章末测评验收卷(五) 原子与原子核
(满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献。物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是 ( )
1896年贝可勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线、X射线、γ射线
汤姆孙通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子
玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子
2.日本政府将稀释过的核废水排入大海，引发世界一片哗然。福岛核电站的核废水中放射性物质“氚”难以清除。关于“氚”的一个核反应方程为H＋H→He＋X，对此以下说法正确的是( )
反应后总结合能变大
核反应产物中的X粒子为e
反应前后核子的总质量相等
该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
3.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为：He＋N→X＋Y。以下判断正确的是( )
m＝16，n＝1 m＝17，n＝1
m＝16，n＝0 m＝17，n＝0
4.中国的“人造太阳”在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒，标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础。下列关于核聚变的说法正确的是( )
核聚变反应前后满足电荷数与质量守恒
太阳释放的巨大能量是核聚变产生的
N＋He→O＋H是聚变反应
原子弹释放的能量是核聚变产生的
5.下列四幅图涉及不同的物理知识，下列说法正确的是( )
甲图中，链式反应属于轻核的聚变
乙图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
丁图中，原来有1 kg氡222，经过一个7.6天，有 kg的氡原子核发生了衰变
6.太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2ν，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为( )
8 MeV 16 MeV
26 MeV 52 MeV
7.如图为氢原子的能级示意图。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为2.29 eV的某金属板上，下列说法正确的是( )
共有10种不同频率的光子辐射出来
共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象
从金属板上逸出光电子的最大初动能可能为10.46 eV
从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光波长最短
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
8.(2024·广东湛江高二期末)2021年10月14日18时51分，我国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭，成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。该星将实现国际首次太阳Ha波段光谱成像的空间探测，填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白，提高我国在太阳物理领域的研究能力，对我国空间科学探测及卫星技术的发展具有重要意义。假设太阳中的核反应为：H＋H→He＋X，其中H的质量为m1，比结合能为E1，H的质量为m2，比结合能为E2，He的质量为m3，比结合能为E3，X的质量为m4，比结合能为E4，下列说法正确的是( )
X是中子
E4大于0
该核反应的质量亏损为Δm＝m3＋m4－m1－m2
该核反应释放的能量为E＝4E3－3E2－2E1
9.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，衰变过程动量守恒，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是( )
该原子核发生的是α衰变
该原子核衰变后发射的粒子可能带正电，也可能带负电
若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45
若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝2∶117
10.已知钚的一种同位素的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是( )
X原子核中含有92个质子
100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒
衰变发出的γ射线是波长很短的电磁波，具有很强的穿透能力
三、非选择题(本题共5小题，共54分。)
11.(6分)约里奥－居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________(3分)。P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的P经过________(3分)天的衰变后还剩0.25 mg。
12.(8分)贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。
(1)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是________(3分)射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是________(3分)射线。
(2)(2分)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：
Th→Pa＋________；________＋Ar→P＋n。
13.(12分)放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可用来测古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)(6分)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成C，C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，试写出有关核反应方程；
(2)(6分)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？
14.(12分)Co发生一次β衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为ν1和ν2的两个光子。普朗克常量为h，真空中光速为c。
(1)(6分)试写出衰变方程；
(2)(6分)若该反应产生的能量全部以光子的形式释放，求出该核反应过程中亏损的质量。
15.(16分)氘核和氚核的核反应为H＋H→He＋X＋17.6 MeV，则：
(1)(5分)核反应式中的X是什么粒子？
(2)(5分)这一过程的质量亏损是多少(保留2位有效数字，真空中光速c＝3×108 m/s，电子电量e＝1.6×10－19 C)？
(3)(6分)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能(氘核的摩尔质量M＝2 g/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023 mol－1)？
章末测评验收卷(五) 原子与原子核
1.D [1896年贝可勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线和γ射线，没有X射线，A错误；查德威克通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子，B错误；玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念，C错误；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，D正确。]
2.A [轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放能量，反应后总结合能变大，故A正确；由质量数守恒和电荷数守恒可得X粒子为n，即中子，故B错误；核聚变反应会释放出能量，由质能方程可知反应过程中必然有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故C错误；目前世界各地正在运行的核电站中的主要核反应是重核的裂变反应，故D错误。]
3.B [根据核反应的质量数和电荷数守恒可得4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正确。]
4.B [核聚变反应属于热核反应，会出现质量亏损，电荷数守恒，质量不守恒，A错误；太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，B正确；N＋He→O＋H是人工转变，C错误；原子弹释放的能量是核裂变产生的，D错误。]
5.B [甲图中，链式反应属于重核裂变，A错误；乙图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，该反应的过程中要放出能量，B正确；丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，C错误；从丁图中看出，氡原子的半衰期是3.8天，7.6天是两个半衰期，故没有发生衰变的氡原子是 kg，已经衰变的是 kg，D错误。]
6.C [核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确。]
7.C [这群氢原子最多发出的光子种数为C＝6种，故A错误；根据ΔE＝Em－En可知，ΔE1＝E4－E2＝2.55 eV，ΔE2＝E4－E1＝12.75 eV，ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，ΔE4＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE5＝E4－E3＝0.66 eV，ΔE6＝E3－E2＝1.89 eV，金属板的逸出功为2.29 eV，所以能使金属板发生光电效应的光子有4种，故B错误；根据Ek＝hν－W0知，入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大，Ek＝12.75 eV－2.29 eV＝10.46 eV，故C正确；根据ΔE＝hν＝h可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光波长最长，故D错误。]
8.AD [根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，是中子，选项A正确；比结合能是指核子(质子和中子)结合成原子核时释放的能量与核子数的比值，则中子的比结合能E4等于0，选项B错误；该核反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；根据结合能的概念可知，该核反应释放的能量为E＝4E3－3E2－2E1，选项D正确。]
9.AC [原子核衰变过程动量守恒，由动量守恒定律可知，由于衰变放射出两粒子的动量方向相反，粒子的速度方向相反，粒子在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，发生α衰变，A正确，B错误；原子核原来静止，初动量是零，由动量守恒定律可知，由于衰变放射出两粒子的动量大小相等，方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，由qvB＝m，解得r＝＝，由于p、B相同，则粒子的电荷量q越大，其轨道半径r越小，新核的电荷量比衰变粒子的电荷量大，所以新核的轨道半径小于衰变粒子的轨道半径，则有新核的轨道半径是r1，衰变粒子的轨道半径是r2，若原子核的衰变方程是U→Th＋He，则有r1∶r2＝2∶90，得r1∶r2＝1∶45，C正确，D错误。]
10.AD [根据电荷数守恒可知，X的电荷数为92，即质子数为92，选项A正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核没有意义，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍守恒，选项C错误；衰变发出的γ射线是波长很短的电磁波，具有很强的穿透能力，选项D正确。]
11.正电子或e 56
解析 核反应方程式为：P→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知P的半衰期大约为14天，由m＝m0，得0.25 mg＝4 mg×，解得t＝56天。
12.(1)B C (2)e He
解析 (1)α射线为α粒子流，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，不带电，故根据电荷所受电场力特点可知，A为β射线，B为γ射线，C为α射线；而三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是γ射线，即为B射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是α射线，即为C射线。
(2)根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知未知的生成物的质量数为0，电荷数为－1，则为电子e；根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知未知的反应物的质量数为4，电荷数为2，则为氦核He。
13.(1)N＋n→C＋H C→N＋e (2)17 190年
解析 (1)中子碰到氮原子发生核反应，核反应方程为
N＋n→C＋H
C的衰变方程为C→N＋e。
(2)依题意得＝12.5%，解得n＝3，则
t＝5 730×3年＝17 190年。
14.(1)Co→e＋Ni (2)
解析 (1)根据电荷数守恒、质量数守恒可知，衰变方程为
Co→e＋Ni。
(2)释放的能量ΔE＝hν1＋hν2
根据ΔE＝Δmc2
得质量亏损为Δm＝。
15.(1)中子 (2)3.1×10－29 kg
(3)8.448×1011 J
解析 (1)由质量数守恒得
2＋3＝4＋A
得A＝1
由电荷数守恒得1＋1＝2＋Z
得Z＝0
故X是中子。
(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2
得Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg。
(3)1 g氘核完全与氚核发生反应释放的核能为
ΔE′＝NA×17.6 MeV
得ΔE′＝5.28×1030 eV＝8.448×1011 J。(共27张PPT)
章末测评验收卷(五)
第五章 原子与原子核
(时间：75分钟 满分：100分)
D
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献。物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是 ( )
A.1896年贝可勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线、X射线、γ射线
B.汤姆孙通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子
C.玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
D.卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子
A
解析 轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放能量，反应后总结合能变大，故A正确；由质量数守恒和电荷数守恒可得X粒子为n，即中子，故B错误；核聚变反应会释放出能量，由质能方程可知反应过程中必然有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故C错误；目前世界各地正在运行的核电站中的主要核反应是重核的裂变反应，故D错误。
B
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可得4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正确。
B
4.中国的“人造太阳”在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒，标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础。下列关于核聚变的说法正确的是( )
B
5.下列四幅图涉及不同的物理知识，下列说法正确的是( )
A.甲图中，链式反应属于轻核的聚变
B.乙图中，原子核D和E聚变成原子核F
要放出能量
C.丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实
验结果，发现了质子和中子
C
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
解析 核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确。
C
7.如图为氢原子的能级示意图。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为2.29 eV的某金属板上，下列说法正确的是( )
A.共有10种不同频率的光子辐射出来
B.共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象
C.从金属板上逸出光电子的最大初动能可能为10.46 eV
D.从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光波长最短
AD
A.X是中子
B.E4大于0
C.该核反应的质量亏损为Δm＝m3＋m4－m1－m2
D.该核反应释放的能量为E＝4E3－3E2－2E1
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，是中子，选项A正确；比结合能是指核子(质子和中子)结合成原子核时释放的能量与核子数的比值，则中子的比结合能E4等于0，选项B错误；该核反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；根据结合能的概念可知，该核反应释放的能量为E＝4E3－3E2－2E1，选项D正确。
AC
9.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，衰变过程动量守恒，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是( )
AD
解析 根据电荷数守恒可知，X的电荷数为92，即质子数为92，选项A正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核没有意义，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍守恒，选项C错误；衰变发出的γ射线是波长很短的电磁波，具有很强的穿透能力，选项D正确。
12.(8分)贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。
(1)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探
伤的是________射线；电离作用最强，动量最大，
经常用来轰击原子核的是________射线。
解析 (1)α射线为α粒子流，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，不带电，故根据电荷所受电场力特点可知，A为β射线，B为γ射线，C为α射线；而三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是γ射线，即为B射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是α射线，即为C射线。
(2)释放的能量ΔE＝hν1＋hν2
根据ΔE＝Δmc2
答案 (1)中子 (2)3.1×10－29 kg (3)8.448×1011 J
解析 (1)由质量数守恒得
2＋3＝4＋A
得A＝1
由电荷数守恒得1＋1＝2＋Z
得Z＝0
故X是中子。
(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2
