高二物理粤教版（2019）选择性必修三 第五章 原子与原子核 单元检测（A卷）（含答案）

第五章 原子与原子核 单元检测（A卷）
一、单选题
1．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
B．查德威克在粒子散射实验中发现了中子
C．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳固
D．若原来有某种放射性元素的原子核10个，则经一个半衰期后一定有5个原子核发生了衰变
2．核电站的建设可以缓解地球上的化石能源的消耗，现今核电站所产生的能量主要来自核燃料内部的( )．
A．化学反应 B．放射性衰变
C．裂变反应 D．聚变反应
3．以下说法正确的是（ ）
A．卢瑟福用粒子轰击核获得反冲核，发现了中子
B．光电效应中，遏止电压与入射光的频率呈线性关系
C．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是质子
D．一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，能辐射出射线，且能量增加
4．下列说法不正确的是（　　）
A．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
B．铀235的半衰期为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小
5．关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是（　　）
A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小
B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的强相互作用力
C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里
D．原子核的直径约是10－10m
6．日本政府在2021年4月13日的阁僚会议上决定向海洋排放福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水。核废水中含有多种放射性物质，氚（）就是其中一种，放射性氚（）的半衰期约为12年，通过释放某种射线转变为氦（）。下列说法正确的是（　　）
A．氚核（）的比结合能小于氦核（）的比结合能
B．氚核（）转变为氦核（）的衰变是α衰变
C．该反应中释放的射线能穿透几厘米厚的铅板
D．100个氚核（）经过12年后还剩50个
7．轴发生衰变产生钍和另一种粒子X，则（　　）
A．X是电子 B．衰变的快慢与外部条件有关
C．衰变过程需要吸收能量 D．的比结合能比的小
8．4月1日，由于太阳光不能照射到太阳能电池板上，“玉兔二号”月球车开始进入第十六个月夜休眠期。在之后的半个月内，月球车采用同位素电池为其保暖供电，已知是人工放射性元素，可用中子照得到。衰变时只放出射线，其半衰期为88年。则（　　）
A．用中子辐照Np237制造Pu238时将放出电子
B．Pu238经一次衰变会有两个质子转变为两个中子
C．Pu238经一次衰变形成的新核含有144个中子
D．当到达下个月昼太阳能电池板工作时，Pu238停止衰变不再对外供电
二、多选题
9．关于原子核的结合能，下列说法正确的是
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
10．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．Th发生的是α衰变
B．Th发生的是β衰变
C．A=234，Z=91
D．新核Y和粒子在磁场中的轨迹外切于O点
11．下列说法正确的是（ ）
A．组成原子核的核子越多，原子核越稳定
B．衰变为经过4次衰，2次β衰变
C．在LC振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大
D．在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大
12．核辐射对环境、海洋、生物、人类都会造成严重影响。如图所示为2011年3月日本福岛核事故后附近出现的变异动植物。2021年4月13日，日本政府决定将上百万吨福岛第一核电站的核废水排入太平洋，此行为立刻遭到国际社会的谴责和质疑。核废水中含有氚、碳、碘、锶等放射性元素，氚是氢的同位素之一，具有放射性，它的原子核由一个质子和两个中子所组成，会发生β衰变，其半衰期为12.43年。下列说法中正确的是（　　）
A．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
B．氚的β衰变方程为：
C．假如核废水中有100个氚核，则经过12.43年后，还剩50个氚核
D．核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒
三、实验题
13．（1）如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是__________
A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时稍多些
C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
（2）在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时_______
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
（3）某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，如光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是________
A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出
B．逸出的电子数减少
C．逸出的电子数和最大初动能都减小
D．逸出的电子最大初动能不变．
14．（1）1919年，科学家卢瑟福通过题图所示的实验装置，首次实现用人工方法把原子核“轰开”，并使原子核发生转变。该实验中，气室内通入的气体是_______。该实验中银箔的作用是使_______恰好无法打到荧光屏上产生光点。该实验中，能够穿过银箔使荧光屏产生光点的粒子是_______。
四、解答题
15．J．J．汤姆孙是通过怎样的实验和推理过程发现电子的？
16．核能与其他能源相比具有能量大、地区适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
(1)核反应方程式，是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，为待求粒子，为的个数，则为_______，_______。以、、分别表示、、核的质量，、分别表示中子、质子的质量，为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能=______________（用所给字母表示）。
(2)已知有一种同位素，比核多2个中子。某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生衰变时放出的粒子的速度大小为，试求衰变后的残核初速度多大？
17．某核电站发电功率为5×105 kW，用作为核燃料，已知核裂变主要是按如下方程进行的：＋―→＋＋3。已知＝235.0439 u，mn＝1.0087 u，mBa＝140.9139 u，mKr＝91.8973 u，且1 u质量对应的能量为931 MeV。设释放的核能全部转化为电能，则该核电站每天消耗多少？
18．的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665u。1u相当于931.5MeV的能量，求：（结果保留三位有效数字）
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，写出核反应方程，并判断是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)若这些能量以光子的形式发出，光子的频率多大？
参考答案：
1．C
【详解】A．贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故A错误；
B．查德威克在α粒子轰击铍核实验中发现了中子，故B错误；
C．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳固，故C正确；
D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核无意义，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】铀235原子核在快中子的击打下发生核裂变，分裂成两个新原子核，反应前后的质量差以能量的形式散布出去，而产生的中子推动下一个原子核裂变，形成链式反应；现今核电站所产生的能量主要来自铀235的裂变；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析不符，故D错误；
故选C。
3．B
【详解】A．卢瑟福用粒子轰击核获得反冲核，发现了质子，故A错误；
B．光电效应中，根据
可知遏止电压与入射光的频率呈线性关系，故B正确；
C．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是中子，故C错误；
D．一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，能辐射出射线，且能量降低，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】A项：发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，对任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应，A正确；
B项：半衰期不会随地球环境的变化而变化，故B错误；
C项：在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；
D项：根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，氢原子的能量减小；根据：可知，电子的动能随轨道半径的减小而增大，所以电子的电势能减小，故D正确．
点晴：发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，半衰期只取决于原子核的内部结构与外界因素无关．
5．A
【详解】AC．原子中绝大部分是空的，原子核很小，但是因为核外的电子虽然所占体积很大，质量却是很小，所以几乎整个原子所有的质量都集中到原子核，故A正确，C错误；
B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力，故B错误；
D．原子的直径数量级约是10－10m，故D错误。
故选A。
6．A
【详解】A．该核聚变释放能量，生成物的原子核更稳定，氘核的比结合能小于氦核的比结合能，A正确；
B．氚核（）转变为氦核（）的是轻核聚变，B错误；
C．该反应中生成的β射线具有穿透能力弱，不能穿透几厘米厚的铅板，C错误；
D．半衰期是大量原子发生衰变的速度的统计规律，对少数的放射性原子发生衰变的速度没有意义，D错误。
故选A。
7．D
【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是α粒子，故A错误；
B．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外部条件无关，故B错误；
C．发生α衰变过程需要放出能量，故C错误；
D．衰变产生的新核更稳定，因此的比结合能小于的比结合能，故D正确。
故选D。
8．A
【详解】A．用中子辐照Np237时的核反应方程为
根据核反应方程可知，有电子放出，故A正确；
BC．Pu238经一次衰变，衰变方程为
Pu238经一次衰变会把2个质子和2个中子作为一个整体抛射出来，衰变后形成的新核中有中子数为
（个）
故BC错误；
D．放射性元素有半衰期是由放射性元素本身决定的，与外界环境无关，故D错误。
故选A。
9．BD
【详解】A．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；
B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故B正确；
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损对应的能量等于该原子核的结合能，故C错误；
D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故D正确；
故选BD．
【点睛】比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，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：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
10．BC
【详解】AB．衰变放出一个电子，所以该衰变为β衰变，故A错误，B正确；
C．由质量数和电荷数守恒得
A=234
Z=91
故C正确；
D．由于新核Y和粒子电性相反，由左手定则可知，新核Y和粒子在磁场中的轨迹内切于O点，故D错误。
故选BC。
11．BD
【详解】A．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A错误；
B．衰变为经过，质量数减少16，质子数减少6，而一次α衰变，质子数减2，质量数减4，一次β衰变，质子数增加1，质量数不变，所以是4次α衰变，2次β衰变，故B正确；
C．当线圈两端电势差最大时，电流变化率最大，电流为0，故C错误；
D．狭缝变窄，使得变小，根据不确定关系，则变大，故D正确。
故选BD。
12．BD
【详解】A．衰变中产生的β射线实际上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，不是来自核外电子，A错误；
B．氚的β衰变方程为：，B正确；
C．半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的放射性氚原子核没有意义，C错误。
D．核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，D正确。
故选BD。
13． AD B BD
【详解】（1)A.放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A正确
B.放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，知原子内部带正电的体积小．故B错误．
C.放在、位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数射线较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大．故C错误；
D.放在位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少，说明很少很少的射线发生大角度的偏折．故D正确．
（2）用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而张开一定角度，锌板、指针均带正电，故ACD错误，B正确．
（3)A.光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生的光电子数目减小，但是仍能发生光电效应．故A错误
B.光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生
的光电子数目减小．故B正确
C.发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：，为逸出功，由此可知光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，与光照强度无关．故C错误．
D. 根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：，由于光的频率不变，所以逸出的电子最大初动能不变．故D正确．
14． 氮气 粒子 质子
【详解】（1）[1][2][3]1919年，科学家卢瑟福通过题图所示的实验装置，首次实现用人工方法把原子核“轰开”，并使原子核发生转变。该实验中，气室内通入的气体是氮气。该实验中银箔的作用是使粒子恰好无法打到荧光屏上产生光点。该实验中，能够穿过银箔使荧光屏产生光点的粒子是质子。
15．见解析
【详解】J．J．汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过带电粒子在磁场和电场中的运动实验测定阴极射线中负粒子的比荷的大小，从而推理得到阴极射线中的粒子是电子。
16．(1)中子，3，；(2)
【详解】(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可判断，X为中子，且a=3，根据爱因斯坦质能方程，有
(2)某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生α衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程
设衰变后的残核初速度大小为v，规定放出的α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律，得
0=mv0-（M-m）v
解得
17．527 g
【详解】裂变前
m0＝（235.04 9＋1.0087）u＝236.0526 u
裂变后
m′＝（140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7）u＝235.837 3 u
则质量亏损为
释放能量为
设需要的质量为m，则由能量守恒可得
解得
18．(1)，放出能量7.97MeV；(2)7.97MeV，2.66MeV；(3)
【详解】(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是
反应前各核子总质量为
反应后新核的质量为
质量亏损为
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放能反应。释放的核能为
(2)氚核的结合能即为
它的比结合能为
(3)放出光子的频率为