第五章原子核综合训练-2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册（含解析）

第五章原子核一、选择题（共14题）1．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是（）A．He＋Al→P＋H是原子核的人工转变B．F＋H→O＋He是α衰变C．H＋H→He＋γ是核聚变反应D．U→Sr＋Xe＋3n是核裂变反应2．对下列各原子核变化的方程，表述正确的是（）A．是核聚变反应B．是衰变C．是核裂变反应D．是β衰变3．在匀强磁场中，有一个原来静止的C原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为（）A． B．C． D．4．查德威克最初发现中子的核反应方程是（）A．B．C．D．5．目前核电站利用的核反应是（）A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃料为铀C．裂变，核燃料为氘 D．聚变，核燃料为氘6．镭是一种放射性很强的元素，它的所有同位素都具有强烈的放射性，其中最稳定的同位素为镭226，半衰期约为1600年，会衰变成氡222，衰变时放射出和两种射线。镭放出的射线能破坏、杀死细胞和细菌，因此，常用来治疗癌症。此外，镭盐与铍粉的混合制剂，可作为中子放射源，用来探测石油资源、岩石组成等。下列说法正确的是（）A．100个镭226原子核，经过1600年后只剩下50个B．核反应中释放出的射线的穿透本领比射线的强C．镭226衰变成氡222的过程中质量会发生亏损D．核反应式为7．在下列4个核反应方程中，X表示α粒子的是（）A． B．C． D．8．下列说法正确的是A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应B．一群氢原子从能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子C．比结合能越大，原子核越不稳定D．核反应为重核裂变9．我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是（）A． B．C． D．10．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（）A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构11．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（）A．He核的结合能约为14MeVB．Li核比He核更稳定C．4个He反应生成核时释放能量D．U核中核子的平均质量比Kr核中的小12．下列说法正确的是（）A．原子核是否稳定，与原子核的结合能大小无关B．放射性元素衰变快慢，与温度高低、压强大小无关C．铀核（)裂变一旦发生就能自动延续下去，与铀块体积大小无关D．原子核只要发生衰变，产生的新核核子数一定减少，与它发生何种衰变无关13．关于铀核裂变，下述说法正确的是（）A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B．铀核裂变时还能同时释放2~3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响14．下列说法正确的是（）A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B．轧钢时控制钢板的厚度是利用γ射线的贯穿能力C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关二、填空题15．某放射性元素，经过8h后只剩下的核没有衰变，则它的半衰期为________h；若经过4h，则已衰变的原子核是原有的________16．现代考古中可利用的衰变规律测定古生物的年代，衰变时放出________（填粒子符号），并生成新核。如图所示为放射性元素的衰变规律的示意图（纵坐标表示的是任意时刻放射性元素的原子数与时的原子数的比值），则该放射性元素的半衰期是_______年。若从某次考古时发掘出来的木材中，检测到所含的比例是正在生长的植物中的80%，则该木材距今约_______年。17．钍经过一系列和衰变，变成铅这一系列反应中有___次衰变____次衰变。18．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.写出核反应方程

该聚变反应过程中的质量亏损为___光子的波长λ=______.三、综合题19．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家研究用放射性材料—作为发电能源为火星车供电。我们知道可以利用磁场研究原子核的衰变，在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的钚核发生了衰变，产生了新核铀（），同时辐射出能量为的光子。放射出的粒子速度为，并且在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。假设衰变中放出的光子动量可以忽略，已知粒子的质量为，电荷量为，铀核的质量为，光速用表示。（1）写出发生衰变的核反应方程；（2）求铀核在磁场中运动的轨道半径；（3）假设反应过程中放出的能量全部转化为新核铀的动能和粒子的动能及光子的能量，求衰变过程中的质量亏损。20．已知氘核的质量为，中子的质量为，的质量为．（1）试写出两个氘核聚变生成的核反应方程．（2）计算上述反应中释放的核能．（3）若两个氘核以相等的动能做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成核和中子的动能各是多少？21．静止的氡核（）放出一个速度为v0的α粒子，若衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子及反冲核的动能，已知原子质量单位为u，试求在衰变过程中释放的核能．（不计相对论修正，在涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计．）22．氡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，它发生衰变之后生成已知氡的半衰期约为3．8天，则完成下列问题（1）写出氡的衰变方程;（2）16g氡经过多少天变成1g？参考答案：1．C【详解】A．该方程书写错误，电荷数两边不相等，故A错误；B．该方程是人工转变方程，故B错误；C．该方程是核聚变反应，故C正确；D．该方程书写错误，反应物中应该有中子，故D错误。故选C。2．A【详解】A、方程是轻核的聚变方程，选项A正确；B、方程是原子核的人工转变方程，选项B错误；C、方程是β衰变方程，选项C错误；D、方程是重核的裂变方程，选项D错误；故选A.3．D【详解】由动量守恒定律可知：放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反，由在磁场中两圆径迹内切可知，反冲核带正电，放出的粒子带负电，由两圆直径之比为7∶1和可知，反冲核的电量是粒子的7倍，ABC错误，D正确。故选D。4．C【详解】查德威克发现中子的核反应方程是，故C正确，ABD错误。故选C。5．A【详解】核电站中的铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2-3个中子。裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行从而产生大量热能。用循环水导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。这就是目前核电站的工作原理。故目前的核电站为的核裂变反应。故选A。6．C【详解】A．半衰期具有统计意义，对少数的原子核没有意义，故A错误；B．α射线的穿透本领比γ射线的弱，故B错误；C．镭226衰变成氡222的过程中有核能释放出来，根据质能方程可知质量会发生亏损，故C正确；D．根据核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒可知，该核反应式电荷数不守恒，故D错误；故选C。7．D【详解】根据电荷数及质量数守恒，可得A中是正电子，B中是电子，C中是中子，D中是氦原子核。故选D。8．B【详解】A、只要光照射的频率大于极限频率时，才能产生光电效应，与光照时间无关，故A错误；B、一群处于能级激发态的氢原子，根据，可知，自发跃迁时能发出6种不同频率的光，故B正确；C、比结合能越大，原子核越稳定；故C错误；D、核反应为衰变．故D错误；故选B.9．C【详解】A．是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，故A项不合题意；B．是裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，故B项不合题意；C．是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C项符合题意；D．是人工核反应，需要高能α粒子，故D项不合题意。故选C。10．C【详解】图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型．故A错误．图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能．故B错误．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构．故D错误．故选C．11．C【详解】A．由图可知核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为4×7MeV=28MeV，选项A错误；B．核的比结合能比核的比结合能小，所以核更稳定，选项B错误；C．4个反应生成核，由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量，选项C正确；D．的比结合能比核的比结合能小，裂变时要释放能量，核中核子的平均质量比核中的要大，选项D错误。故选C。12．AB【详解】A.原子核是否稳定，与原子核的比结合能有关，与结合能无关，故选项A符合题意；B.放射性元素衰变快慢，由元素本身的性质决定，与物理状态无关，故选项B符合题意；C.铀核()裂变即使发生了，如果铀块体积小于临界体积，则核反应不能持续下去，故选项C不符合题意；D.发生衰变，产生的新核的核子数不变，故选项D不符合题意．13．BC【详解】AB．铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性。但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，A错误，B正确；C．铀235受中子的轰击时，可以俘获各种能量的中子而引起裂变，且裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子时才能引起裂变，且裂变的概率小，所以，为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235，C正确；D．须使铀块体积越过临界体积，才能发生链式反应，D错误。故选BC。14．BC【详解】试题分析：原子核发生衰变时伴随着能量，即存在质量亏损，所以不遵循质量守恒定律，但遵循电荷数守恒和质量数守恒的规律，A错误；射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大，B正确；根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循，故只能辐射特定频率的光子．故C正确；发生光电效应时光电子的动能只和入射光的频率有关，而光照强度影响光子个数，D错误；15．

2

【详解】根据半衰期的概念有：则有：所以8h是4个半衰期，即此放射性元素的半衰期为2h；经过4h，也就是经过2个半衰期，还剩下没有衰变，衰变的原子核是原有的。16．

5700

1900【详解】根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为活体中含量不变，生物死亡后，开始减少，设活体中的含量为，发掘出的木材中为，设的半衰期为，则由半衰期的定义得则当时由题图得半衰期年当时年17．

6

4【详解】发生一次衰变质量数减少4，故发生衰变的次数为发生一次衰变核电荷数减少2，发生一次衰变核电荷数增加1，故发生衰变的次数为反应物的总的核电荷数增加数18．

(m1+m2)−m3

【详解】（1）核反应方程+γ（2）该聚变反应过程中的质量亏损为∆m=(m1+m2)−m3（3）根据质能方程可知，，解得光子的波长；19．(1)；(2)；(3)【详解】(1)核反应方程为(2)衰变时，根据动量守恒定律得在磁场中，根据牛顿第二定律得解得所以铀核在磁场中运动的轨道半径为(3)根据能量守恒得解得20．（1）（2）3.26Mev（3）0.99Mev