高中物理人教版 选修3－5 原子核测试题 Word版含解析

　高中物理人教版 选修3－5 原子核测试题
1.[2019·安徽省四校模拟]下列关于近代物理知识的说法中，正确的是(　　)
A．所有元素都可能发生衰变
B．太阳辐射的能量来自太阳内部的核裂变反应
C．可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测
D．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
答案：C
解析：有些元素的原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A错误；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，B错误；γ射线的实质是一种电磁波，所以可利用γ射线对某些金属棒进行探伤检测，C正确；β射线为原子核内的中子转化为质子时形成的电子流，D错误．
2．[2019·湖南省益阳市、湘潭市调研]在下列4个核反应方程中，X表示中子的是(　　)
A.P→Si＋X B.U→Th＋X
C.Al＋n→Mg＋X D.Al＋He→P＋X
答案：D
解析：由核反应方程的质量数守恒以及电荷数守恒可知，A选项中X粒子的电荷数为1、质量数为0，即为正电子，A错误；B选项中X粒子的电荷数为2、质量数为4，即为α粒子，B错误；C选项中X粒子的电荷数为1、质量数为1，即为质子，C错误；D选项中X粒子的电荷数为0、质量数为1，即为中子，D正确．
3．[2019·广东省惠州调研]下列与α粒子相关的说法正确的是(　　)
A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强
B.U(铀238)放出一个α粒子后就变为Th(钍234)
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为He＋N→O＋n
D．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
答案：B
解析：天然放射现象中产生的α射线的速度约为光速的，穿透能力不强，A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，U(铀238)放出一个α粒子后就变为Th(钍234)，B正确；高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为He＋N→O＋H，C错误；卢瑟福进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，D错误．
4．[2019·吉林省白城一中模拟]U衰变成Th，之后Th衰变成Pa，而Pa核处于高能级，它向低能级跃迁辐射出一个粒子．在这个过程中，前两次衰变放出的粒子和最后辐射出的粒子，依次是(　　)
A．γ光子、电子、α粒子 B．α粒子、γ光子、β粒子
C．β粒子、γ光子、中子 D．α粒子、β粒子、γ光子
答案：D
解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，U衰变成Th，释放的粒子电荷数为2，质量数为4，为α粒子.Th衰变成Pa，释放的粒子电荷数为－1，质量数为0，为电子，即β粒子.Pa向低能级跃迁时辐射出一个粒子为γ光子，故选D.
5．[2019·河北省承德二中测试]在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为(　　)
A．7.266 eV B．5.266 eV
C．1.16×10－9 J D．1.16×10－12 J
答案：D
解析：根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出核反应中释放的核能．该核反应的质量亏损Δm＝4.002 6×3 u－12.000 0 u＝0.007 8 u，则释放的核能ΔE＝Δm·c2＝7.266 MeV＝1.16×10－12 J，D正确．
6．[2019·吉林省通榆一中监测]下列说法正确的是(　　)
A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B．在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律
C．在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的
D．镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，也就是说，100个镭226核经过1 620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变
答案：B
解析：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量，A错误；在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律，B正确；在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，D错误．
7．[2019·贵州省黔东南州联考]由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列说法正确的是(　　)
A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒
B.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．经过两个半衰期后含有Np的矿石的质量将变为原来的四分之一
答案：C
解析：衰变过程中有质量亏损，原子核的质量不守恒，A错误；Bi的原子核比Np的原子核质量数少28，电荷数少10，故中子少18个，B错误；设Np变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93－83＝2x－y，4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，C正确；经过两个半衰期后Np的原子核个数变为原来的四分之一，但含有Np的矿石质量大于原来的四分之一，D错误．
8．[2019·山东省淄博一中质检](多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是(　　)
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
D．在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止射线和射性物质的泄漏
答案：BCD
解析：由题图图象可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能，A错误；由题图图象可知，A核子的平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，B正确；在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度，C正确；在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止射线和放射性物质的泄漏，D正确．
9．[2019·湖北省武汉调研](多选)一种典型的铀核裂变时生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，已知部分原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程中，X粒子是中子
B．核反应方程中，X粒子是质子
C.U、Ba、Kr相比，Ba的比结合能最大，它最稳定
D.U、Ba、Kr相比，U的核子数最多，它的结合能最大
答案：AD
解析：根据质量数和电荷数守恒可得X为n，为中子，A正确，B错误；从题图中可知Kr的比结合能最大，C错误；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，则原子核的核子越多，它的结合能越高，D正确．
10．[2019·湖北省襄阳四中模拟](多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程.15 8O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象，根据PET原理，下列说法正确的是(　　)
A.O衰变的方程O→N＋e
B．将放射性同位素O注入人体，O的主要用途是作为示踪原子
C．一对正、负电子湮灭后可能只生成一个光子
D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
答案：AB
解析：由质量数守恒和电荷数守恒得，O的衰变方程是：O→N＋e，A正确；将放射性同位素O注入人体，O主要是作为示踪原子，B正确；正、负电子湮灭产生两个光子，C错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，D错误．
11．[2019·广东省深圳模拟](多选)一个质子和一个中子聚变成一个氘核，同时辐射出一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程是H＋n→H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2
D．γ光子的波长λ＝
答案：AB
解析：辐射出光子的能量为E＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误；因为hν＝h＝(m1＋m2－m3)c2，所以λ＝，D错误．
12．[2019·吉林省长春测试]2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖．大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等．下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A.Th衰变为Rn，经过3次α衰变、2次β衰变
B.H＋H→He＋n是α衰变方程，Th→Pa＋e是β衰变方程
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为He＋N→O＋n
答案：A
解析：Th经过3次α衰变后质量数减少12、质子数减少6，再经过2次β衰变后质子数增加2，衰变为Rn，A正确；H＋H→He＋n是核聚变方程，Th→Pa＋e是β衰变方程，B错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程，C错误；高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为He＋N→O＋H，D错误．
13．[2019·黑龙江省哈尔滨六中模拟]静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)．那么碳14的核反应方程可能是(　　)
A.C→He＋Be B.C→e＋B
C.C＋e＋N D.C→H＋B
答案：A
解析：由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子的受力方向均与电场强度方向相同，粒子和反冲核均带正电；衰变过程动量守恒有m1v1＝m2v2，粒子和反冲核做类平抛运动，有b＝v2t,4b＝·t2，a＝v1t,2a＝·t2，联立得q2＝2q1，＝，A正确，B、C、D错误．
14．[2019·山东省、湖北省部分重点中学联考]某实验室工作人员，用初速度v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止的氮原子核N，产生了质子H.若某次碰撞可看成对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1?20，已知质子质量为m.则(　　)
A．该核反应方程为He＋N→O＋H
B．质子的速度v＝0.2c
C．若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是0.20mc
D．若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量方向与末动量方向相反
答案：B
解析：根据电荷数守恒、质量数守恒得，He＋N→O＋H，A错误；α粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，由动量守恒定律得4mv0＝17m·＋mv，解出v＝0.2c，B正确；质量相等且弹性碰撞，交换速度，对某一质子，选其末动量方向为正方向，则p末＝mv，p初＝－mv，Δp＝p末－p初，故解出Δp＝0.4mc，方向与末动量方向一致，C、D错误．
15．[2019·四川省南充一中测试]某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为H＋C→N＋Q1，H＋N→C＋X＋Q2，方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是(　　)
原子核
H
He
He
C
N
N
质量/u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
A.X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2答案：B
解析：在核反应过程中，据反应前后电荷数和质量数守恒有：X的质量数为4，电荷数为2，则X一定是氦原子核；又据释放的能量为：ΔE＝Δm·c2，前一个反应的质量亏损为Δm1＝1.007 8 u＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u，后一个反应的质量亏损为：Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，所以后一个反应释放能量较大，即Q116．[2019·福建省质检]我国对中微子的研究处于世界领先地位，大亚湾反应堆中微子实验工程获2016年国家自然科学奖一等奖．太阳发生核反应时会放出大量中微子及能量．假设太阳释放的能量由“燃烧氢”的核反应4H→He＋2e＋2ν提供，式中ν为中微子，这一核反应平均每放出2个中微子相应释放28 MeV的能量．已知太阳每秒约辐射2.8×1039 MeV的能量，地球与太阳间的距离约为1.5×1011 m，则地球表面与太阳光垂直的每平方米面积上每秒接收到的中微子数目的数量级为(　　)
A．1011个 B．1014个
C．1017个 D．1020个
答案：B
解析：由题中条件可算得太阳每秒放出2×＝2×1038个中微子，中微子向四面八方辐射，成球面形状分布，地表上每平方米每秒可接收到的数目为≈7×1014个，B正确．
课时测评 综合提能力　课时练　赢高分
一、选择题
1．对于核反应方程Rn→Po＋X，反应中释放能量，下列说法正确的是(　　)
A．此核反应是氡核Rn的裂变方程
B．此核反应生成物X中含有两个质子、两个中子
C．此核反应过程中电荷数和质量均守恒
D．由于释放能量，该核反应不满足能量守恒定律
答案：B
解析：由核反应过程中电荷数和质量数均守恒可知，此核反应方程中的X是氦核，有两个质子、两个中子，即此核反应是α衰变，A项错误，B项正确；此核反应过程中释放能量，有质量亏损，C项错误；该核反应过程中虽释放能量，但该核反应仍满足能量守恒定律，D错误．
2．放射性元素钋(Po)发生衰变时，会产生He和一种未知粒子，并放出γ射线，其核反应方程为Po→ y82X＋He＋γ.下列说法正确的是(　　)
A.He的穿透能力比γ射线强
B．y＝206
C．X核的中子个数为126
D．这种核反应为β衰变
答案：B
解析：He的穿透能力比γ射线弱，选项A错误；y＝210－4＝206，选项B正确；X核的中子个数为206－82＝124，选项C错误；题中的核反应为α衰变，选项D错误．
3．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．铀核裂变的核反应是U→Ba＋Kr＋2n
B．原子从低能级向高能级跃迁，不一定通过吸收光子来实现
C．根据爱因斯坦的“光子说”可知光的波长越大，光子的能量越小
D．氕和氚结合成氦原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该氦原子核的结合能
答案：BC
解析：铀核裂变的核反应是用一个中子轰击铀核得到三个中子，但是方程式中中子不能约去，故A错误；从低能级向高能级跃迁时，可能通过粒子的碰撞获得能量来实现，故B正确；根据E＝hν＝，可知，光的波长越大，光子的能量越小，故C正确；氚核本身有一定的结合能，所以氕和氚结合成氦原子核时，其质量亏损所对应的能量小于该氦原子核的结合能，故D错误．
4．(多选)某次用中子轰击U原子核的核反应方程为U＋n―→Y＋Xe＋10n，U、n、Y、Xe的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)
A．该反应过程中的质量亏损为m1－9m2－m3－m4
B．该反应过程中释放的能量为(m1－9m2－m3－m4)c2
C．该核反应属于聚变
D．Y原子核中含有36个中子
答案：AD
解析：该过程中，质量亏损为m1＋m2－10m2－m3－m4＝m1－9m2－m3－m4，选项A正确；根据爱因斯坦质能方程，该反应过程中释放的能量为(m1－9m2－m3－m4)c2，选项B错误；该反应属于裂变反应，选项C错误；Y原子核中含有的中子数为235－92＋1－(136－38)－10＝36，选项D正确．
5.
[2018·天津卷]国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是(　　)
A.N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子
B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
答案：B
解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：
A错：N＋He→O＋H
B对：Al＋He→P＋n
C错：B＋H→Be＋He
D错：Li＋H→He＋He
6．[2019·四川凉山模拟]关于原子核反应，下列描述正确的是(　　)
A．温度升高，放射性元素衰变的半衰期减小
B．放射性物质U发生β衰变所释放的电子来源于核外电子
C.Th经过6次α衰变、4次β衰变后变成Pb
D．用中子轰击铀核，产生几个中等质量原子核的现象属于核聚变
答案：C
解析：放射性元素衰变的半衰期仅由核内部自身的因素决定，与温度无关．β衰变所释放的电子来源于核内的中子，由中子转化为质子与电子．设Th经过x次α衰变、y次β衰变后变成Pb，有232－4x＝208,90－2x＋y＝82，解得x＝6，y＝4.用中子轰击铀核，产生几个中等质量原子核的现象属于核裂变．
7．[2019·山东潍坊模拟]14C是碳元素的一种具有放射性的同位素，其半衰期约为5 700年．在某次研究中，测得考古样品中14C的含量大约是鲜活生命体中14C含量的，则样品生活的年代约是(　　)
A．11 400年前 B．17 100年前
C．22 800年前 D．45 600年前
答案：B
解析：由N余＝N0知＝，解得t＝3T＝17 100年，B正确．
8．[2019·山西重点中学联考](多选)新华社记者2016年11月2日从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院等离子体所承担的国家大科学工程“人造太阳”实验装置EAST近日在第11轮物理实验中再获重大突破，获得超过60秒的稳态高约束模等离子体放电．关于太阳的相关知识，下列判断正确的是(　　)
A．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放出一定频率的光子，太阳的能量来自于这个过程
B．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用，这需要非常高的温度
C．太阳内部大量氢核聚变成氦核，聚变后比结合能增加，释放出巨大的能量
D．氘核和氚核可发生热核聚变，核反应方程是H＋H→He＋n
答案：BCD
解析：太阳的能量来自于太阳内部轻核的聚变，A错误，C正确；要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用，这需要非常高的温度，所以轻核的聚变又叫热核反应，B、D正确．
9.
(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44?：1，如图所示，则(　　)
A．α粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反
B．原来放射性元素的原子核电荷数为88
C．反冲核的核电荷数为88
D．α粒子和反冲粒子的速度之比为1?：88
答案：AC
解析：微粒之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用下做圆周运动．
由Bqv＝得：R＝
若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子：
R1＝
对反冲核：R2＝
由于p1＝p2，得R1?：R2＝44?：1，得Q＝90
它们的速度大小与质量成反比，B、D两项错误，A、C两项正确．
10．两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：H＋H→H＋H.若放出的能量全部转变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是(已知H核质量为2.013 6 u，H核质量为3.015 6 u，H核质量为1.007 3 u，1 u相当于931.5 MeV)(　　)
A．4.005 MeV B．0.004 3 MeV
C．2.013 MeV D．1.001 MeV
答案：D
解析：此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u，ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV.因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零．因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零．设其动量分别为p1、p2，必有p1＝－p2.设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2.则＝＝＝＝＝，故新生的氚核具有的动能Ek2＝ΔE＝×4.005 MeV≈1.001 MeV，D项正确．
11．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是(　　)
A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止的氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子
B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止的氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
答案：AD
解析：考查结合能的概念及能量守恒定律的简单应用．只有静止的氘核吸收光子的能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，A项正确，B项错误；根据能量守恒定律可知，光子的能量大于氘核的结合能时，多余的能量以核子动能的形式呈现，C项错误，D项正确．
二、非选择题
12．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应，生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.
(1)聚变的核反应方程是__________________，在聚变核反应中释放出的能量为________ MeV(结果保留2位有效数字)．
(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，核反应方程为H＋He→Li，已知各核子比结合能分别为EH＝1.112 MeV、EHe＝7.075 MeV、ELi＝5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能．
答案：(1)H＋H→He＋n　3.3
(2)7.585 MeV
解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程为
H＋H→He＋n
核反应过程中的质量亏损：
Δm＝2mH－(mHe＋mn)
＝2×2.013 6 u－(3.015 0＋1.008 7) u＝3.5×10－3u
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变反应时放出的能量：
ΔE＝3.5×10－3×931.5 MeV≈3.3 MeV.
(2)H和He分解成7个核子所需的能量
E1＝3×1.112 MeV＋4×7.075 MeV＝31.636 MeV
7个核子结合成Li，释放的能量
E2＝7×5.603 MeV＝39.221 MeV
所以此核反应过程中释放的核能
ΔE＝E2－E1＝39.221 MeV－31.636 MeV＝7.585 MeV.