第五章章末综合训练答案与解析
一．选择题（共10小题）
1．【分析】天然放射现象说明原子核内部有复杂结构；太阳辐射的能量主要来自于内部的核聚变；原子核分成单个核子的过程要吸收能量，而不是释放能量；利用公式来计算氢原子自发跃迁发出的光子频率数。
【解答】解：、天然放射现象的本质是原子核的衰变，过程中原子核自发地放出、、三种射线，说明原子核里面是由各种粒子组成的复杂结构，故错误。
、太阳辐射的能量主要来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应，故正确。
、原子核分成单个核子的过程需要外界提供能量，故它需要吸收能量，而不是放出能量，吸收的这个能量就叫原子核的结合能，故错误。
、群处于能级的氢原子自发跃迁，只能发出1种不同频率的光子，故错误。
故选：。
2．【分析】在衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变；裂变是重核分裂成质量较小的核的反应；聚变是两个轻核结合成质量较大的核的反应；根据各自核反应的特征判断核反应的类型。
【解答】解：、是发现质子的核反应，是原子核的人工转变，故错误；
、核反应是重核的裂变，故错误；
、核反应中有氦核产生，是衰变，故正确；
、核反应中有电子产生，是衰变，故错误。
故选：。
3．【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒得出衰变产物的质量数和电荷数．
【解答】解：据电荷数守恒、质量数守恒知，的质量数，的电荷数为，所以
为电子，故正确，错误。
故选：。
4．【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒求解；根据核反应前后的质量关系即可找出核反应过程的质量亏损，根据爱因斯坦质能方程求解。
【解答】解：、核反应过程中，根据电荷数守恒，可得新核的电荷数为：，所以新核的电荷数比铍9的电荷数多：，故错误；
、根据质量数守恒，可知新核的质量数为：，
则新核的中子数为：，
所以新核的中子数比铍9的中子数多：，故错误；
、人工核转变产生的新核比铍9更稳定，故的新核的比结合能比铍9的比结合能大，故正确；
、核反应的质量亏损为：△，
根据爱因斯坦质能方程，
可得放出的光子的能量为：△，故错误。
故选：。
5．【分析】根据核反应过程中质量数与核电荷数守恒，求出的核电荷数，确定其种类；
根据质能方程求出核反应的质量亏损，从而求出生成物的质量即可；
【解答】解：、根据质量数守恒和电荷数守恒，可知的质量数为3，电荷数为2，所以为（氦的同位素），故错误；
、由于核聚变的过程中释放能量，所以反应后生成物的总结合能大于反应前的氘核的结合能，所以的比结合能比大，故错误；
、根据质能方程可得释放的核能为：△△，亏损的质量，所以的质量为，故错误；
、要使聚变产生，必须克服核子间库仑斥力作用，故正确。
故选：。
6．【分析】核反应过程中，质量数和电荷数守恒，据此求出的核电荷数与质量数，进而求出原子核的中子数。
【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，可得原子核的质子数为：，质量数为：，故原子核的中子数为：，故正确，错误。
故选：。
7．【分析】根据夸克带电量为，夸克带电量为，质子带正电、中子不带电来判断夸克、夸克的个数。
【解答】解：由质子带一个单位正电荷，中子不带电，
设质子中夸克、夸克个数分别是、，、取正整数，
则，
解得、；
设中子中夸克夸克个数分别是、，、取正整数。
，
解得、，
故选：。
8．【分析】粒子是光子；半衰期与原子所处的物理状态无关、与化学状态无关；根据质量数守恒与电荷数守恒判断的质量数与电荷数，然后结合原子核的结构求出中子数；根据质能方程，结合质量亏损，即可判定。
【解答】解：、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的质量数为，电荷数为：，所以中子数：，故错误；
、元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态无关、与化学状态无关，故错误；
、该核反应中的质量亏损为：△，故错误；
、钚238衰变时动量守恒和能量守恒，总动量为零，衰变后射线动能不为零，因此释放的核能只有一部分以光子的形式辐射出去，
则有：，又，因此，故正确。
故选：。
9．【分析】衰变中产生的电子是原子核中的一个中子转化而来的；
查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子；
粒子散射实验揭示了原子具有核式结构；
半衰期具有统计规律，对少数的原子核不适用。
【解答】解：、衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是粒子，可知衰变现象不是说明电子是原子核的组成部分，故错误；
、卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子，故正确；
、粒子散射实验，揭示了原子的核式结构模型，认为电子绕核旋转，根据经典理论，知向外辐射能量，轨道半径连续减小，辐射的能量连续，故错误；
、半衰期具有统计规律，对于大量的原子核适用，故错误；
故选：。
10．【分析】放射性元素的原子核，沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后进入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下都做匀速圆周运动。放射性元素放出粒子，动量守恒，由半径公式，分析粒子和粒子与反冲核半径关系，根据洛伦兹力分析运动轨迹是内切圆还是外切圆，判断是哪种衰变。
【解答】解：放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆。
而放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。
放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒。
由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故错误，正确。
故选：。
二．多选题（共4小题）
11．【分析】卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型；
入射光的频率高于金属的截止频率时发生光电效应；
由左手定则判断出粒子的电性，然后答题；
重核变为轻核的核反应是裂变。
【解答】解：、卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故错误；
、由图结合光电效应的规律可知，入射光的频率大于金属的极限频率，金属板上有光电子射出，故正确；
、根据左手定则可知，射线①带正电，①是射线，②不偏转，是射线，故错误；
、丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，故正确。
故选：。
12．【分析】根据物理学史、半衰期的意义、比结合能的含义及产生光电效应的条件进行解答．
【解答】解：、卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出原子的核式结构学说，故错误；
、氡222的衰变方程是，已知其半衰期约为天，经过15.2天，16克氡222衰变后还剩：，故正确；
、已知中子、质子和氘核的质量分别为、和，则氘核的结合能为△，核子数是2，则氘核的比结合能为，故正确；
、对于某种金属，超过其极限频率的入射光能产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知所逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故错误。
故选：。
13．【分析】康普顿效应深入地揭示了光的粒子性，表明光子不仅具有能量而且具有动量；、、三种射线的穿透能力逐渐增强，电离能力逐渐减弱，射线的速度最快；电子束衍射实验证实了实物粒子具有波动性；比结合能越大，原子核越稳定。
【解答】解：、康普顿效应深入地揭示了光的粒子性，遵守动量守恒定律，它表明光子不仅具有能量而且具有动量，故正确；
、天然放射性现象的三种射线中，射线速度最大、射线电离作用最强、射线穿透能力最强，故错误；
、1927年戴维逊和汤姆逊分别利用晶体做了电子束衍射实验，证实了电子的波动性并提出实物粒子也具有波动性，故正确；
、结合能是把核子分开需要的能量或核子结合成原子核释放的能量，比结合能表达了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定，故错误。
故选：。
14．【分析】1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应；由质量数守恒和电荷数守恒判定反应方程是否正确；由质能方程判断出释放的核能；目前核电站都采用核裂变发电。
【解答】解：、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，根据质量数与电荷数守恒可知，同时生成一个中子，核反应方程式为：，故正确；
、氘核的比结合能是，氚核的比结合能是，氦核的比结合能是，根据能量守恒定律可知，核反应过程中释放的核能是：，故正确；
、目前核电站都采用核裂变发电，而此核反应是属于聚变反应，故错误；
、该反应过程要释放能量，存在质量亏损，该核反应质量不守恒，故错误。
故选：。
三．实验题（共1小题）
15．【分析】（1）根据半衰期的质量关系公式求解；
（2）半衰期是对大量放射性元素的统计规律，是由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关；同时要明确发生半衰期次数、衰变前总质量、衰变后质量之间的关系。
【解答】解：（1）由题意知半衰期为，经，则发生了3个半衰期；
剩余碳11的质量为；
（2）放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，
由图线可知该放射性物质的半衰期为3.8天，
半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关；所以若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将不变。
故答案为：（1）；（2）3.8，不变。
四．填空题（共1小题）
16．【分析】（1）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。
（2）根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程；依据△△，算出亏损质量。
【解答】解：（1）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，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的。
（2）根据质量数和电荷数守恒得：
依据△△，
得：△；
故答案为：（1）；；（2），。
五．计算题（共4小题）
17．【分析】（1）根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程；
（2）依据△△，算出亏损质量；
（3）先根据动量守恒定律求出二者的速度之比，然后结合动能的表达式即可得出结论。
【解答】解：（1）根据质量数和电荷数守恒，那么核反应方程：
（2）根据质能方程：△△
可得：；
（3）设、、、分别为氦核和氚核的质量和速度
根据动量守恒：
所以粒子和氚核的动能之比为：；
那么生成的氚核和粒子的动能之比是；
答：（1）核反应方程；
（2）质量亏损是；
（3）生成的氚核和粒子的动能之比是。
18．【分析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程。
（2）根据动量守恒定律得出衰变后两粒子的动量大小关系，结合半径公式求出两粒子的半径之比。
（3）根据两粒子的动量关系得出动能的大小关系，抓住释放的能量等于动能之和，结合爱因斯坦质能方程求出衰变过程中的质量亏损。
【解答】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为：
。
（2）由动量守恒定律可知，新核与粒子动量相等，，
洛伦兹力提供向心力：
解得，
可知：，
代入数据解得：。
（3）由动能与动量关系有：，
解得核获得的动能为：，
核反应中释放的核能为：△，
由质能方程有：△△，
解得：。
答：（1）核反应方程为。
（2）核与粒子做圆周运动半径之比为。
（3）衰变过程中的质量亏损为。
19．【分析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．
（2）根据动量守恒，得出新核的速度．
（3）根据粒子在磁场中的半径公式，结合质量、电量、速度之比求出轨道半径之比．
（3）根据粒子在磁场中的周期公式，结合质量、电量之比求出周期之比．
【解答】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为：．
（2）核反应过程中，动量守恒，规定中子速度方向为正方向，根据动量守恒得，
，
代入数据有：，
则新核的速度，负号表示方向与中子方向相反．
（3）根据得，，
粒子和新核的质量之比为，速度之比为，电量之比为，则半径之比为．
（4）根据得，周期，
粒子和新核的质量之比为，电量之比为，则周期之比为．
答：（1）核反应方程为：．
（2）新核的速度为，方向与中子速度方向相反．
（3）粒子与新核轨道半径之比为．
（4）求粒子与新核旋转周期之比为．
20．【分析】①根据
求出中微子的频率．
②根据动量守恒定律，结合，求出衰变后粒子和镤核的合动量的大小．
【解答】解：①根据光子的能量与频率的关系有：
得：
②设粒子和镤核的合动量为，光子的动量，根据动量守恒得：
由：
得：
所以粒子和镤核的合动量大小为．
答：①光子的频率为．
②衰变后粒子和镤核的合动量的大小为．第五章章末综合训练
一．选择题（共10小题）
1．下列说法中正确的是
A．天然放射现象说明原子具有复杂的结构
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变
C．原子核分成单个核子的过程一定有质量亏损，释放出能量
D．一群处于能级的氢原子自发跃迁，可能发出3种不同频率的光子
2．下列说法正确的是
A．是裂变
B．是聚变
C．是衰变
D．是裂变
3．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证，的衰变方程是，其中是中微子，中微子不带电，静止质量可忽略．则的衰变方程中表示
A．
B．
C．
D．
4．1932年查德威克用粒子轰击铍产生了一个新核，并发现了中子，释放出光子。若粒子、铍、新核、中子的质量分别为、、、，光在真空中的传播速度大小为，则下列说法正确的是
A．新核的电荷数比铍9的电荷数多3
B．新核的中子数比铍9的中子数多3
C．新核的比结合能比铍9的比结合能大
D．放出的光子的能量为
5．我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，中子的质量为，反应中释放的核能为△，光速为，下列说法正确的是
A．为
B．的比结合能比小
C．的质量为
D．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力
6．大亚湾核电站位于珠三角地区，是中国大陆第一座商用核电站。大亚湾核电站利用的是核裂变。一种典型的核裂变反应方程为十十，其中原子核的中子数为
A．52
B．53
C．54
D．55
7．目前普遍认为，原子核中的质子和中子都是由被称为夸克和夸克的两类夸克组成的，夸克带电荷量为，夸克带电荷量为，为元电荷。下列论断中可能正确的是
A．质子由1个夸克和1个夸克组成，中子由1个夸克和2个夸克组成
B．质子由2个夸克和1个夸克组成，中子由1个夸克和2个夸克组成
C．质子由1个夸克和2个夸克组成，中子由2个夸克和1个夸克组成
D．质子由2个夸克和1个夸克组成，中子由1个夸克和1个夸克组成
8．2019年10月一项研究报告称，“好奇号”在盖尔环形山的岩石中探测到了硫酸盐沉积物。“好奇号”火星车是首辆使用核能提供能量的火星车，它的核能电池系统主要包括两个组成部分：一个装填钚二氧化物的热源和一组固体热电偶，将钚238产生的热能转化为电能。这一系统设计使用寿命为14年。钚238的半衰期为88年，原来静止的一个钚238衰变时放出射线和光子，生成原子核。已知钚238、粒子、的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是
A．的中子数为234
B．钚238放在高压容器里，其半衰期可能变为90年
C．该核反应中的质量亏损为
D．光子的波长大于
9．有关近代物理的叙述，下列说法中正确的是
A．衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子
C．粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的
D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核经过7.6天后只剩下一个氡原子核了
10．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4如图所示，则这四条径迹依次是
A．电子、、、正电子
B．、正电子、电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
E．、电子、正电子、
二．多选题（共4小题）
11．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是
A．汤姆逊通过分析图中的粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
B．如图表明当一定频率的光照射到金属板，金属板会有光电子射出
C．如图表示的是磁场对、和射线的作用情况，其中①是射线，②是射线
D．如图表示的核反应属于重核裂变，是可以人工控制的核反应
12．下列说法中正确的是
A．卢瑟福通过对天然放射现象的研究，提出原子的核式结构学说
B．氡222的衰变方程是，已知其半衰期约为3.8天，则约经过15.2天，16克氡222衰变后还剩1克氡
C．已知中子、质子和氘核的质量分别为、和，则氘核的比结合能为表示真空中的光速）
D．对于某种金属，超过其极限频率的入射光强度越弱，所逸出的光电子的最大初动能越小
13．19世纪末，一系列奇怪现象的发现诱发了经典物理学的危机，促使科学家突破经典物理的束缚、重新构建了物理学理论大厦。以下关于近代物理中相关概念及其理解正确的是
A．康普顿效应深入揭示了光的粒子性，表明光不仅具有能量还具有动量
B．天然放射现象的三种射线中，射线速度最大，穿透能力和电离能力都是最强的
C．戴维逊和汤姆逊分别利用晶体做了电子束衍射实验，说明实物粒子也具有波动性
D．结合能是核子结合成原子核后失去的总能量，结合能越大的原子核的稳定性也随之增加
14．已知氘核的比结合能是，氚核的比结合能是，氦核的比结合能是，在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是
A．核反应方程式为
B．核反应过程中释放的核能是
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应质量守恒
三．实验题（共1小题）
15．（1）碳11的半衰期为，经剩余碳11的质量占原来的 。
（2）如图，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数与原来总原子核数的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为 天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将 （填“变长”、“不变”或“变短”
四．填空题（共1小题）
16．（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到时，可以发生“氦燃烧”。
①完成“氦燃烧”的核反应方程： 。
②是一种不稳定的粒子，其半衰期为．质量为8克的，经后剩余的是 克。
（2）用中子轰击锂核发生核反应，产生氚和粒子并放出的能量，已知元电荷，光速，写出上述反应的核反应方程为 ，求出上述反应中的质量亏损为 （保留2位有效数字）。
五．计算题（共4小题）
17．用中子轰击发生核反应，生成氚核和粒子，并放出的能量相当于的能量）。
（1）写出核反应方程；
（2）求出质量亏损；
（3）若中子和是以等值反向的动量相碰，则生成的氚核和粒子的动能之比是多少？
18．在方向垂直纸面的匀强磁场中，一个原来静止的原子核衰变后变成一个核并放出一个粒子，该粒子动能为，速度方向恰好垂直磁场。核和粒子的径迹如图所示，若衰变时产生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为，求：
（1）写出这个核反应方程；
（2）核与粒子做圆周运动半径之比；
（3）衰变过程中的质量亏损。
19．静止在匀强磁场中的一个
核俘获了一个速度为的中子而发生核反应，生成粒子与一个新核．测得粒子的速度为，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直．求：
（1）写出核反应方程．
（2）新核的速度．
（3）求粒子与新核轨道半径之比．
（4）求粒子与新核旋转周期之比．
20．静止的钍核发生衰变时放出一个粒子而变成一个镤核，同时产生了一个能量为的光子．已知真空中光速为，普朗克常量为．求：
①该光子的频率；
②衰变后粒子和镤核的合动量的大小．
