第五章 原子核（含解析）人教版选择性必修三

第五章原子核
一、单选题
1.下列说法正确的是( )
A. 卢瑟福用粒子轰击获得反冲核发现了质子
B. 爱因斯坦通过对黑体辐射规律的分析提出了光子说
C. 玻尔通过对天然放射现象的研究提出氢原子能级理论
D. 汤姆孙发现电子从而提出了原子的核式结构模型
2.核电站铀核裂变的产物是多样的。有一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是，已知铀核的质量为，钡核的质量为，氪核的质量为，中子的质量为，以下说法正确的是( )
A. 核反应方程中的
B. 该核反应释放的核能是
C. 的比结合能大于或的比结合能
D. 目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电
3.年中国科学院传来喜讯，如图甲所示有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置取得新突破，成功实现可重复的亿摄氏度秒，装置原理图如图乙所示，可使用H、和为核燃料在该装置中进行热核聚变反应。核反应方程；核反应方程，对于这两种核反应，下列说法正确的是( )
A. 为
B. 强磁场不能对运动的提供洛伦兹力进行约束
C. 核反应中质量亏损较大
D. 核反应中的比结合能较更大
4.我国自主研发的东方超环是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。去年，两次刷新世界纪录，实现了可重复的亿摄氏度秒、万摄氏度秒的离子体运行。“人造太阳”核反应的方程可能是
A. B.
C. D.
5.据悉我国第四代反应堆钍基熔盐堆能源系统研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是
A. 钍核有个中子，个质子
B. 铀核裂变的核反应方程为
C. 重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小
D. 放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的外部条件决定
6.科学家发现银河系中存在大量的放射性铝，衰变方程为，已知、的质量分别为、，则( )
A. 是中子 B. 铝发生的是衰变
C. 一次核反应释放的能量为 D. 比的比结合能小
7.年月日，在合肥科学岛，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置实现了千秒亿度高约束模式运行，表明我国在磁约束高温等离子体物理与工程技术研究方面走到了世界前列。下列关于原子核研究的说法正确的是( )
A. 汤姆孙发现电子后，提出了原子的核式结构模型
B. 卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核内存在中子
C. 原子核的电荷数就是其核子数
D. 是原子核人工转变的核反应方程
8.如图所示，某烟雾探测器中装有少量放射性金属镅，其衰变方程为为产生的新核，为释放射线中的粒子，其中粒子在空气中只能前进几厘米，一张纸就能把它挡住。下列说法正确的是( )
A. 发生火灾时温度升高会使镅的半衰期变短
B. 粒子是由镅衰变时释放的粒子
C. 新核的中子数比质子数多个
D. 镅的比结合能比新核的比结合能大
9.太阳内部主要发生的是核聚变，其中有两种聚变反应分别为：核和核聚变生成核，两个核融合在一起，产生一个核并放出两个质子。已知核、核、核与的质量分别是、、、，光在真空中的传播速度为。下列说法错误的是( )
A. 核反应的方程式为
B. 核反应的方程式为
C. 核反应释放的能量为
D. 核反应释放的能量为
10.科学探测表明，月球上储藏有大量可控核聚变燃料氦，可控核聚变的核反应方程为，则下列说法正确的是( )
A. 是 B. 中有两个中子、一个质子
C. 比的比结合能小 D. 生成物的质量之和大于反应物的质量之和
11.核污染水含氚、锶、碘、铯等高达种放射性元素，其中氚衰变过程中产生的电离辐射可损害，是致癌的高危因素之一，半衰期约为年。氚的衰变方程为，下列说法正确的是
A. 的比结合能小于的比结合能
B. 来自核外电子
C. 温度逐渐变低时，氚的半衰期减小
D. 核电站利用的核反应方程可能是
12.年月日，我国“人造太阳”获重大突破。“人造太阳”的工作原理是在大型环状真空容器中注入少量氢的同位素氘和氚，通过高温和高压使其产生等离子体，然后进行加温加压使其发生核反应，同时产生巨大的能量，核反应方程为。下列说法正确的是( )
A. 是正电子
B. 该反应属于衰变
C. 反应后原子核的总质量小于反应前原子核的总质量
D. 原子核的比结合能小于原子核的比结合能
二、多选题
13.物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是( )
A. 赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B. 查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子
C. 贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D. 卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
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。下列核反应方程及其表述都正确的是( )
A. 是原子核的人工转变
B. 是衰变
C. 是核聚变反应
D. 是核裂变反应
15.年月日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：，其中能不稳定，衰变的半衰期为，下列说法正确的是( )
A. 反应产物的中子数为
B. 的原子核，经过剩下开始时的
C. 反应产物的比结合能比的比结合能大
D. 上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
三、计算题
16.原子弹和核反应堆都利用了原子核裂变产生的能量。前者可以给人类带来灾难，后者却能用来发电为人类造福。用一个中子轰击，可发生裂变反应生成和，并释放出几个中子，已知每个中子的质量，的质量， 的质量，的质量，质量亏损相当于释放的能量，光速。
请写出上述裂变中的核反应方程；
求一个在裂变反应中释放的核能的表达式用、、、、表示；
若某原子弹装料为的，其中大约有发生裂变，真实的裂变情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏加德罗常数，求这颗原子弹释放的能量约为多少？结果保留位有效数字
17.一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场，其在平面内的截面如图所示：中间是磁场区域，其边界与轴垂直，宽度为，磁感应强度的大小为，方向垂直于平面；磁场的上、下两侧为电场区域，宽度均为，电场强度的大小均为，方向均沿轴正方向；、为条形区域边界上的两点，它们的连线与轴平行。一带正电的粒子以某一速度从点沿轴正方向射入电场，经过一段时间后恰好以从点入射的速度从点沿轴正方向射出。不计重力。
定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹；
求该粒子从点射入时速度的大小；
若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与轴正方向的夹角为，求该粒子的比荷及其从点运动到点的时间。
18.卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧和一个质子，首次实现了原子核的人工转变。已知粒子的比结合能为，氮核的比结合能为，该反应需吸收的能量。设靶核静止，计算结果保留三位有效数字，求：
写出该反应的核反应方程；
氧的比结合能；
已知，该反应需吸收的能量。若核反应中放出的核能全部转化为动能，要使这一反应可能实现，入射的粒子的最小动能。
19.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘又叫重氢和氚又叫超重氢聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为，氚原子的质量为，氦原子的质量为，中子的质量为，结果均保留两位有效数字，一年按计算，光速
写出氘和氚聚变的反应方程．
试计算这个核反应释放出来的能量．
若建一座功率为的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗的氘的质量．
20.正电子发射计算机断层扫描，简称基本原理是：将放射性同位素氟注入人体参与人体的代谢过程．氟在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，根据原理，回答下列问题：
写出氟的衰变的方程式及正负电子发生湮灭的方程式．
设电子质量为，电荷量为，光速为，普朗克常数为，求探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长．
根据氟的衰变规律，纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与的原子数之比，经过人体内氟的残留量是初时的百分之几？
21.现代科学研究表明，太阳可以不断向外辐射能量，其来源是它内部的核聚变反应，其中主要的核反应方程是个质子和个负电子聚合在一起，并释放核能。在地球上与太阳光垂直的表面上，单位面积接收到的太阳能辐射功率为，已知普朗克常量，光速，太阳到地球之间的距离为，若太阳释放的核能最后都以可见光的形式辐射，其平均频率为，球面面积公式，求：
写出太阳的核聚变反应方程；
太阳发出的光子的平均动量大小；
地球上与太阳光垂直且面积为的平面，在时间内接收到的太阳辐射光子个数；
每年太阳由于核聚变所减少的质量。设一年的时间为
答案和解析
1.【答案】
【解析】、卢瑟福用粒子轰击获得反冲核发现了质子，故A正确；
B、爱因斯坦通过对光电效应现象的分析提出了光子说，故B错误；
C、玻尔通过对氢光谱的成因的研究提出氢原子能级理论，故C错误；
D、卢瑟福通过粒子的散射实验分析，提出原子的核式结构模型，故D错误。
2.【答案】
【解析】核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，则，故A错误；
B.核反应过程中，质量亏损为：，则释放的核能为：，故B正确；
C.比结合能越大，原子核越稳定，所以反应后的新核的比结合能更大，故或的比结合能大于的比结合能，故C错误；
D.目前部分高科技核电站已经实现可控核裂变发电，故D错误。
3.【答案】
【解析】强磁场不能对运动的提供洛伦兹力进行约束。故选B。
4.【答案】
【解析】四个核反应分别是裂变反应、聚变反应、衰变和人工核反应，“人造太阳”是核聚变反应，故 B正确。
5.【答案】
【解析】铀核裂变的核反应方程为，故选B。
6.【答案】
【解析】由电荷数和质量数守恒可知为正电子，发生的不是衰变，故AB错误；
C.设正电子质量为，由质能方程，故C错误；
D.比更稳定，故比的比结合能大，故D正确。
7.【答案】
【解析】A.卢瑟福提出了原子核式模型，故 A错误
B.查德威克在做粒子轰击铍的实验中发现了中子，故B错误
C.原子核的电荷数就是核内的质子数，故 C错误
D.是原子核人工转变的核反应方程，故D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】A.放射性粒子来自于原子核，半衰期与外界因素无关，项错误；
B.三种射线中，射线容易使空气电离，但穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米，可知释放出的是射线， 项错误
C.根据质量数、电荷数守恒可知，衰变产生的射线的质量数：，电荷数：，所以中子数为个，产生的新核的中子数比质子数多个，项正确
D.核反应方程中的生成物的比结合能比反应物的比结合能大，镅的比结合能比新核的比结合能小，故D错误。故选C。
9.【答案】
【解析】根据核反应前后满足电荷数守恒和质量数守恒，可知核反应的方程式为，核反应的方程式，故AB正确，不符合题意；
C.由质能方程可知，核反应中释放的能量为，故C正确，不符合题意；
D.核反应释放的能量为，故D错误，符合题意。
本题选错误的，故选D。
10.【答案】
【解析】解析：根据质量数、电荷数守恒可知，，A错误
中有一个中子、一个质子，B错误
反应过程释放能量的比结合能小，C正确
核反应过程中释放能量，会有质量亏损，则生成物的质量之和小于反应物的质量之和，D错误。
故选C。
11.【答案】
【解析】A.衰变过程释放能量，则生成物的比结合能大于反应物的比结合能，即的比结合能小于的比结合能，故A正确
B.是由核内的中子转化生成的，故B错误
C.半衰期与温度无关，温度降低，半衰期不变，故C错误
D.核电站的核反应为核裂变，而是聚变反应，故D错误。
12.【答案】
【解析】A.根据核反应质量数和核电荷数守恒，核反应方程为，可知是中子，故A错误
B.该反应属于核聚变，故 B错误
C.核反应放出能量，根据质能方程可知反应后原子核的总质量小于反应前原子核的总质量，故 C正确
D、原子核更稳定，原子核的比结合能大于原子核的比结合能，故D错误。
故选C。
13.【答案】
【解析】赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，贝可勒尔发现天然放射性现象，而射线是原子核内部发生变化产生的，说明原子核有内部结构，选项A、C正确；为卢瑟福发现质子的核反应方程，查德威克用粒子轰击铍原子核，打出一种中性粒子流，其反应方程为，选项B错误；卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误．
14.【答案】
【解析】A.是原子核的人工转变，故A正确；
B.衰变是不稳定核自发地放出的是氦原子核，是原子核的人工转变，故B错误；
C.轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，是核聚变反应，故C正确；
D.核反应方程错误，质量数不守恒，故D错误。
故选AC。
15.【答案】
【解析】根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为
可知原子核中含有的中子数为，故A错误；
B.根据半衰期公式可知，经过，所以一定质量的原子核剩下的质量占开始时的，故B正确；
C.核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C正确；
D.该核反应为重核裂变反应，故D错误。
故选BC。
16.【解析】由质量数和电荷数守恒可得该核反应方程
反应前后质量亏损为
根据爱因斯坦质能方程得
一个在裂变反应中的质量亏损为
由题意可以求出释放能量为
这颗原子弹中发生裂变的轴的质量约为
轴的摩尔质量约为，所以
代入数据得
17.【解析】 粒子在电场中做类平抛，然后进入磁场做圆周运动，再次进入电场做类平抛运动，结合相应的计算即可画出轨迹图。
粒子运动的轨迹如图所示。粒子在电场中的轨迹为抛物线，在磁场中为圆弧，上下对称
在电场中要分两个方向处理问题，一个方向做匀速运动，一个方向做匀加速运动。
粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动。设粒子从点射入时速度的大小为，在下侧电场中运动的时间为，加速度的大小为；粒子进入磁场的速度大小为，方向与电场方向的夹角为见图，速度沿电场方向的分量为，根据牛顿第二定律有

式中和分别为粒子的电荷量和质量，由运动学公式有



粒子在磁场中做匀速圆周运动，设其运动轨道半径为，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得

由几何关系得

联立式得

在磁场中的运动关键是找到圆心，求出半径，结合向心力公式求解。
由运动学公式和题给数据得

联立式得

设粒子由点运动到点所用的时间为，则

式中是粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期，

由式得

18.【答案】根据题意该反应的核反应方程
根据能量守恒
解得氧的比结合能
反应过程质量增加
结合能增加
根据能量守恒，入射的 粒子的最小动能
答：；
氧的比结合能为 ；
入射的粒子的最小动能为
19.【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，
根据爱因斯坦质能方程得，
J.
设每年消耗氘的质量为，根据能量守恒定律得，
代入数据解得
20.【解析】氟的衰变方程为
正负电子湮灭方程为
由质能方程得
由能量守恒得
化简得
由图知，氟的半衰期为
残留量
则当时
21.【解析】由题，该核反应方程是个质子和个负电子聚合在一起，为：，
即太阳的核聚变反应方程为；
根据与，可得光子的平均动量大小为：；
即太阳发出的光子的平均动量大小为；
设每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数为，根据题设条件可知，所以，
代入数值解得：个。
故地球上与太阳光垂直且面积为的平面，在时间内接收到的太阳辐射光子个数为个；
设内太阳辐射的能量为，年内太阳辐射的能量为，每年太阳由于发光减少的质量为。
根据题设条件可知，
根据质量亏损和质能关系可知，
所以每年太阳由于发光减少的质量
其中：
代入数值解得：。
故每年太阳由于核聚变所减少的质量为。
第11页，共14页