物理选修3-5《第19章 原子核》章节测试卷A（含答案）
（满分100分 时间90分钟）
一、选择题。共10小题，每小题4分，共40分。每小题的4个选项中至少有一个是正确的。请将正确选项选出并填在题后的表格中，全选对每题得4分，选不全的得2分，有错选或不答的得0分。
1．下列说法正确的是（ ）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，它具有中等的穿透能力。C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量2．用α粒子轰击铝核（），产生磷核（）和x粒子，磷核（）具有放射性，它衰变后变成硅核（）和y粒子，则x粒子和y粒子分别是（ ）A．质子 电子 B．质子 正电子 C．中子 正电子 D．中子 电子3．太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，其核反应方程是（ ）A． B．C． D． 4．图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（ ）A．a为α射线、b为β射线B．a为β射线、b为γ射线C．b为γ射线、c为α射线D．b为α射线、c为γ射线 5．关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有（ ）A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害6．如图所示，在α粒子散射实验中，α粒子穿过某一金属原子核附近的示意图，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是（ ）A．α粒子在A处的速度比B处的速度小B．α粒子在B处的动能最大，电势能最小C．α粒子在A、C两处的速度大小相等D．α粒子在B处的速度比在C处的速度要小7．（06深圳2）关于原子核，下列说法中正确的是（ ）A．原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子B．核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度C．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行D．一切核反应都能释放核能8．已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。
π+
π—
u
d
带电量
+e
－e
+
下列说法正确的是（ ）A．π+由u和组成 B．π+由d和组成C．π—由u和组成 D．π—由d和组成9．天然放射性元素（钍）经过一系形α衰变和β衰变之后，变成（铅）。下列论断中正确的是（ ）A．铅核比钍核少24个中子 B．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变C．铅核比钍核少8个质子 D．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变10．2000年8月21日，俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，沉入深度约为100m的海底．“库尔斯克”号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视．几十年来人们向以巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因有（ ）A．铀、钚等核废料有放射性 B．铀、钚等核废料的半衰期很长C．铀、钚等重金属有毒性 D．铀、钚等核废料会造成爆炸
二、填空题（共20分）11．（6分）如图是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的___ _射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得____ _些。12．（8分）原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的8字型轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍，且绕大圆轨道运动的质点沿顺时针方向旋转。那么：⑴该匀强磁场的方向一定是垂直于纸面向_____。⑵原子核A的原子序数是___。⑶沿小圆运动的是________，⑷其旋转方向为___________。
13．（6分）如图，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数（N）与原来总原子核数（N0）的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为_________天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将 _________（填“变长”、“不变”或“变短”）三、计算题。共40分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算过程，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位。14．（12分）为确定爱因斯坦的质能方程的正确性，设计了如下实验：用动能为0MeV的质子轰击静止的锂核，生成两个粒子，测得两个粒子的动能之和为MeV，已知质子、粒子、锂粒子的质量分别取、、，求：（1）写出该反应方程。（2）通过计算说明正确。（1u = 1.6606×10-27㎏）15．（12分）一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子，设正负电子对撞前的质量均为m，动能均为Ek，光速为c，普朗克恒为h。求：（1）写出该反应方程；（2）对撞过程中的质量亏损和转化成的光子在真空中波长λ．16．（16分）处于静止状态的某原子核X，发生α衰变后变成质量为M的原子核Y，被释放的α粒子垂直射人磁感强度为B的匀强磁场中，测得其圆周与运动的半径为r，设α粒子质量为m，质子的电量为e，试求：（1）衰变后α粒子的速率υa和动能Eka；（2）衰变后Y核的速率υy和动能Eky；（3）衰变前X核的质量Mx．参考答案一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
C
A
BC
D
CD
B
AD
CD
ABC
二、填空题
11．β，大12．⑴外，⑵2n+2，⑶反冲核，⑷顺时针13．3.8，不变三、计算题14．解：（1）核反应方程为: （3分） （2）核反应的质量亏损: （2分）= 7.0160u+1.0073u-2×4.0015u=0.0203u （1分）由质能方程可得与质量亏损相当的能量： MeV （2分）而系统增加的能量： MeV （2分）这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以正确。 （2分）15．解：（1）该反应方程为： （3分）（2）由于光子的静止质量为零，所以质量的亏损为：△m=2m， （2分）由质能方程，对应的能量为：ΔE=2mC2 （2分）根据能量守恒可知2hv=2EK+△E，即有： （3分）所以光子在真空中波长： （2分）16．解：（1）α粒子在匀强磁场中做圆周与运动所需的向心力同洛仑兹力提供，即，粒子的带电量为q=2e （2分）所以α粒子的速率：， 动能： （1分+1分）（2）由动量守恒， （2分）所以 （1分+2分）（3）由质能方程：，而， （1分+1分）
所以 （2分）
衰变前X核的质量： （3分）
物理选修3-5《第19章 原子核》章节测试卷B（含答案）
一选择题（共15题）
1．关于天然放射现象，下列叙述正确的是字 （ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少
B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
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．铀核（U）衰变为铅核（U）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变
2．放射性元素每秒有一个原子核发生衰变时，其放射性活度即为贝可勒尔。是核电站中核反应的副产物，它可以衰变成，半衰期为天。福岛核电站泄漏出的放射性物质中就含有，当地政府在某次检测中发现空气样品的放射性活度为本国安全标准值的倍。 下列说法正确的是（ ）
A．一个核中有个核子
B．衰变成时放出的粒子为粒子
C．将该空气样品进行加热可以加快的衰变速度
D．至少经过16天，该空气样品中的放射性活度才会达到本国安全标准值
3．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He―→2H＋He.关于He聚变下列表述正确的是（ ）
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
4.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条分离的不连续的亮线,其原因是( )
A.氢原子只有几个能级
B.氢原子只能发出平行光
C.氢原子有时发光,有时不发光
D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的
5．氢原子的部分能级如图所示，大量处于激发态的氢原子从一束单一频率的光中吸收了能量后，跃迁到某较高激发态，再向低能级跃迁时，可以发出种不同频率的光子，其中能量最小的光子是氢原子
A．从跃迁到产生的
B．从跃迁到产生的
C．从跃迁到产生的
D．从跃迁到产生的
6.卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现:关于α粒子散射实验的结果,下列说法正确的是( )
A.证明了质子的存在
B.证明了原子核是由质子和中子组成的
C.证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
7.下列关于放射性现象的说法中,正确的是( )
A.原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4
B.原子核发生α衰变时,生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
C.原子核发生β衰变时,生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1
D.单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的
8．(2011·河北石家庄三月)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述正确的是 )
A.O在人体内衰变方程是O→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e→2γ
C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
8．光电效应的实验结论是：对于某种金属 ( )
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
10．裂变反应是目前核能利用中常见的反应．以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：
U ＋ n → Xe ＋ Sr＋3X
235．0432 1.0087 138.9178 93.9154
反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位 u 为单位，取1 u 的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应中 ( )
A．释放出的能量是30×102 MeV，X是中子
B．释放出的能量是30 MeV，X是质子
C．释放出的能量是1.8×102 MeV，X是中子
D．释放出的能量是1.8×102 MeV，X是质子
11.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,下列说法中正确的是( )
A.氢原子的能量增加 B.氢原子的能量减少
C.氢原子要吸收一定频率的光子 D.氢原子要放出一定频率的光子
12．（2010·北京·15）太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近
A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg
13. （2010·全国卷Ⅱ·14）原子核与氘核反应生成一个α粒子和一个质子。由此可知（ ）
A．A=2，Z=1 B. A=2，Z=2 C. A=3，Z=3 D. A=3，Z=2
14．（2010·全国卷）原子核经放射性衰变①变为原子核，继而经放射性衰变②变为原子核，再经放射性衰变③变为原子核。放射性衰变?①、②和③依次为（ ）
A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、β衰变和α衰变
C．β衰变、α衰变和β衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变
15．（2010·重庆·1９）氢原子分能级示意图如题19所示，不同色光的光子能量如下表所示。
色光
赤
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围（eV）
1.61~2.00
2.00~2.07
2.07~2.14
2.14~2.53
2.53~2.76
2.76~3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为
红、蓝靛
黄、绿
红、紫
蓝靛、紫
二选择题（共7题）
16．⑴氢原子第n能级的能量为，其中E1是基态能量。而n＝1，2，…。若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？
⑵一速度为v的高速α粒子（）与同方向运动的氖核（）发生弹性正碰，碰后α粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）
17．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程。请按要求回答下列问题。
⑴卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献。
请选择其中的两位，指出他们的主要成绩。
① __________________________________________________________
②__________________________________________________________
在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的
性质进行了深入研究，下图为三种射线在同一磁场中
的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的
名称和一种用途。
________________________________________。
⑵在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水
和石墨等常用作减速剂。中子在重水中可与核碰撞减
速，在石墨中与核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？
18.一个静止的氮核俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A,A又衰变成B?C两个新核.设B?C的速度方向与中子速度方向相同,B的质量是中子的11倍,速度是106 m/s,B?C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为RB?RC=11?30.求:
(1)C核的速度大小;
(2)根据计算判断C核是什么核;
(3)写出核反应方程.
19．原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．
(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图11所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？
20．(2010年济宁模拟)根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
21. （海南省海口市2010届高三调研测试）（1）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0 ，当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为 。当照射光的频率继续增大时，则逸出功 （填“增大”“减小”或“不变”）
（2）如图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B=0.50T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在距磁场左边界MN的1.0m处有一个放射源A，内装放射物质（镭）,发生α衰变生成新核Rn（氡）。放在MN左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的α粒子，此时接收器位置距直线OA的距离为1.0m。
① 试写出Ra的衰变方程；
② 求衰变后Rn（氡）的速率.（质子、中子的质量为1.6×10-27kg，电子电量e=1.6×10-19C）
22．氢原子处于基态时，原子能量E1=－13.6eV，已知电子电量e =1.6×10—19C，电子质量m=0.91×10—30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.
（1）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n=2的定态时，核外电子运动的等效电流多大？ （用K，e，r1，m表示，不要求代入数据）
（2）若要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
（3）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
答案
1．答案：C
2．答案：AD
3．【答案】B
【详解】轻核聚变而生成质量较大(中等)的新核．故B正确．
4．【答案】选D.
【详解】光谱中的亮线对应不同频率的光,“分离的不连续的亮线”对应着不同频率的光,B、C错.氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射不同能量的光子,并且满足E=hν.能量不同,相应光子频率不同,体现在光谱上是一些不连续的亮线,A错误D正确.
5答案：B
6．【答案】选C.
【详解】α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核.数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子,所以C对,A、B错.玻尔发现了电子轨道量子化,D错.
7．【答案】选D.
【详解】原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2,A错误;生成核与α粒子的总质量小于原来的原子核的质量,B错误;原子核发生β衰变时,生成核的质量数与原来的原子核的质量数相同,C错误;放射性元素的半衰期由原子核的内部因素决定,跟元素的化学状态无关,所以单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的,D正确.
8．【答案】ABC
【详解】由题意知A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．
9．【答案】AD
【详解】根据光电效应规律可知A正确，B、C错误．根据光电效应方程mv＝hν－W，频率ν越高，初动能就越大，D正确．
10．【答案】C
【结束】据核反应过程中质量数和电荷数守恒可判断X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087) u＝0.1926 u，可见该反应释放能量，释放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.故C正确．
11．【答案】B、D
【详解】(1)选B、D.氢原子的核外电子离原子核越远,氢原子的能量(包括动能和势能)越大.当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,原子的能量减少,氢原子要放出一定频率的光子.显然,选项B、D正确.
12．【答案】 D
【解析】根据爱因斯坦的质能方程，kg，D正确
13．【答案】D
【解析】，应用质量数与电荷数的守恒，解得，答案D。
14．【答案】A
【解析】,质量数少4,电荷数少2,说明①为α衰变. ,质子数加1,说明②为β衰变,中子转化成质子. ,质子数加1,说明③为β衰变,中子转化成质子.
15．【答案】A
【解析】如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝—靛，A正确。
16解析：⑴设氢原子发射光子前后分别位于第l与第m能级，依题意有：
解得：m＝2
l＝4
⑵设碰撞前后氖核速度分别为v0、vNe，由动量守恒与机械能守恒定律得：
且：
解得：
17解析：解：⑴卢瑟福提出了原子的核式结构模型（或其他成就）
玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱（或其他成就）
查德威克发现了中子（或其他成就）。
⑵设中子质量为Mn，靶核质量为M
由动量守恒定律： Mnv0＝Mnv1+Mv2
由能量守恒定律：
解得：
在重水中靶核质量：MH＝2Mn
在石墨中靶核质量：Mc＝12Mn
与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好。
18．解析:(1)设中子的质量为m,则氮核的质量为14m,B核的质量为11m,C核的质量为4m,根据动量守恒可得:mv0=11mvB+4mvC,代入数值解得vC=3×106 m/s.
(2)根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式:R=可得:所以;又qC+qB=7e
解得:qC=2e,qB=5e,所以C核为︿4_2He.
(3)核反应方程147 N+10n→115B+42He.
答案:(1)3×106 m/s (2)︿4_2He (3)147 N+10n→115B+42He[BW(S(S0,,)G29mm]
19.【答案】(1)不能 (2)27.2 eV
【详解】(1)设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收．若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.由动量守恒和能量守恒有：
mv0＝2mv①
mv＝mv2＋mv2＋ΔE②
mv＝Ek③
Ek＝13.6 eV④
解①②③④得，ΔE＝·mv＝6.8 eV
因为ΔE＝6.8 eV<10.2 eV.
所以不能使基态氢原子发生跃迁．
(2)若使基态氢原子电离，则ΔE＝13.6 eV，代入①②③得Ek＝27.2 eV.
20．【答案】6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不连续的线状谱
【详解】根据巴耳末公式＝R(－)，得
当n＝3,4时氢原子发光所对应的波长最长
当n＝3时有＝1.10×107×(－)
解得λ1＝6.5×10－7m
当n＝4时有＝1.10×107×(－)
解得λ2＝4.8×10－7 m.
除巴耳末系外，在红外和紫外光区的其他谱线也都是满足与巴耳末公式类似的关系式，即＝R(－)．其中a分别为1,3,4，…对应不同的线系，由此可知氢原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱
21答案：（1）hv0 不变
（2）①
②对α粒子
动量守恒得
22．解：（1）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有
① 其中
根据电流强度的定义 ②由①②得 ③
（2）要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：
得 Hz，
（3）由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
eV=2.486 eV
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有、、、四条谱线可使钠发生光电效应。
