第十九章 原子核 单元测试 Word版含答案

单元测评(四)　原子核
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题有17小题，每小题3分，共51分．)
1．(多选题)Ra是镭Ra的一种同位素，对于这两个镭的原子而言，下列说法正确的有(　　)
A．它们具有相同的质子数和不同的质量数
B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
解析：同位素具有相同的质子数不同的质量数，并且化学性质相同．
答案：AC
2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(　　)
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在强大的核力
D．核子间存在着复杂磁力
解析：核反应中核能的变化是因为核子间存在着特别强大的核力，不是因为万有引力，也不是因为库仑力或磁场力，这些力与核力相比都很小，故仅C正确．
答案：C
3．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4×1026J，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
解析：根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝ kg≈109 kg.
答案：D
4．下列说法中正确的是( )
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．放射性元素的半衰期不会随物理或化学条件的变化而变化
C．约里奥—居里夫人用α粒子轰击铝箔发现了中子
D．原子核所含核子单独存在时的总质量等于该原子核的质量
【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核决定，与化学、物理状态无关，故选项A错误，B正确；由物理学史可知中子是由查德威克发现的，选项C错误；核子结合成原子核放出核能，因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，选项D错误．
【答案】B
5．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )

A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．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
C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．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
【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，核子的比结合能与核子数之积即为结合能，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项D错误．
【答案】ABC
6.下列关于原子和原子核的说法正确的是(　　)
A.β衰变现象说明:电子是原子核的组成部分
B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化
C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
解析:原子核是由质子和中子组成,β衰变是核内中子转变成为质子同时生成电子,即β粒子,故A错;半衰期由原子核本身决定,与外界环境因素无关,C错;比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢固,D错;玻尔提出的氢原子能级不连续就是原子能量量子化,B对。
答案:B
7.下列说法正确的是(　　)
A.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小
B.钍核Th,衰变成镤核Pa,放出一个中子,并伴随着放出γ光子
C.根据玻尔理论,氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子运动的加速度减小
D.比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢靠,原子核越稳定
解析:钍核衰变的核反应方程式为ThPae,选项B错误;氢原子辐射出一个光子后能量减小,核外电子轨道半径减小,由a=,核外电子运动的加速度增大,选项C错误;故只有选项A、D正确。
答案:AD
8.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
解析:原子核发生α衰变时,生成的核与原来的原子核相比,中子数减少了2,A错误;生成的核与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。
答案:D
9.U是一种放射性元素,能够进行一系列放射性衰变,如图所示,可以判断下列说法错误的是(　　)
A.图中a是84,b是206
B.X是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
C.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
D.从U衰变成Pb要经过6次X衰变,8次Y衰变
解析:由题图知,X是β衰变,Y是α衰变,可知B项正确,而C项错误;Bi进行β衰变,可知a=84,进行α衰变可知b=206,可见A项正确;由U衰变成Pb,经过α衰变的次数为=8次,β衰变的次数为8×2-(92-82)=6次,可见D项正确。
答案:C
10.快中子增殖反应堆是当前第二代核电站的主要堆型，号称燃料越烧越多的“魔炉”，主要以在天然铀中占99.3%的铀238作为主要裂变燃料。反应中，裂变产生的快中子，一部分被铀238吸收，铀238吸收中子后变成铀239，铀239是不稳定的，经过两次β衰变，变成钚239，则下列说法中正确的是（ ）
A．铀239核的质量小于钚239核的质量 B．铀238比铀239少2个质子
C．铀238比钚239多1个中子
D．铀239与钚239具有相同的核子数，钚239是铀239的同位素
答案：BC
11. 关于结合能，下列说法中不正确的是( )
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．原子核越大，它的结合能越高
C．原子核是核子结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子的结合能
D．中等大小的核比结合能最小
答案：D
解析：比结合能越大，原子核越稳定，A正确；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，则原子核越大，它的结合能越高，B正确；原子核是核子结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子的结合能，故C正确；中等质量的原子核的比结合能最大，故D错误．
12．小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动．则经过足够长的时间后，小行星运动的( )
A．半径变大 B．速率变小
C．角速度变大 D．加速度变大
答案：AB
解析：恒星均匀地向四周辐射能量，根据爱因斯坦的质能方程关系式，恒星质量缓慢减小，二者之间万有引力减小，小行星运动的半径增大，速率减小，角速度减小，加速度减小，选项A、B正确，C、D错误．
13.关于重核的裂变和氢核的聚变，下面说法正确的是
A．裂变和聚变过程都有质量亏损，因而都能释放大量核能
B．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加
C．裂变和聚变都需要在极高的温度下进行
D．裂变释放大量核能，聚变需从外界吸收能量
答案： A
14．一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有 （ ）
A．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了
B．经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变
C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8
D．经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2
答案：C
15.处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃迁，同时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子动能Ek的变化情况是( )
A.Ep增大、Ek减小、En减小 B.Ep减小、Ek增大、En减小
C.Ep增大、Ek增大、En增大 D.Ep减小、Ek增大、En不变
答案：B
16.氢原子的能级图如图4所示，一群氢原子处于n=3的激发态，在向基态跃迁的过程中，下列说法中正确的是( )
A.这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出光的波长最短
B.这群氢原子在跃迁的过程中发出的光，如果从n=3能级跃迁到n=1能级所发出光恰好使某金属发生光电效应，则从n=3能级跃迁到n=2能级所发出光一定不能使该金属发生光电效应现象
C.用这群氢原子所发出的光照射逸出功为2.49eV的金属钠，则从金属钠表面所发出的光电子的最大初动能可能为1l.1leV
D.用这群氢原子所发出的光照射逸出功为2.49eV的金属钠，则从金属钠表面所发出的光电子的最大初动能可能为9.60eV
答案： BD
17.玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时，与卢瑟福的核式结构学说观点是相同的( )
A.电子绕核运动的向心力，就是电子与核之间的静电引力
B.电子只能在一些不连续的轨道上运动
C.电子在不同轨道上运动时能量不同
D.电子在不同轨道上运动时静电引力不同
答案：ACD
二、非选择题(本题共49分．按题目要求作答，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
18.(5分)静止在匀强磁场中的Li俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应LiHe。若已知He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向跟中子反应前的速度方向相同,则:
(1)H的速度为多大?
(2)求粒子H和He的轨道半径之比;
(3)当He旋转了3周时,粒子H旋转了几周?
解析:这是一个核反应跟动量守恒及洛伦兹力相结合的问题。
(1Li核俘获n的过程中,系统动量守恒mnv0=mHv1+mHev2,所以v1=,代入数据mn=1 u,mHe=4 u,mH=3 u,得v1=-1.0×103 m/s,负号表示跟v0的方向相反。
(2H和He在磁场中的半径之比为rH∶rHe=,代入数据得rH∶rHe=3∶40。
(3H和He的周期之比为TH∶THe=,代入数据得TH∶THe=3∶2,所以它们的转动周期数之比为2∶3,当α粒子转动3周时,粒子H转动2周。
答案:(1)1.0×103 m/s　(2)3∶40　(3)2周
19．(4分)1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了________．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．完成该实验的核反应方程为：________＋________→＋________．
解析：卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的α粒子，B为氮气，该核反应方程为：.
答案：质子　α　氮　
20.(4分)碘131核不稳定,会发生β衰变,其半衰期为8天。
经过　　　　天有75%的碘131核发生了衰变。?
解析:根据m=m0(得0.25m0=m0(,解得t=16天。
答案:16
21．（5分）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。
（1）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，图3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。__________________________；。
（2）已知一个氢原子核质量为1.673×10-27kg，一个锂原子核质量为11.6505×10-27kg，一个氦原子核质量是6.646×10-27kg，有一个锂核(Li)受到一个质子的轰击变成两个α粒子。请你计算释放的核能为 J。?
答案：（1）①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）
②查德威克发现了中子（或其他成就）；
2——γ射线。用途——利用高能量杀死肿瘤细胞，用来治疗肿瘤。
（2）2.8×10-12。Δm=(11.6505×10-27+1.673×10-27-2×6.646×10-27=0.0315×10-27 kg
ΔE=Δmc2=0.0315×10-27×(3×108) 2 J=2.8×10-12 J 。
22．（6分）随着社会经济的发展，迫切需要大量的能源。因此，核能的应用作为第三次技术革命的标志之一，受到了人们的普遍重视．
（1）核电站中要用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转化为电能．
①完成下列核反应方程式：
＋＋＋3＋8＋反中微子（反中微子的质量数和核电荷数均为零）
②核裂变反应和化学反应有一些不同点，如：
a：对单位质量的物质而言，核裂变反应的能量远远大于化学反应释放的能量；
b：同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的；
C：_________________________________________________________．
③核电站热量传递的循环系统中应用了钠钾合金作为传热介质，试根据钠钾合金的性质说明这一应用的两点理由：
a．______________________________________________；
b．___________________________________________________．
（2）依据上述核反应计算：lkg铀235全部裂变产生多少千焦的能量?
（已知：核的质量为235.0439u，中子（n）质量为1.0087u，钕（Nd）核的质量为 142.9098u，锆（Zr）核的质量为89.9047u，1u＝1.6606×10－27kg．）
（3）核反应除释放巨大的能量外，还可以用来生产各种放射性同位素，请举例说明放 射性同位素在医疗和工业上的应用：
①_____________________________________________； ②_____________________________________________ 。
答案：（1）①；
②核反应前后元素发生改变，化学反应前后则元素不变；
③a钠钾合金熔点低，常温下为液态，可在管道中自由流动
b．金属都是电热良导体；
（2）1kg共释放核能 E＝[×NA×（235.0439－142.9098－89.9047－2×1.0087）]××10－3×（3×108）2＝8.12×1013J＝8.12×1010kJ
（3）①医疗上用作示踪原子；②工业上用作金属探伤
23．(5分)太阳内部进行着剧烈的氢核聚变反应，氦核是由4个质子生成，同时有正电子放出，正电子又会和负电子湮没成为一对光子，在这一系列核反应过程中放出4.5×J能量，已知现在太阳每秒辐射5.0×J的能量．
（1）写出上述两个核反应方程．
（2）计算出太阳每秒产生的氦核数目及每年减少的质量（保留2位有效数字）．
解析：（1）　　 (4分)
（2）太阳内每形成一个氦核产生能量为4.5×J，太阳每秒发射5.0×J能量，所以每秒形成的氦数目n＝5.0×J/4.5×J＝1.1×。(2分)
一年太阳释放的总能量为E＝5×J×365×24×3600＝1.6×J。 (2分)
太阳每年减少的质量为?m＝E/＝1.8×kg。 (2分)
24．（5分）1934年约里奥—居里夫妇用α粒子轰击静止的Al，发现了放射性磷P和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖．
(1)写出这个过程的核反应方程式，及P的衰变方程。
(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为v1，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后12C核的速度
解析：(1)核反应方程式为：He＋Al―→P＋n
(2)设该种粒子的质量为m，则12C核的质量为12m.由动量守恒定律可得：mv0＝m(－v1)＋12mv2
解得：v2＝ 则碰撞后该种粒子运动方向与原粒子运动方向相同．
答案：(1)He＋Al―→P＋n (2)　与原粒子运动方向相同
25.（5分）处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱。氢光谱线的波长?可以用下面的巴耳末—里德伯公式来表示n，k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数。k=1，2，3，…，对于每一个k，有n=k+1，k+2，k+3，…，R称为里德伯常量，是一个已知量。对于k=1的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k=2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系。
用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2。已知电子电量的大小为，真空中的光速为，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功。
解析：由巴耳末—里德伯公式
可知赖曼系波长最长的光是氢原子由n = 2→ k = 1跃迁时发出的，其波长的倒数
对应的光子能量为
式中h为普朗克常量，巴耳末系波长最短的光是氢原子由n =∞→ k = 2跃迁时发出的，其波长的倒数
对应的光子能量
用A表示该金属的逸出功，则和分别为光电子的最大初动能，由爱因斯坦光电效应方程得


解得，
26．（5分）如图5所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子。问最少要给基态的氢原子提供多少eV能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图。
解析 氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级．满足：
hυ=En-E1=2.55eV
En=hυ+E2=-0.85 eV，所以n=4
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供：△E=E4-El=12.75eV
跃迁图如图所示。
27．（5分）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）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？
（2）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？
（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，是通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
解析（1）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，
（2）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
将数据代入③得 A
（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=2.486eV
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。