山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子核与放射性 单元测试题（含解析）

原子核与放射性
1．铀裂变的产物之一氪90()是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90()，这些衰变是( )
A．1次α衰变，6次β衰变 B．4次β衰变
C．2次α衰变 D．2次α衰变，2次β衰变
2．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核()，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42:1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个( )
A．→＋
B．→＋
C．→＋
D．→＋
3．铀234的半衰期为2.7×105年，发生α衰变后变为钍230，设一块铀矿石中原来没有钍，在54万年后，这块矿石中铀、钍含量之比为
A．1:1 B．1:3 C．117:345 D．92:90
4．下列说法正确的是
A．天然放射现象的发现揭示了原子有复杂的结构
B．α、β和γ三种射线，α射线的穿透力最强
C．衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
D．根据玻尔理论可知，一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光
5．下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A． B．
C． D．
6．“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富， 是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于，下列说法正确的是（ ）

A．的原子核内有三个中子两个质子
B．的原子核内有一个中子两个质子
C．原子的核外有三个电子
D．原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
7．关于原子结构，下列说法错误的是(???)
A．各种原子的发射光谱都是连续谱
B．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
C．卢瑟福α粒子散射实验表明:原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型
8．科学家发现在月球上含有丰富的（氦3），它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为+→+．关于聚变下列表述正确的是（　　）
A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚应反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用聚变反应发电
9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是( )．
A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
C．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，电子的动能减少，原子的能量也减少
D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线
10．下列有关解释中，正确的说法是：（ ）
A．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中一定不偏转的是γ射线；
B．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，ra＞rb，在此过程中原子要发出某一频率的光子；
C．压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响；
D．天然放射性元素（钍）经过一系形α衰变和β衰变之后，变成（铅），衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变；
11．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
12．某种放射性元素的半衰期为6天，则下列说法中正确的是（ ）
A．10个这种元素的原子，经过6天后还有5个没有发生衰变
B．当环境温度升高的时候，其半衰期缩短
C．这种元素以化合物形式存在的时候，其半衰期不变
D．质量为m的这种元素的原子，经过12天后还有0.25m没有发生衰变
13．贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕．如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束．
（1）构成A射线的粒子是__；构成B射线的粒子是__；
（2）三种射线中，电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是__射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个__粒子．
14．静止的氡核经过一次衰变后变成钋核，该衰变的核反应方程式为_______________________，若衰变放出的能量全部变为反冲核和衰变放出的粒子的动能，其中衰变放出的粒子的动能为，真空中的光速为，则该核反应中的质量亏损为_____________。
15．实验观察到,静止在匀强磁场中?A?点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。则轨迹1为_______的轨迹，轨迹2是_______的轨迹，磁场方向为________.
16．（1）经过6次α衰变和4次β衰变，最后得到的原子核中的中子数 为______．
（2）原子核发生β衰变时，此β粒子是____________________________
17．已知原子核质量为209.982 87u,原子核的质量为205.974 46u,原子核的质量为4.002 60u,静止的核在α衰变中放出α粒子后变成,求:
(1)在衰变过程中释放的能量;
(2)α粒子从Po核中射出的动能;
(3)反冲核的动能(已知1u相当于931.5MeV,且核反应释放的能量只转化为动能).
18．一静止的铀核U发生α衰变后变为钍核Th，放出的α粒子速度为0.1c(c是光在真空中的速度)，不考虑相对论效应．
①试写出该衰变的核反应方程；
②求钍核的速度大小．
参考答案
1．B
【解析】原子核每经过一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．
方法一 α衰变的次数为n＝＝0(次)，
β衰变的次数为m＝＋40－36＝4(次)．
方法二 设氪90()经过x次α衰变，y次β衰变后变成锆90()，由衰变前后的质量数、电荷数守恒得4x＋90＝90,2x－y＋40＝36，解得x＝0，y＝4.
2．B
【解析】原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两外切圆知，放出的是正粒子，是α衰变，由于粒子和反冲核均做匀速圆周运动，由r＝知，＝＝＝，所以反冲核的电荷数是84，由电荷数守恒和质量数守恒知，正确答案为B.
3．C
【解析】由公式可知，经过54万年后，该矿石中的铀的质量剩余原来的，所以铀、钍原子数之比为1：3，所以这块矿石中铀、钍含量之比为：，故C正确，ABD错误。
4．C
【解析】天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有中子产生，因此说明了原子核有复杂的结构，故A错误；、γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，故B错误；根据质量数和电荷数守恒知，α衰变一次质量数减少4个，次数，β衰变的次数为n=88×2+82-92=6要经过8次α衰变和6次β衰变，因此铀核衰变为铅核要经过6次β衰变和8次α衰变，故C正确；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出3种不同频率的光，选项D错误；故选C.
点睛：考查天然放射现象的作用，理解三种射线的电离与穿透能力及跃迁种类的计算，注意一个与一群氢原子的区别.
5．C
【解析】A是α衰变方程；B是β衰变方程；C是重核裂变方程；D是原子核的人工转变方程；故选C.
6．B
【解析】的质量数为3，电荷数为2，则原子核内有一个中子两个质子，选项B正确，AC错误；原子核内的核子靠核力紧密结合在一起，选项D错误；故选B.
7．A
【解析】各种原子的发射光谱都是明线光谱，选项A错误； 汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，选项B正确； 卢瑟福α粒子散射实验表明:原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动，选项C正确；玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型，选项D正确；此题错误的选项，故选A.
8．B
【解析】
：轻核聚变而生成质量较大(中等)的新核．故B正确．
9．D
【解析】试题分析：根据轨道半径的大小，结合库仑引力提供向心力，判断电子动能的变化；根据光电效应的条件判断不能发生光电效应的原因；β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来．
β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故A错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为入射光的频率较小，B错误；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，原子能量增大，根据知，电子的动能减小，C错误；天然放射现象的射线来自原子核的内部，故D正确．
10．AB
【解析】衰变过程满足质量数和电荷数守恒，衰变射线中γ射线不带电，因此在磁场中不偏转，故A正确；按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，ra＞rb，在此过程中原子要发出某一频率的光子，选项B正确；外界因素，例如压力、温度对放射性元素衰变的快慢没有影响，选项C错误；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x-y+82=90，4x+208=232，解得x=6，y=4，故衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，故D错误．故选AB.
11．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.
12．CD
【解析】半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，是大量原子核的统计规律，10个原子不能反应统计规律，故A错误；原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境以及原子的物理化学状态均无关，故B错误，C正确；质量为m的这种元素的原子，经过12天后还有没有发生衰变，选项D正确；故选CD.
点睛：解决本题的关键理解半衰期的含义以及影响半衰期的因素，半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，是大量原子核的统计规律，半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境与化学状态无关．
13． β射线 γ射线 β
【解析】（1）α射线为氦核，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，故根据电荷所受电场力特点可知：A为β射线、B为γ射线、C为α射线，
（2）三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是γ射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是α射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个β粒子．
14．
【解析】静止的氡核经过一次衰变后变成钋核，该衰变的核反应方程式为:
静止的氡核衰变放出的能量全部变为反冲核和衰变放出的粒子的动能,衰变过程动量守恒，故静止的氡核衰变后的反冲核和粒子动量大小相等， ，衰变放出的粒子的动能为，反冲核的动能为 又，
则该核反应中的质量亏损：
15． β粒子 新核 垂直于直面向里
【解析】原子核发生β衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量大小相等方向相反，由半径公式： 知，r与电荷量成反比，β粒子与新核的电量大小分别为e和ne（n为新核的电荷数），则β粒子与新核的半径之比为：ne：e=n：1，所以半径比较大的轨迹1是衰变后β粒子的轨迹，轨迹2是新核的；新核沿逆时针方向运动，在A点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向向里。
16．126 原子核中一个中子转变为一个质子和一个电子
【解析】
（1）经过6次α衰变和4次β衰变，最后得到的原子核中质量数为208，电荷数为82，则中子数为208-82=126；
（2）原子核发生β衰变时，此β粒子是原子核中一个中子转变为质子时释放出的电子.
17．(1)5.412 MeV　(2)5.31 MeV　(3)0.102 MeV
【解析】（1）根据质量数与质子数守恒规律，则有，衰变方程：
衰变过程中质量亏损为，反应过程中释放的能量为；
（2）因衰变前后动量守恒，则衰变后粒子和铅核的动量大小相等，方向相反
而，则有：，即，
则
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故有
所以粒子从钋核中射出的动能为
（3）反冲核即铅核的动能为
18．① ②
【解析】①
②设钍核的质量为M，反冲速度为v，由动量守恒定律
0＝m(0.1c)－Mv
其中，