高中物理教科版选修3-5 作业 原子核 Word版含解析

1．下列关于原子及原子核的说法正确的是(　　)
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
B．外界环境温度升高，碳同位素C的原子核半衰期将减小
C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增加
【解析】太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，故A错误；元素的半衰期由原子核的种类决定；外界环境温度升高，碳同位素6C的原子核半衰期不变，故B错误；原子核发生一次β衰变，该原子核内就少一个中子，多一个质子，是发生了反应：n→H＋　　0－1e，故C错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，是向高能级跃迁，故原子总能量增加，故D正确．
【答案】D
2.Cs的衰变方程式为Cs→Ba＋X，则下列说法正确的是(　　)
A.Cs的衰变过程属于α衰变，X为氦原子核
B.Cs原子核内的中子数比Ba原子核内的中子数多一个
C．通过降低温度的方法可使Cs的半衰期变短，降低危害
D.Cs原子核的比结合能等于Ba原子核的比结合能
【解析】原子核衰变过程中质量数和电荷数守恒，所以X为电子，该衰变为β衰变，故A错误；在β衰变中原子核内的一个中子转变成一个电子和一个质子，所以Cs原子核内的中子数比Ba原子核内的中子数多一个，故B正确；原子核的半衰期与原子核的物理、化学性质无关，不能通过降低温度的方法使Cs的半衰期变短，故C错误；衰变的过程中释放能量，说明两种原子核的比结合能是不同的，故D错误．
【答案】B
3．2019年春节期间上映的科幻大片《流浪地球》，很受欢迎，影片中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”通过燃烧石头获得能量，所谓“重元素核聚变”指的是两个比较重(相对氘、氚)的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程．影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅(Si)聚变生成铁(Fe)，结合如下所示的比结合能图，下列说法正确的是(　　 )
A．结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量
B．比结合能越大，原子核越稳定
C．Si的比结合能比Fe的比结合能大
D．已知硅核质量，可以算出硅核的结合能
【解析】原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能，故A错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B正确；Fe比Si稳定，Si的比结合能比Fe的比结合能小，故C错误；只知道硅核质量，不足以算出硅核的结合能，故D错误．
【答案】B
4．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中发射出来，这就是β衰变
B．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收核能
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性
【解析】原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中发射出来，这就是β衰变，不是从核外电子放出的，故A正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时，一定释放核能，故B错误；根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大，故C错误；德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上，提出物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性，故D正确．
【答案】AD
5．(多选)当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生γ光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是(　　)
A．核子结合成原子核时，要放出一定的能量
B．原子核分裂成核子时，要放出一定的能量
C．γ光子具有一定的能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和
D．γ光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和
【解析】当一个中子和一个质子结合成一个氘核时，有质量亏损，氘核的质量小于中子与质子的质量之和，向外放出一定的能量．故A、C正确，B、D错误．
【答案】AC
6．2018年11月21日，中科院合肥物质科学研究院核能安全所吴宜灿研究员获得美国核学会核能杰出成就奖，铀核(U)是获得核能制造的核武器的主要原料之一，其中一种核反应方程为U＋n→X＋Sr＋2n并释放核能，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应是重核裂变，产物的结合能之和大于铀核(U)的结合能　　
B．该核反应在中子的轰击下发生，核反应为人工转变
C．X原子核中的核子数为140个，中子数为84个
D．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数减少
【解析】结合质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的产物为氙核和锶核，并会释放能量，则裂变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，故A正确；该核反应为重核裂变，不是人工转变，故B错误；X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，中子数为140－(92－38)＝86个，故C错误；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是总质量数不变，故D错误．
【答案】A
7．用中子轰击U原子核产生裂变反应，可能的裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，方程中的单个原子核U、Y、Kr及单个中子n的质量分别为m1、m2、m3、m4，U的半衰期为T，U核的比结合能比Y核的小，光在真空中的传播速度为c.下列说法正确的是(　　)
A．Y原子核中含有56个中子　　
B．方程中的核反应释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2
C．若提高U的温度，U的半衰期将会小于T
D.U原子核比Y原子核更稳定
【解析】根据质量数守恒可知，Y的质量数：A＝235＋1－89－3＝144，电荷数：Z＝92－36＝56，Y为Y，由原子核的组成特点可知，Y原子核中含有56个质子，中子数为：144－56＝88个，故A错误；由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得：ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，故B正确；半衰期是由放射性元素本身决定的，与温度无关，故C错误；比结合能的大小反应原子核的稳定程度，Ba原子核比U原子核更稳定，U原子核的比结合能小于Ba原子核的比结合能，故D错误．
【答案】B
8．太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称之为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的．请根据下图，判断下列说法中正确的是(　　)
A．X粒子是电子　　
B．Y粒子是中子　　
C．①处所发生的核反应方程为N＋H→O
D．一个“碳循环”的总核反应方程为4H→He＋2e
【解析】由质量数守恒、电荷数守恒，可知两个包含了X的核反应方程为O→N＋e、N→C＋e，包含了Y的核反应方程为N＋H→C＋He，故可知X为正电子e，Y为氦原子核He，故A、B错误；①处所发生的核反应方程为N＋H→O，故C正确；经过一个“碳循环”，碳、氮、氧的原子核都复原，有4个质子H被吸纳，释放出了1个氦原子核He和2个正电子e，故全过程的总核反应方程为4H→He＋2e，D错误．
【答案】C
9．K－介子的衰变方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负电，π0介子不带电．如图，匀强磁场的方向垂直纸面向外，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K－介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π－介子和π0介子的运动轨迹可能是(　　)
【解析】带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径：r＝，由题可知，K－介子和π－介子带等量的负电，所以动量大的半径大．由图可知，K－介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，由于K－介子带负电，则根据左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷的运动方向，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向，可知K－介子运动的方向向右上．K－介子衰变后，π0介子不带电，因此做匀速直线运动，由图A可知π0介子运动的方向与K－介子的方向相反；由动量守恒可知，π－介子的动量大于K－介子的动量，π－介子带负电，运动方向与K－介子方向相同，应为内切圆，故A错误；结合A的选项可知，π－介子带负电，运动方向与K－介子方向相同，应为内切圆，故B错误；由图C可知，K－介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，K－介子衰变后，π0介子不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，若π－介子和π0介子的运动的运动方向与K－介子运动方向相同，由动量守恒定律可知，π－介子和π0介子的动量都小于K－介子的动量，由r＝可知π－介子的半径小，由左手定则可知，π－介子的轨迹与K－介子的轨迹为内切圆，故C正确，D错误．
【答案】C
10．中国大科学装置——“东方超环”(EAST)近期实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破．由于其内部核反应原理与太阳类似，因此“东方超环”也被称为“人造太阳”．则下列说法中正确的是(　　)
A．“人造太阳”与目前核电站的核反应原理相同
B．“人造太阳”释放的能量可用E＝mc2计算
C．“人造太阳”的核反应方程可能是H＋H→He＋n
D．“人造太阳”的核反应方程可能是U＋n→Ba＋Kr＋3n
【解析】人造太阳利用类似于太阳的核聚变原理产生能量，与核电站中的核裂变不同，其核聚变方程式为：H＋H―→He＋n，故A、D错误，C正确；根据爱因斯坦质能方程可知，“人造太阳”释放的能量大小的计算式是ΔE＝Δmc2，故B错误．
【答案】C

11．浩瀚宇宙，等待同学们的探索．现在让你对银河系中氦的主要生成途径作出判断．目前已知的线索：①天文学家测得银河系中氦的含量约为25%；②有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．(可能会用到的数据：银河系的质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.0005 u，氦核质量mα＝4.0026 u，氢核质量mp＝1.0078 u，中微子νe质量可忽略不计且不带电)
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量．
(2)最新研究表明，银河系的年龄约为t＝4×1017 s，每秒银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝1×1037 J/s)，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断，并简要说明理由．
【解析】(1)由质量数与核电荷数守恒可知，
核反应方程式为：4H→He＋2e＋2νe，
核反应中的质量亏损：Δm＝4mp－mα－2me，
释放出的核能：ΔE＝Δmc2＝4.14×10－12 J；
(2)核反应产生的氦的质量：m＝×mα＝6.4×1039 kg，
氦的含量k＝＝≈2%；
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．
【答案】(1)4H→He＋2e＋2νe　4.14×10－12 J　(2)2%
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的