第五章原子核 课后训练 -2021_2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word版含答案）

第五章原子核
一、选择题（共15题）
1．某种国产核电池是利用衰变为释放能量制成的。关于衰变为的核反应过程，下列说法正确的是（　　）
A．发生衰变，衰变方程为
B．核反应生成的粒子具有很强的电离本领和穿透能力
C．当温度降低时，衰变的半衰期将变大
D．核反应前后，反应物的质量之和等于生成物的质量之和
2．氦核作用能将恒星中的氦转换成重元素，其中粒子融合到核中的核反应方程为。已知粒子的结合能为，核的结合能为，释放的能量为，则的比结合能约为（　　）
A． B． C． D．
3．下列关于核反应方程及其表述正确的是（　　）
A． 为重核裂变反应
B．为原子核的衰变
C．为轻核聚变反应
D．为原子核的人工转变
4．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，下列说法正确的是（　　）
A．原子核A比原子核B的比结合能大
B．原子核B比原子核C更稳定
C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程没有质量亏损
D．由原子核D、E结合成原子核F的过程一定释放能量
5．核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子（α粒子、β粒子和γ射线）并将其能量转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为，其半衰期为88年。已知的衰变方程为：，下列说法正确的是（　　）
A．核比核多4个中子
B．的比结合能大于的比结合能
C．经过88年，20个原子核中一定有10个发生了衰变
D．衰变放出的载能粒子是β粒子
6．中俄核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站于2021年5月举行开工仪式。下列有关核电站采用何种核变化及其对应核反应方程的说法，正确的是（　　）
A．衰变，
B．衰变，
C．核聚变，
D．核裂变，
7．（铀核）经过一系列的衰变和衰变变为（氡核），已知核的比结合能为E1，核的比结合能为E2，粒子的比结合能为E3，每次变释放的能量为E4，则（铀核）衰变为（氡核）共释放的能量为（　　）
A．E1-E2-E3-E4 B．E2+E3+E4-2E1
C．238E1-222E2-16E3-2E4 D．222E2+16E3+2E4-238E1
8．下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
C．汤姆孙研究阴极射线，提出原子具有核式结构
D．天然放射现象中放射出的射线都能在磁场中发生偏转
9．关于原子核及其变化，下列说法正确的是（　　）
A．一个中子和一个质子的质量之和等于一个核的质量
B．原子核的比结合能越大，其结合能也越大
C．处于激发态的原子核放出射线时，其核子数并没有发生变化
D．原子核发生衰变时放出电子说明原子核内有电子
10．对于核反应，下列说法正确的是（ ）
A．氘核的结合能为 B．氘核的比结合能为
C．核反应过程中质量守恒，电荷数守恒 D．氘核质量大于组成它的核子的质量之和
11．如图，烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241，其衰变方程为．下列说法正确的是（ ）
A．是光子，不具有能量 B．是粒子，有很强的贯穿本领
C．比的原子核更稳定 D．冬天气温较低时，镅241的半衰期会变小
12．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是（　　）
A．H＋H→He＋n B．N＋He→O＋H
C．He＋Al→P＋n D．U＋n→Ba＋Kr＋3n
13．2021年4月13日，日本政府不计后果决定于2023年后将福岛核废水排放入海，引起国际社会的共同谴责。核废水即使经过处理，仍有多种放射性元素，其中Cs-137是最具危害性的放射性元素，其衰变方程为，铯核（ ）的半衰期约为30年。下列说法正确的是（　　）
A．是铯核中一个中子转化成一个质子时产生的
B．经过大约60年后，废水中的铯核会衰变完
C．随着海水温度的升高，铯核的半衰期会变短
D．的比结合能比的小
14．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列关于核反应方程的说法，正确的是（　　）
A．H+H→He+n是衰变
B．U+n→Xe+Sr+10n是目前人类获得核能的主要方式
C．Th→Pa+X中的X是质子
D．H+H→He+n是核聚变，反应后的总质量较聚变前增加
15．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有（　　）
A．He核的结合能约为14MeV
B．He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
二、综合题
16．1932年，瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为，已知、、X的质量分别为，、，则X为______；该反应______（选填“吸收”“释放”）的核能为______MeV。（保留3位有效数字）
17．秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击U变成Xe、Sr和若干个中子，已知U、Xe、Sr的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则该核反应方程为______Sr比Xe更______。（选填稳定或不稳定）
18．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。
（1）中微子与水中的H发生核反应，产生中子（n）和正电子（e），即：中微子＋H→n＋e，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______；
（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即e＋e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为______J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？_______。
19．（1）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有___________。
A．U→Th＋He是重核裂变
B．N＋He→O＋H是轻核聚变
C．H＋H→He＋n是α衰变
D．Se→Kr＋2e是β衰变
（2）现有四个核反应：
A．H＋H→He＋n
B．U＋n→X＋Kr＋3n
C．Na→Mg＋
D．He＋Be→C＋n
①___________是发现中子的核反应方程，_________是研究原子弹的基本核反应方程，___________是研究氢弹的基本核反应方程。
②B项中X的质量数为___________，中子数为___________。
20．如图所示，真空室内存在着垂直纸面向外、宽度为的有界匀强磁场，磁感应强度大小为，某时刻静止在点处的一个钍核经历一次衰变，生成一镭核和粒子，粒子沿与边界水平方向成角进入匀强磁场后恰好不从磁场的上边界射出。已知粒子的质量为，电量为，衰变过程中释放的核能全部转化为粒子和镭核的动能，不计粒子的重力和粒子间相互作用，光速为，求：
（1）写出上述过程中的衰变方程；
（2）衰变过程中的质量亏损。
21．碰撞在宏观、微观世界中都是十分普遍的现象，在了解微观粒子的结构和性质的过程中，碰撞的研究起着重要的作用。
（1）一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是v1。该未知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是v1，已知氢原子核的质量是，氮原子核的质量是14，上述碰撞都是弹性碰撞，求该未知粒子的质量；
（2）光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量， 后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速。
①已知某单色光的频率为ν，波长为λ，该单色光光子的能量E hν，其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度，推导该单色光光子的动量p=；
②在某次康普顿效应中，为简化问题研究，设入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，如图，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向成 90°，已知：入射光波长，散射后波长为，普朗克恒量为h，光速为c，求碰撞后电子的动量和动能。
22．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次衰变。放射出的粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。求：
（1）新核Y在磁场中圆周运动的半径？
（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求该电流的大小？
（3）若衰变过程中释放的核能都转化为粒子和新核的动能，求该衰变过程中的质量亏损？
23．硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和α粒子，释放出光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm，光子的能量为Eo，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c。
（1）写出核反应方程并求出γ光子的波长λ；
（2）求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．据电荷数守恒与质量数守恒可得，衰变方程为
A正确；
B．核反应生成的粒子具有很强的电离本领，但穿透能力很弱，B错误；
C．衰变的半衰期由放射性元素自身性质决定，与所处环境的温度无关，C错误；
D．核反应过程放出能量，发生质量亏损，故反应物的质量之和大于生成物的质量之和，D错误。
故选A。
2．B
【详解】
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能，这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量，则的结合能为
则的比结合能为
故B正确，ACD错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．铀核的裂变需要吸收一个慢中子，在核反应方程中，等号两侧的中子不能约掉，故A错误；
B．聚变是质量较轻的核聚变为质量较大的核，为轻核聚变反应，故B错误；
C．聚变是质量较轻的核聚变为质量较大的核，该核反应为为轻孩聚变反应，故C正确；
D．为发现质子的原子核的人工转变，选项中核反应的质量数不守恒，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】
AB．平均质量越小，比结合能越大，原子核越稳定，则原子核A比原子核B的比结合能小，原子核C比原子核B更稳定，AB错误；
C．原子核A分裂成B、C属于重核的裂变，有能量释放，根据爱因斯坦质能方程，有质量亏损，C错误；
D．原子核D、E结合成原子核F属于轻核的聚变，有能量释放，有质量亏损，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知
因此核比核多2个中子，故A错误；
B．比结合能越大越稳定，因此的比结合能大于的比结合能，故B正确；
C．半衰期是统计规律，只适用于大量原子核，少量原子核不适用，故C错误；
D．衰变放出的载能粒子是粒子，故D错误。
故选B。
6．D
【详解】
核电站采用的是铀发生核裂变的反应
故选D。
7．D
【详解】
设经过x次衰变和y次衰变变为,则有
衰变过程质量数与电荷数守恒，所以
解得
所以衰变过程共释放的能量为
故选D。
8．B
【详解】
A．放射性元素的半衰期不随温度的变化而变化，故A错误
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故B正确；
C．卢瑟福利用粒子散射实验，提出原子具有核式结构，故C错误；
D．天然放射现象中放射出的射线不带电，不能在磁场中偏转，故D错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．当一个中子和一个质子结合成一个氘核时，有质量亏损，氘核的质量小于中子与质子的质量之和，故A错误；
B．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核的结合能，原子核的比结合能越大，其结合能不一定大，故B错误；
C．处于激发态的原子核放出γ射线时，原子核的能级降低，但核子数并没有发生变化，故C正确；
D．原子核发生β衰变时放出电子，电子来自原子核，是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，原子核内没有电子，故D错误。
故选C。
10．A
【详解】
A．氘核是由1个质子和1个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量，这个能量就是氘核的结合能，由核反应方程知氘核的结合能为，A正确：
B．氘核的比结合能为
B错误；
C．核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒，C错误；
D．氘核质量小于组成它的核子的质量之和，D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．γ射线是光子，具有一定的能量，故A错误；
B．是α粒子，根据α射线的特点可知，其有很强的电离本领，故B错误；
C．自发的衰变过程中释放能量，原子核的比结合能增大，所以比的原子核更稳定，故C正确；
D．半衰期是由放射性元素本身决定的，与外界因素无关，故D错误。
故选C。
12．A
【详解】
A．H＋H→He＋n，是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，A正确；
B．N＋He→O＋H是用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，B错误；
C．He＋Al→P＋n属于原子核的人工转变，C错误；
D．U＋n→Ba＋Kr＋3n属于重核的裂变，D错误。
故选A。
13．A
【详解】
A．是铯核中一个中子转化成一个质子时产生的，A正确；
B．根据半衰期公式，经过大约60年后，废水中的铯核会衰变，剩余 ，B错误；
C．随着海水温度的升高，铯核的半衰期不变，C错误；
D．根据比结合能图像，的比结合能比的大，D错误。
故选A。
14．B
【详解】
A．核反应方程
H+H→He+n
是轻核聚变，故A错误；
B．核反应方程
U+n→Xe+Sr+10n
属于重核裂变，是目前人类获得核能的主要方式，故B正确；
C．由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方方程
Th→Pa+X
中的X的质量数为0，电荷数为-1，为电子，故C错误；
D．核反应方程
DH+H→He+n
是核聚变，反应过程中放出能量，由质能关系可知反应后的总质量较聚变前减少，故D错误。
故选B。
15．BC
【详解】
A．由题图可知，的比结合能为7MeV，因此它的结合能为
7MeV×4＝28MeV
A项错误；
B．比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知，B项正确；
C．两个比结合能小的核结合成比结合能大的时，会释放能量，C项正确；
D．由题图可知，的比结合能（即平均结合能）比的小，D项错误；
故选BC。
16． 释放 18.9
【详解】
根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，则
可得X表示的是氦核，即；
核反应质量亏损为
故该反应释放核能，释放的核能为
17． U+n→Xe＋Sr＋10n 稳定
【详解】
由题意可知：U的比结合能为7.6MeV，则U应为，Xe的比结合能为8.4MeV，则Xe应为，Sr的比结合能为8.7MeV，则Sr应为，所以该核反应方程为
因为Sr 比Xe的比结合能大，所以Sr比Xe更稳定。
18． 0和0 8.2×10－14 产生一个光子违反动量守恒定律
【详解】
（1）发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0。
（2）产生能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则ΔE=Δmc2，故一个光子的能量为，代入数据得。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故只有产生2个光子，此过程才遵循动量守恒定律，即产生一个光子违反动量守恒定律。
19． D D B A 144 88
【详解】
（1）A．核反应方程式
U→Th＋He
为α衰变，故A错误；
B．核反应方程式
N＋He→O＋H
为原子核的人工转变，故B错误；
C．核反应方程式
H＋H→He＋n
为轻核聚变，故C错误；
D．核反应方程式
Se→Kr＋2e
为β衰变，故D正确。
（2）①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程；C是一种衰变反应。
②X的质量数为
X的质子数为
X的中子数为
20．（1）；（2）
【详解】
（1）钍核衰变方程为
（2）粒子在磁场中做圆周运动，则
由几何知识有
偏转半径
根据动量守恒可知
反应放出的能量
根据质能方程
解得质量亏损为
21．（1）；（2）①见解析，②，
【详解】
（1）设未知粒子的质量为m，则对粒子跟静止的氢原子核碰撞由动量守恒和机械能守恒得
对粒子跟静止的氮原子核碰撞由动量守恒和机械能守恒得
解得
（2）①由题意得
又
光子动量为
联立得
②由题意碰后如图所示，建系如图
则设电子动量为，设x方向分动量为，y方向分动量为，则对x、y方向分别由动量守恒定律得
所以动量为
又因为原来粒子的能量为
碰后粒子的能量为
由能量守恒定律得电子的动能为
22．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）设生成的新核Y的质量为M，新核Y和的速度分别为和v，衰变过程动量守恒
洛伦兹力提供向心力
得
可知
即
（2）洛伦兹力提供向心力
圆周运动周期
则环形电流为
（3）对粒子，由洛伦兹力提供向心力
可得
由质量关系可知，衰变后新核Y质量为
由衰变过程动量守恒可得
可知
则系统增加的能量为
由质能方程得
联立可得
23．（1），；（2），
【详解】
（1）核反应方程为
根据
可求得光子的波长
（2）由质能方程可知，核反应中放出的能量
由能量关系可得
解得
答案第1页，共2页