人教新版高中物理能力提升训练 选择性必修 第三册第 5 章 原子核 Word版含解析

一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分)
1．[2020·郑州一中摸底]世界上第一台粒子加速器将质子(H)加速到具有0.5
MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9
MeV的氦核He.下列说法正确的是(　　)
A．X是Li
B．X由He组成
C．上述核反应中出现了质量亏损
D．上述核反应的类型是裂变
2．[2020·四川凉山模拟]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
3．[2020·江西新余联考]2018年11月16日，第26届国际计量大会上，经过60个成员国代表投票表决，重新定义了千克．新定义以普朗克常量为基准，从而使1千克脱离了实际物体．你可能不能推导出千克的新定义，但可以通过一定的物理分析，分析下列新千克的定义(公式中h为普朗克常量，ν为铯原子共振频率，c为光速)表示式为(　　)
A．1
kg＝1.36×1018
hν/c2
B．1
kg＝1.36×1018
h2ν/c
C．1kg＝1.36×1018
hν2/c
D．1kg＝1.36×1018
h2ν2/c2
4．[2020·河北邢台一中考试]原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，判断下列说法正确的是(　　)
A.Li核的结合能约为5
MeV
B．在H核、He核和Li核中，最稳定的是Li核
C．两个H核结合成一个He核时有质量亏损
D．两个H核结合成一个He核时吸收能量
5．[2020·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
6．两个动能均为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
7.Ra的衰变方程为Ra―→Rn＋X＋γ，则下列说法正确的是(　　)
A．X是电子
B．此衰变为γ衰变
C.Rn的比结合能比Ra的比结合能大
D．γ光子是由Ra发出的
8．关于放射性和衰变，下列说法正确的是(　　)
A．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，确定了原子核的存在
B．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
C．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
D．从Np到Bi，共发生7次α衰变和4次β衰变
二、多项选择题(本题共2小题，每小题4分，共8分)
9．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
10.
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
三、非选择题(本题共3小题，共26分)
11．(8分)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．
12．(8分)[2017·北京卷·23]在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．
(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm.
13．(10分)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U
、α粒子，而铀核激发态U
立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097
MeV的γ光子．已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu＝239.052
1
u、mU＝235.043
9
u和mα＝4.002
6
u,1
u＝931.5
MeV/c2.
(1)写出衰变方程；
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
1．C　根据质量与电荷数守恒，则有Li＋H→2He，X是Li，故AB错误；质子(H)加速到0.5
MeV的能量去撞击静止的原子核Li，可知碰撞前系统的动能为0.5
MeV，而碰撞后系统的动能为2×8.9
MeV＝17.8
MeV，系统的动能增大，根据爱因斯坦质能方程可知上述核反应中出现了质量亏损，故C正确；由题结合核反应的特点可知，上述核反应的类型是人工核反应，故D错误．
2．C　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．
3．A　光子的能量为hν，根据爱因斯坦质能方程可知hν＝
mc2，则质量m＝，故A正确．
4．C　因结合能等于比结合能乘以核子数，故Li核的结合能约为5×6
MeV＝30
MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，在H核、He核和Li核中，由图象可知，He核的比结合能最大，最稳定，B错误；两个H核结合成一个He核时，由图象可知，比结合能增加，故该核反应过程中一定存在质量亏损，要释放能量，C正确，D错误．
5．B　由N余＝N0知＝，解得t＝3T＝17
100年，B正确．
6．D　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．
7．C　根据质量数、电荷数守恒可知，X是He，此衰变为α衰变，AB错误；衰变过程放出能量有质量亏损，因此反应生成物的核子的平均质量更小，比结合能更大，C正确；γ光子是
86Rn由处于激发态向低能级状态跃迁时发出的，D错误．
8．D　卢瑟福根据α粒子散射实验，得到了原子的核式结构模型，贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子核内部有复杂的结构，选项A错误；放射性元素的半衰期由原子核自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项B错误；原子核发生衰变时要遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律，衰变过程中会释放核能，有质量亏损，选项C错误；设发生的α衰变和β衰变的次数分别为x、y，则衰变方程为Np―→Bi＋xHe＋ye，根据质量数和电荷数守恒有237＝209＋4x,93＝83＋2x－y，解得x＝7、y＝4，选项D正确．
9．AD　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．
10．AC　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．
11．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.
12．答案：(1)X→Y＋He　(2)　　(3)
解析：(1)X→Y＋He
(2)设α粒子的速度大小为v，由qvB＝m，T＝，得α粒子在磁场中运动周期T＝
环形电流大小I＝＝
(3)由qvB＝m，得v＝
设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒
Mv′－mv＝0
v′＝＝
由Δmc2＝Mv′2＋mv2
得Δm＝
13．答案：(1)Pu―→U
＋α，U
―→U＋γ或Pu―→U＋α＋γ　(2)5.034
MeV
解析：(1)衰变方程为
Pu―→U
＋α①
U
―→U＋γ②
或合起来有Pu―→U＋α＋γ③
(2)上述衰变过程的质量亏损为
Δm＝mPu－mU－mα④
放出的能量为ΔE＝Δm·c2⑤
ΔE是铀核U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和．
ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥
可得
EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑦
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有
mUvU＝mαvα⑧
又由动能的定义知
EU＝mUv，Eα＝mαv⑨
由⑧⑨式得＝⑩
由⑦⑩式得Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]
代入题给数据得Eα＝5.034
MeV
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