第十九章 原子核 考题（word版含解析）

人教版2020年高中物理选修3-5第十九章《原子核》考题

一、选择题（1-7小题为单选，8-12小题为多选）
1.根据爱因斯坦质能方程，以下说法错误的
A. 任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等
B. 太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小
C. 虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的
D. 若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大
2.下列说法正确的是
A. 由波尔理论的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，核外电子动能越小
B. 汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核式结构学说
C. 德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
D. 现已建成的核电站的能量均来自于核聚变
3. 氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是、、、，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子: .对于这个反应，以下看法正确的是
A. 氘核和氚核的比结合能比氦核大，所以该反应会释放核能
B. 氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量
C. 该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是
D. 该反应是轻核的聚变，反应中释放的核能为
4.关于近代物理学的结论中，下面叙述中正确的是
A. 在核反应中，质量守恒、电荷数守恒
B. 氢原子从n=6跃迁至n=2能级时辐射出频率v1的光子，从n=5跃迁至n=2能级时辐射出频率v2的光子，频率为v1的光子的波长较大
C. 已知铀238的半衰期为4.5×109年，地球的年龄约为45亿年，则现在地球上存有的铀238原子数量约为地球形成时铀238原子数量的一半
D. β衰变能释放出电子说明了原子核中有电子
5.下列核反应方程及其表述中错误的是
A. 是原子核的β衰变
B. 是原子核的α衰变
C. 是原子核的人工转变
D. 是重核的裂变反应
6.用α粒子照射充氮的云室,摄得如图所示的照片,下列说法中正确的是

A. A是α粒子的径迹,B是质子的径迹,C是新核的径迹
B. B是α粒子的径迹,A是质子的径迹,C是新核的径迹
C. C是α粒子的径迹,A是质子的径迹,B是新核的径迹
D. B是α粒子的径迹,C是质子的径迹,A是新核的径迹
7. 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
N+Q1C+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:
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

以下推断正确的是
A. X是He,Q2>Q1 B. X是He,Q2>Q1
C. X是He,Q28. 以下说法正确的是
A.根据爱因斯坦的相对论，我们之前所学的物理知识、规律都是错误的
B.爱因斯坦提出的质能方程，表明任何物体的能量都与其质量成正比
C.牛顿力学适用于宏观、低速的物体
D.若在一艘正以光速前进的飞船上，沿着前进方向发出一束激光，则在地面上观测这束激光，它的速度将是光速的两倍
9.下列说法中正确的是
A. 氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个氡原子核了
B. 核反应BaKr+mX是若干核裂变反应中的一种，X是中子，m=3
C. 光是一种概率波
D. 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
E. 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，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量减小
10.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放射线和放射性物质的泄漏
11.氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤,它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一,其衰变方程是22286Rn→21884Po+___.已知22286Rn的半衰期约为3.8天,则
A. 生成物中的x是a粒子
B. 采用光照的方法可以减小铜222的半衰期
C. 一克22286经过3.28天，还剩下0.5克22286Rn
D. 2个22286经过3.8天，还剩下一个22286Rn
12.放射性元素每秒有一个原子核发生衰变时，其放射性活度即为贝可勒尔。是核电站中核反应的副产物，它可以衰变成，半衰期为天。福岛核电站泄漏出的放射性物质中就含有，当地政府在某次检测中发现空气样品的放射性活度为本国安全标准值的倍。 下列说法正确的是
A. 一个核中有个核子
B. 衰变成时放出的粒子为粒子
C. 将该空气样品进行加热可以加快的衰变速度
D. 至少经过16天，该空气样品中的放射性活度才会达到本国安全标准值
二、填空题
13.一个氘核（）与一个氘核（）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，若用m1、m2、m3、m4分别表示氘核、氘核、中子、新核的质量，则聚变过程中，核反应方程是_____，反应过程中_______（填“吸收”或“放出”）的能量E=___________。
14.若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－27 kg,1 u相当于931.50 MeV)
(1)写出铀核裂变的核反应方程_________________________________
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是___________ (取两位有效数字)
15.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108 K时,可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程: +_____________→+γ。?
(2) 是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16s。一定质量的,经7.8×10-16 s后所剩占开始时的_____________________。
三、计算题
16.一个铀核，经一次α衰变后，产生钍核，
（1）试写出上述衰变的核反应方程；
（2）若一个静止的铀核发生衰变，以v的速度释放一个α粒子，求产生钍核的运动速度大小；
（3）若铀核的质量为m1，α粒子的质量为m2，产生的钍核的质量为m3，求一个铀核发生α衰变释放的能量。
17.中子的发现是守恒定律在核反应过程中的重要应用,1930年发现用钋放出的α射线轰击Be核时产生一种射线,其贯穿能力极强,能穿透几厘米厚的铝板,当时著名物理学家居里夫人也不知道这是一种什么射线。1932年,英国青年物理学家查德威克用这种射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出了一些氢核和氮核。若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,测出被打出的氢核最大速度为vH=3.5×107 m/s,被打出的氮核的最大速度 vN=4.7×106 m/s,假定正碰时无能量损失,设未知射线中粒子的质量为m,初速为v,被打出的核质量为m'。
(1)推导出被打出的核的速度v'的表达式;
(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m与质子质量之比。(氮核质量mN为氢核质量mH的14倍)
18.已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u， 核的质量为3.0150u.两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能.（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV.除了计算质量亏损外， 的质量可以认为是中子的3倍.）
（1）写出该核反应的反应方程式；
（2）该核反应释放的核能是多少？
（3）若测得反应后生成中子的动能是3.12Mev，则反应前每个氘核的动能是多少Mev？


答 案 解 析
1.C【解析】根据质能方程可知，任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等，选项A正确；太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小，选项B正确，C错误；若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大，选项D正确；此题选择错误的选项，故选C.
2.A【解析】A、由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，轨道半径越大，根据知，电子的动能越小。故A正确；
B、汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子枣糕式结构学说，故B错误；
C、依据德布罗意波长公式λ=h/p，可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C错误；
D、现已建成的核电站的能量均来自于核裂变，故D错误。故选：A。.
3.C
4.C【解析】在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒，选项A错误；氢原子从n=6的能级跃迁到n=2的能级的能级差大于从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的能级差，根据Em-En=hγ知，频率为v1的光子的能量大于频率为v2的光子的能量，频率为v1的光子的波长较小，选项B错误；
铀238的半衰期为4.5×109年，地球的年龄约为45亿年，则有铀238原子数量约为地球形成时铀238原子数量的一半．故C正确；β衰变是中子转变成质子而放出的电子．故D错误；故选C.
5.B【解析】A是β衰变方程，选项A正确；B是轻核聚变方程，选项B错误；C是原子核的人工转变方程，选项C正确；D是重核的裂变反应，选项D正确；此题选项错误的选项，故选B.
6.D【解析】α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的径迹；产生的新核质量大、电离作用强，所以径迹粗而短，故A是新核径迹；质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以选项D正确.
7. B【解析】由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒知：X是He，排除A、C选项；前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u，而后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u，Δm2>Δm1，故Q2>Q1，D错误，B正确，故选B.　
8. BC【解析】爱因斯坦相对论适用于宏观高速物体，牛顿运动定律适用于宏观低速物体，各有各的用途，A错误C正确；根据光速不变原理可知这束激光的速度不变，D错误；爱因斯坦提出的质能方程告诉我们，物体具有的能量与它的质量成正比．B正确。
9.BCD【解析】半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故A错误；核反应n→BaKr+mX中，根据电荷数守恒,X不含质子，故一定是中子，据质量数守恒，m=235+1-141-92=3，故B正确；光具有波粒二象性，故光是一种概率波，故C正确；光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子具有动量，均说明光具有粒子性，D正确；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，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增大，故E错误.
10.BCD【解析】由图象可知，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，故A错误；由图象可知，A的核子平均质量大于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，故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，故C正确；在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏，故D正确；故选BCD．
11.AC【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，X的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故A正确．半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关，故B错误．经过一个半衰期，剩余一半的质量，即1克86222Rn经过3.8天还剩下0.5克86222Rn，故C正确．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故D错误．故选AC．
12.AD【解析】A、质子、中子统称为核子，质量数为质子数与中子数之和， 中的质量数为131，因此核子数为131，故A正确；B、根据质量数和电荷数守恒可知， 衰变成时放出粒子为β粒子，故B错误；C、半衰期由元素本身决定，与外界因素如温度、压强等无关，故C错误；D、放射性元素剩余质量与总质量之间的关系为： ， 经过16天时，即n=2，剩余质量为原来的四分之一，故D正确．故AD．
13. 放出
【解析】（1）核反应方程是
（2）根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2，可知在核聚变中存在质量亏损，则核反应过程中一定会放出能量。
（3）根据爱因斯坦质能方程得：△E=△mc2=(m1+m2?m3?m4)?C2
14. U＋n→Sr＋Xe＋10n 3.3×1027 MeV
【解析】 (1)根据核反应的质量数与质子数守恒，生成物中中子的个数：n=235+1?90?136=10
则核反应方程为：U＋n→Sr＋Xe＋10n
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
△m=(235.0439+1.0087)?(89.9077+135.9072+10×1.0087)=0.1507u；
所以△E=△m×931.5=0.1507×931.5MeV=140.38MeV；
9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是：
15. (或α) 或(12.5%)
【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
(2)经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的．
16.（1）（2）（3）

【解析】（1） 发生α衰变3分
（2）的质量数M=234，α粒子的质量数m=4
由动量守恒定律mv=Mv1得4分
（3）质量亏损
释放出的能量3分
17.(1) (2)
【解析】 (1)未知射线其实是中子流,中子与静止的核正碰过程中应遵守两个守恒定律,即系统动量守恒与机械能守恒。
则据动量守恒有mv=mv″+m'v'(v″为中子的末速度)。
据机械能守恒有
联立两式解得：
(2)据上式可得

两式相除可得
解得
18.（1）（2）3.26Mev（3）0.45Mev
【解析】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式：
；
（2）质量亏损为：
△m=2.0136×2-（3.0150+1.0087）=0.0035u，
释放的核能为：
△E=△mc2=931.5×0.0035Mev=3.26Mev；
（3）设中子和核的质量分别为m1、m1，速度分别为v1、v2．反应前每个氘核的动能是E0，反应后动能分别为
EK1=3.12MeV、EK2．