第五章原子与原子核 专项测试（word版含答案）

第五章、原子与原子核
一、选择题（共16题）
1．铁元素（）是目前已知最稳定的元素。在宇宙中，比铁重的元素主要是通过“中子俘获”的核反应产生的。所谓“中子俘获”，是指原子核与中子碰撞结合，并形成重核的过程。下列关于结合能和核反应的说法正确的是（　　）
A．元素的比结合能越大，核子结合得越牢固，铁元素（）的比结合能最大
B．轻核聚变吸收能量，重核裂变放出能量
C．某重原子核衰变成α粒子和另一新核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量
D．铁元素（）可用作核燃料
2．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应说法错误的是（　　）
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C．式中d=1
D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能大
3．下列各种物理现象中，与原子核内部变化有关的是（　　）
A．用紫外线照射锌板，锌板向外发射光电子的现象
B．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
C．用α粒子轰击金箔后，极少数α粒子发生大角度偏转的现象
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时释放核能的现象
4．首先揭示原子结构复杂性的物理实验或现象是 （　　）
A．电子的发现 B．α粒子散射实验
C．黑体辐射 D．光电效应
5．原子核表示（　　）
A．的质量数为90 B．核内有234个质子
C．核内有144个中子 D．核内有90个核子
6．下列关于物理学方面的知识说法正确的是（　　）
A．原子核发生衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子
B．一定质量的理想气体绝热膨胀过程，气体分子的平均动能减少
C．OPPOEncoW51耳机话筒的工作原理是电流的磁效应，听筒的工作原理是电磁感应
D．法拉第提出了场的概念，并总结了电磁感应定律
7．某放射性元素经过11.4天有 的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )
A．11.4天 B．7.6天
C．3.8天 D．2.85天
8．氢原子光谱的巴耳末公式是（n＝3，4，5……），氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次E2，则为（　　）
A． B． C． D．
9．关于近代物理的知识，下列说法正确的是
A．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
B．铀核裂变的一种核反应方程为
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(m1+m2-m3)c2
D．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
10．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个，原子的质量是12.0000u，原子的质量是 4.0026u，已知1u=931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为 （　　）
A．7.266 eV B．5.266 eV C．1.16×10﹣9 J D．1.16×10﹣12 J
11．历史上，为了研究放射粒子的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中所表示的实验中是研究发射源产生不同射线的特性的是（　　）
A． B．
C． D．
12．下列说法中正确的是(　　)
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，新核的质量一定等于原核的质量，不可能出现质量亏损
13．以下关于原子、原子核的说法不正确的是（　　）
A．α粒子散射实验中，α粒子轰击的金箔也可以用其他重金属箔，如铂箔
B．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量各异，因此利用不同气体可以制作五颜六色的霓虹灯
C．因为“放射性的强度不受温度、外界压强的影响”，所以说明射线来自原子核
D．β衰变方程：，因为和的核子数均为234，所以这两个原子核的结合能相等
14．核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中（　　）
A．x可能是，y可能是
B．x可能是3，y可能是
C．释放的核能为（m1＋m2－m3－m4－m5－m6）c2
D．释放的核能为（m3＋m4＋m5＋m6－m1－m2）c2
15．）下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲的远距离输电，可以降低输电电压来降低输电线路上的能量损耗
B．图乙的霓虹灯，各种气体原子的能级不同但跃迁时发射能量相同的光子
C．图丙的14C测年技术，根据植物体内的放射性强度变化推算其死亡时间
D．图丁的核反应堆，通过镉棒插入的深浅调节中子数目以控制反应速度
16．许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，下列说法中正确的是（ ）
A．牛顿发现了万有引力定律后，用实验的方法测出了引力常量G的数值
B．伽利略用理想实验证明了力是维持物体运动的原因
C．赫兹用实验证明了电磁波的存在
D．楞次总结得出了感应电流的产生条件
E．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在
F．卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型
G．卡文迪许利用扭秤测出了静电力常量k的数值
二、填空题
17．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力核反应，是若干核反应的一种，其中X为待求粒子，y为X的个数，则X是____选填“质子”、“中子”、“电子”，____。若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为______ 。
18．原子核聚变有望给人类未来提供丰富洁净的能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为(1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s)．
(1)该反应方程中的d＝________．
(2)质量亏损为________kg.
19．现代考古中可利用的衰变规律测定古生物的年代，衰变时放出________（填粒子符号），并生成新核。如图所示为放射性元素的衰变规律的示意图（纵坐标表示的是任意时刻放射性元素的原子数与时的原子数的比值），则该放射性元素的半衰期是_______年。若从某次考古时发掘出来的木材中，检测到所含的比例是正在生长的植物中的80%，则该木材距今约_______年。
20．完成下列核反应方程，并指出核反应的类型：
_____，是____变。
_____，是______变。
_____，是______变。
_____，是______变。
综合题
21．两个质子和两个中子聚变结合成一个氦核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。
（1）写出该核反应方程；
（2）光子的波长。
22．静止的锂核（Li）俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核（He），它的速度大小是8.0×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。
（1）写出此核反应的方程式；
（2）求反应后产生的另一个粒子的速度的大小及方向；
（3）此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。
23．如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装Ra，Ra放出某种射线后衰变成 Rn。
（1）写出上述衰变方程；
（2）若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止 Ra核衰变过程中释放的核能有多少？（取1u=1.6×10﹣27 kg，e=1.6×10﹣19 C，结果保留三位有效数字）
24．卢瑟福通过α粒子轰击金箔的实验中发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．左下平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．平均结合能越大，原子核越稳定，因铁元素最稳定，故其比结合能（平均结合能）最大，故A正确；
B．根据质能方程可知，轻核的聚变和重核的裂变过程，都存在质量亏损，都向外界放出能量，故B错误；
C．重原子核衰变成α粒子和另一新核，该过程中要释放能量，根据质能方程可知衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，故C错误；
D．铁元素（）的比结合能最大，发生核反应不能释放能量，不能用作核燃料，故D错误；
故选A。
2．C
【详解】
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，故A正确；
B．重核裂变反应前后会释放核能，一定有质量亏损，故B正确；
C．根据质量数和电荷数守恒可知，式中d=2，故C错误；
D．铀核裂变后的新核比铀核更稳定，所以新核比铀核的比结合能大，故D正确。
本题选错误的，故选C。
3．D
【详解】
A．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误；
B．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故B错误；
C．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故C错误；
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时原子核发生变化，即原子核内部变化，故D正确。
故选D。
4．A
【详解】
电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。
故选A。
5．C
【详解】
原子核，234表示质量数，即234个核子，90表示核电荷数，即90个质子，故核内中子数为（234-90=144个），故选C。
6．B
【详解】
A．原子核发生衰变过程中所放出的电子来自原子核中的中子，即
A错误；
B．一定质量的理想气体绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，温度降低，故气体分子的平均动能减少，B正确；
C．OPPOEncoW51耳机话筒的工作原理是电磁感应，听筒的工作原理是电流的磁效应，C错误；
D．法拉第提出了场的概念，电磁感应定律是后人为了纪念法拉第的突出贡献以他名字命名的，D错误。
故选B。
7．D
【详解】
有的原子核发生了衰变，则剩余的质量为原来的；根据半衰期公式：，可得：，所以t=4T=11.4天，T=2.85天.故A，B，C错误，D正确；故选D.
8．A
【详解】
当n=3时，波长最大
根据则有
同理，当n=4时，则有
则
故A正确，BCD错误。
故选A。
9．D
【详解】
A.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合能大，原子核不一定越
稳定，故A错误；
B.铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程：
，故B错误；
C.根据爱因斯坦质能方程可知，设质子、中子、粒子的质量分别为，两个质子
和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是，故C错误．
D.根据玻尔理论可知，氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从
n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量，根据光电效应发生的条件可知，若氢原子从
n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向
n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故D正确．
10．D
【详解】
根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出核反应中释放的核能．该核反应的质量亏损△m=4.0026×3﹣12.0000=0.0078u，则释放的核能△E=△mc2=0.0078×931.5MeV=7.266MeV=1.16×10﹣12 J．故D正确，A、B、C错误．
故选D．
11．D
【详解】
A．是α粒子散射实验，A错误；
B．是双缝干涉实验，B错误；
C．是光电效应实验，C错误；
D．是研究发射源产生不同射线的特性的实验，D正确。
故选D。
12．C
【详解】
γ射线是电磁波，α射线不是电磁波，选项A错误；β射线为原子核内的中子转化为质子时放出的负电子形成的电子流，选项B错误；用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期，选项C正确；在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故D错误．
13．D
【详解】
A．α粒子散射实验中，α粒子也可以轰击铂箔，产生散射现象，A正确；
B．根据玻尔理论，各种气体原子的能级不同，不同的能级之间跃迁，可产生不同频率的光，因此可以利用不同气体制作五颜六色的霓虹灯，B正确；
C．实验发现，如果一种元素具有放射性，那么无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核，C正确；
D．β衰变会向外释放能量，虽然和的核子数均为234，但前者比后者的结合能小，D错误。
题目选择不正确，故选D。
14．ABC
【详解】
A．如果x是，y是，则核反应过程质量数守恒、核电荷数守恒，故A正确；
B.如果x是3，根据核反应过程质量数守恒、核电荷数守恒可知，y可能是，故B正确；
CD．质量亏损：△m=m1+m2 m3 m4 m5 m6，由质能方程可知，释放的能量为：E=△mc2=(m1+m2 m3 m4 m5 m6)c2，故C正确，D错误；
故选ABC。
15．CD
【详解】
试题分析：图甲的远距离输电，可以提高输电电压来降低输电线路上的电流，从而减小输电线的能量损耗，选项A错误；各种气体原子的能级不同，由于发射光子的能量等于两个能级的能级差，故跃迁时发射能量不相同的光子，选项B错误；图丙的14C测年技术，根据植物体内的放射性强度变化推算其死亡时间，选项C正确；图丁的核反应堆，通过镉棒插入的深浅调节中子数目以控制反应速度，选项D正确；故选CD．
16．CEF
【详解】
牛顿发现了万有引力定律后，卡文迪许用实验的方法测出了引力常量G的数值，AG错误；伽利略用实验证明了力不是使物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，B错误；麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证明了电磁波的存在，CE正确；法拉第总结得出了感应电流的产生条件，D错误；卢瑟福根据粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型，故F正确．
17． 中子 3
【详解】
设X的质量数为m，质子数为n，由核裂变前后电荷数守恒
解得
粒子不带电，故X是中子；
由于X是中子，可知X的质量数为m=1，由核裂变前后质量数守恒
解得
由爱因斯坦的质能方程可知质量亏损表达式为
18． 2 7.67×10－29
【详解】
（1）根据质量数守恒得，再由电荷数守恒得，联立解得d＝2.
（2）根据爱因斯坦的质能方程，得
19． 5 700 1 900
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为
活体中含量不变，生物死亡后，开始减少，设活体中的含量为，发掘出的木材中为，设的半衰期为，则由半衰期的定义得
则
当时
由题图得半衰期
年
当时
年
20． 聚 衰 人工转 裂
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，反应物为，属于聚变反应；
方程生成物的质量数是0，电荷数是-1，是电子，是β衰变；
方程反应物的质量数是
24+1-23=2
电荷数是
11+1-11=1
所以是氘核，该反应是人工转变；
方程是重核的裂变，生成物的质量数是
电荷数是
92+0-56=36
所以是，该反应是重核的裂变。
21．（1）；（2）。
【详解】
(1)根据质量数守恒、电荷数守恒可知
(2) 聚变反应中的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程光子能量为
光子的波长
22．（1）Li＋n→He＋H；（2）8.1×106 m/s；与反应前中子的速度方向相反；（3）发生了质量亏损；依据见解析
【解析】
（1）根据题意，可得核反应的方程式为
Li＋n→He＋H
（2）由（1）可知，反应后产生的另一个粒子是氚核（H）。设中子（n）、氦核（He）和氚核（H）的质量分别为m1、m2、m3，速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得
m1v1＝m2v2＋m3v3
解得
v3＝－8.1×106 m/s
即氚核的速度方向与反应前中子的速度方向相反。
（3）反应前粒子的总动能为
E1＝m1v
反应后粒子的总动能
E2＝m2v＋m3v
代入数据可知E2>E1，则说明反应过程中发生了质量亏损。
23．（1）衰变方程；（2）一个静止核衰变过程中释放的核能有
【详解】
（1）核反应方程质量数和质子数反应前后保持不变，则衰变方程为
Ra→Rn＋He
（2）衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由
得α粒子的速度
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
得Rn的速度
释放的核能
代入数据解得
24．
【详解】
卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，该实验的现象为：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），据此可画出α粒子的运动轨迹，如图所示：
答案第1页，共2页