，C错误；
D．由于衰变质量数不变，故衰变的次数为
在衰变过程，电荷数减少8，故衰变次数为
D错误。
故选B。
10．C
【详解】
各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的，从各种原子中得到的电子，其质量和电荷量都是一样的，说明所有原子中都有电子，且所有原子不显电性，是因为电子所带电性和电量与荷内质子相反。
故选C。
11．D
【详解】
A．牛顿第一定律为理想实验定律，牛顿总结了前人的经验，包括伽利略的斜面实验，指出了物体运动的原因，即牛顿第一定律。故A错误；
B．爱因斯坦通过解释光电效应现象，得出光具有粒子性。故B错误；
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，发现了核式结构模型。故C错误；
D．卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量。故D正确。
故选D。
12．D
【详解】
A．由图乙可知谱线对应的波长最大，由可知，波长越大，能量越小，A错误；
B．谱线光子的能量最小，氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级辐射的能量不是最小的，最小的是从n=5能级跃迁到n=4能级产生的，B错误；
C．处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，C错误；
D．频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中谱线波长最小，频率最大， 可知，光能量最大，若中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，D正确。
故选D。
13．ABC
【详解】
A、原先人们认为原子是最小的单位，电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构，故A正确；B、人们认识到原子核具有复杂结构是从发现天然放射现象开始的，故B正确；C、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，确定了原子的组成结构，故C正确．D、电子是实物粒子，能发生衍射现象，从而为物质波理论提供了实验支持，故D错误；故选ABC.
14．BC
【详解】
无论是机械波还是光波，在不同介质中传播时频率保持不变，波速发生变化，则波长要变化，选项A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小，选项B正确；在LC振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上的电荷量最多，回路电流最小，选项C正确；设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m1+m2－m3)c2，选项D错误；故选BC.
15．AD
【详解】
A、目前世界上正在工作的核电站都是利用原子核的裂变反应释放核能的，核聚变反应目前还没有能很好的控制，故A正确；
B、重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变，故B错误；
C、由图可知，原子D和E聚变成原子核F，是轻核聚变，要放出能量，故C错误；
D、由图可知，原子核A裂变成原子核B和C是重核裂变，要放出能量，故D正确．
16． 错误 正确 错误 错误
【详解】
（1）核力是短程力，其作用的范围是10-15m，距离较大时快速减小，所以核力并不是在任何情况下都比库仑力大，错误；
（2）根据目前的研究可知，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，正确；
（3）原子核完全分解成组成该核的核子需要添加的能量称为结合能，错误；
（4）比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，错误。
17． α粒子源 金箔 真空 绝大多数 原来 少数 大角度 大于90° 核式结构
18． 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．
19．
【详解】
(1)根据核反应的质量数和电荷数守恒得：
(2)依据△E=△mc2，可得：
由1u相当于931.5Mev的能量，换算得
(3)设氚核和α粒子的速度分别是v1和v2，由于中子与锂核是以等值反向的动量相碰，而且碰撞的过程中满足动量守恒定律，设氚核运动的方向为正方向，则：m氚v1-mαv2=0
可得：
由动能
可得它们的动能之比等于速度之比，.
20．（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；
21．①，；②
【详解】
①由质量数守恒与核电荷数守恒可知，核反应方程式为
核反应过程动量守恒，取的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
解得另一粒子的动量大小为
②由波尔原子理论可知，氘原子跃迁过程中有
解得光子的频率
22．2.84×103 t
【详解】
质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mBa+mKr+3mn)=236.052 6u-235.837 3 u=0.2153u．
释放的能量ΔE=Δmc2≈201 MeV
1 kg铀235 含有的铀原子核数目为N=×6.02×1023=2.56×1024个
1 kg铀完全反应释放的总能量为E总=N·ΔE=2.56×1024×201×106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J
1 t煤完全燃烧释放的能量为E=1000×2.9×107 J=2.9×1010 J
故 1kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的质量为n=2.84×103t．
23．（1）圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹（2）90
【详解】
（1）因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．
（2）设衰变后新生核的电荷量为；α粒子的电荷量为，它们的质量分别为和，衰变后的速度分别是和，所以原来原子核的电荷量
．
根据轨道半径公式有
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则
以上三式联立解得，即这个原子核原来所含的质子数为90．
答案第1页，共2页