新人教版选修3-5《第19章_原子核》教学训练物理试卷有答案

新人教版选修3-5《第19章原子核》教学训练物理试卷
一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分）
1. 下列说法正确的是（）
A.康普顿发现了电子
B.卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C.贝史勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
D.伦琴发现了X射线
2. 放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到广泛应用的原因是（）
A.它衰变释放的核能少，容易控制
B.它衰变缓慢，应用效果好
C.它的射线有电离作用和贯穿本领，以及对生物组织有物理、化学效应
D.它可作为示踪原子
3. 下列说法正确的是（）
A.α粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部
B.天然放射现象的发现说明原子核具有复杂结构
C.裂变反应有质量亏损，质量数不守恒
D.γ射线是一种波长很短的电磁波
4. 原子核Z A X与氘核12H反应生成一个α粒子和一个质子。

由此可知（）
A.A＝2，Z＝1
B.A＝2，Z＝2
C.A＝3，Z＝3
D.A＝3，Z＝2
5. 科学家发现在月球上含有丰富的23He（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23He+23He→211H+24He．关于23He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23He聚变反应发电
6. 原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应发生可能而放出能量．这几种反应总的效果可以表示为612H→k24He+d11H+201n+43.15MeV，由平衡条件可知（）
A.k ＝1 d ＝4
B.k ＝2 d ＝2
C.k ＝1 d ＝6
D.k ＝2 d ＝3
7. 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m 1、m 2、m 3，普朗克常量为ℎ，真空中的光速为c ．下列说法正确的是（ ）
A.核反应方程是11H +01
n →13H +γ
B.聚变反应中的质量亏损△m ＝m 1+m 2−m 3
C.辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3−m 1−m 2)c
D.γ光子的波长λ=ℎ
(m 1+m 2−m 3)c
2
8. 92235U 吸收一个慢中子后，分裂成54136Xe 和3890Sr ，并生成下列什么粒子（ ）
A.一个α粒子
B.3个中子
C.10个中子
D.10个质子
9.
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
11H+612C →713N +Q 1，11H+715N →612
C +X +Q 2，方程中Q 1，Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是（ ）
221221C.X 是23He ，Q 2<Q 1 D.X 是24He ，Q 2<Q 1
10. 一个原来静止的238U 核发生α衰变，它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动，它们的轨迹和运动方向（图中用箭头表示）可能是图中的（图中半径大小没有按比例画）（ ）
A. B. C. D.
二、填空题（本题共4小题，共24分）
用α粒子轰击氩40时，产生一个中子和一个新的核，这个新的核是________，核反应方程是________。

用α粒子轰击硼10，产生一个中子和一个具有放射性的核，这个新的核是________，这个核能放出正电子，它衰变后变成新核为________，核反应方程是________。

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7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________； 构成C 射线的粒子是________．
（2）三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是________射线；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．
（3）请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程： 90234Tℎ→91234
Pa +________；
________+1327
Al →1530P +01n ．
历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV 的质子11H 轰击静
止的Z A X ，生成两个动能均为8.9MeV 的24He ．(1MeV ＝1.6×10−13J)． （1）写出核反应方程．
（2）求质量亏损为多少kg ？（结果保留两位有效数字）
约里奥•居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放
射性元素1530P 衰变成1430Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.1532P 是1530
P 的同位
素，被广泛应用于生物示踪技术.1mg 1532
P 随时间衰变的关系如图所示，请估算4mg 的1532
P 经________天的衰变后还剩0.25mg 。

三、计算题（本题共3小题，共36分）
2008年北京奥运会场馆周围80%∼90%的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能集热技术。

科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部四个氢核(11H)转化成一个氦核
(24He)和两个正电子(+10e)并放出能量。

已知质子质量m p＝1.0073u，α粒子的质量mα＝4.0026u，正电子的质量m e＝0.0005u，1u的质量相当于931.5MeV的能量。

（1）写出该核反应方程；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少能量？（结果保留四位有效数字）
（1）美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期为100年的放射性同位素镍63(2863Ni)两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63(2863Ni)发生一次β衰变变成铜(Cu)，同时释放电子给铜片，把镍63(2863Ni)和铜片做电池两极。

镍
63(2863Ni)的衰变方程为________，16g镍63经过400年还有________g尚未衰变。

（2）一静止的质量为M的镍核(2863Ni)发生β衰变，放出一个速度为v0，质量为m的β粒子和一个反冲铜核，若镍核发生衰变时释放的能量全部转化为β粒子和铜核的动能。

求此衰变过程中的质量亏损（亏损的质量在与粒子质量相比时可忽略不计）。

钚的放射性同位素94239Pu静止时衰变为铀核激发态92235U∗和α粒子，而铀核激发态92235U∗立即衰变为铀核92235U，并放出能量为0.097MeV的γ光子。

已知：94239Pu、92235U和α粒子的质量分别为m Pu＝239.0521u、m U＝235.0439u和mα＝4.0026u，1u的质量相当于931.5MeV的能量。

（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。

参考答案与试题解析
新人教版选修3-5《第19章原子核》教学训练物理试卷
一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分）
1.
【答案】
B,C,D
【考点】
物理学史
【解析】
本题考查了近代物理学上的几个重要发现，学生要了解近代物理发展历程，培养科学
素养。

【解答】
A、康普顿是“康普顿效应”的发现者，电子是汤姆孙发现的，故A错误；
B、卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C、贝史勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故C正确；
D、伦琴发现了X射线，伦琴的另一音译是伦从今琴，故D正确。

2.
【答案】
C,D
【考点】
原子核衰变
【解析】
放射性同位素的应用：探测金属器件缺陷、研究化学反应机理、育种、保存食物、治
疗肿瘤．
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用，因此在利用的同时，要采取有效的防范措施．
【解答】
A、放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到广泛应用，不是应用其衰变释放的核能，故A错误；
B、不同放射性同位素的半衰期差别很大，故B错误；
C、利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。

γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。

各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。

即它的射线有电离作用和贯穿本领，以及对生物
组织有物理、化学效应。

故C正确；
D、作为示踪原子。

用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生
物大分子结构及其功能。

故D正确；
3.
【答案】
B,D
【考点】
X射线、α射线、β射线、γ射线及其特性
【解析】
α粒子散射实验证明了原子的核式结构；天然放射现象说明原子核内部结构复杂；裂变反应有质量亏损，质量数守恒；γ射线是一种波长很短的高频电磁波。

【解答】
A、α粒子大角度散射表明原子所有的正电荷及几乎全部的质量集中在原子核上，得出原子的核式结构模型，故A错误；
B、天然放射现象，揭示了原子核具有复杂结构，故B正确；
C、裂变反应有质量亏损，但质量数守恒，故C错误；
D、γ射线是一种波长很短的高频电磁波，故D正确；
4.
【答案】
D
【考点】
裂变反应和聚变反应
【解析】
解本题的关键是学会书写核反应方程，在核反应过程中，电荷数和质量数是守恒的，根据这两个守恒从而确定A和Z的数值。

【解答】
写出该反应的方程有：Z A X+12H→24He+11H
应用质量数与电荷数的守恒得：A+2＝4+1，Z+1＝2+1，解得A＝3，Z＝2，故ABC错误，D正确。

5.
【答案】
B
【考点】
核能的计算
轻核的聚变
裂变反应和聚变反应
【解析】
所有的核聚变都有能量产生，所以核聚变都伴随质量亏损，核聚变核电站处于实验阶段．
【解答】
由于核聚变过程中存在质量亏损，故C错误。

根据爱因斯坦质能方程△E＝△mC2可以确定既然有质量亏损，核聚变会释放能量。

故A错误。

由于该核反应的生成物有24He和11H，故该反应产生了新的原子核。

故B正确。

目前的核电站都采用了U−235的核裂变，而核聚变仍处于实验阶段。

故D错误。

6.
【答案】
B
【考点】
裂变反应和聚变反应
【解析】
根据核反应中遵循质量数守恒，核电荷数守恒可以求出k、d的得数．
【解答】
在核反应的过程由质量数守恒可得6×2＝4k+d+2×1…①
根据核电荷数守恒可得6×1=2k+d…②
联立①②两式解得k＝2，d＝2。

7.
【答案】
B
【考点】
核能的计算
【解析】
解答本题需要掌握：核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒；聚变反应后质量减小，放出能量；正确利用质能方程求释放的能量；掌握光子能量、频率、波长、光速之间关系．
【解答】
A、该核反应方程质量数不守恒，故A错误；
B、聚变反应中的质量亏损△m＝(m1+m2)−m3，故B正确；
C、聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1+ m2−m3)c2，故C错误；
D、根据E=ℎc
λ=(m1+m2−m3)c2，得光子的波长为：λ=ℎ
(m1+m2−m3)c
，故D错误。

8.
【答案】
C
【考点】
原子的核式结构
【解析】
本题的突破口是核反应过程中质量数守恒，和核电荷数守恒，从而得出结论。

【解答】
设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，
则235+1＝136+90+x，92＝54+38+y，解得x＝10，y＝0，故核反应放出的是
中子，个数为10个，故C正确，ABD错误。

9.
【答案】
B
【考点】
裂变反应和聚变反应
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：11H+612C→713N中质量亏损为Δm1=1.0078u+12.0000u−13.0057u=0.0021u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知X的电荷数为2、质量数为4，故X为24He，第二个核
反应的质量亏损为Δm2=1.0078u+15.0001u−12.0000u−4.0026u=0.0053u．根
据爱因斯坦质能方程可知Q1=Δm1c2，Q2=Δm2c2，Q2=Δm2c2，则Q1<Q1，故B
正确．
故选B．
10.
【答案】
D
【考点】
左手定则
动量守恒定律的理解
裂变反应和聚变反应
【解析】
放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，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．再由左手定则判断洛伦兹力方向． 【解答】
A 、
B 、放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，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，AB 错误。

C 、
D 、由左手定则判断出带正电的粒子的洛伦兹力里方向，C 选项中由左手定则根据运动方向判断的洛伦兹力方向为反冲核（大圆）受力应该向下，故C 错误。

D 正确。

二、填空题（本题共4小题，共24分）
【答案】 2043Ca ,1840Ar +24He →2043Ca +01n ,713N ,613C ,713
N →613C +−10e 【考点】 原子核衰变 【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒确定新核的电荷数和质量数，从而即可求解。

【解答】
根据电荷数守恒、质量数守恒，用α粒子轰击氩40时，产生一个中子和一个新的核，
其核反应方程为：1840Ar +24He →2043Ca +01
n ，这个新的核是2043Ca ，
同理，用α粒子轰击硼10，产生一个中子和一个具有放射性的核，其核反应方程为：
24He +510B →01
n +713N ； 713N 核放出正电子，其核反应方程是：713N →613C +−10e ，新核为；613
C ； 【答案】
β射线,γ射线,α射线 γ,α,β
−10e ,24
He
【考点】 原子核衰变
X 射线、α射线、β射线、γ射线及其特性
【解析】
根据α、β、γ三种射线的带电性质以及带电粒子在电场中受力特点可正确解答． 在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱；
根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程，通过一次α衰变电荷数少2，质量数少4，一次β衰变电荷数多1，质量数不变． 【解答】
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，
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．
根据质量数和电荷数守恒定律，
则有：90234Tℎ→91234Pa +−10
e ；
24He +1327Al →1530P +01
n ． 【答案】
核反应方程为11 H +37L i →224
H e ；
质量亏损为3.2×10−29 【考点】 核能的计算 轻核的聚变
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒列出核反应方程．根据爱因斯坦质能方程△E ＝△mc 2求出质量亏损． 【解答】
根据电荷数守恒，与质量数守恒，则核反应方程为：11 H +37L i →224
H e ； 根据爱因斯坦质能方程：△m ＝2×
△E C 2
=2×
8.9×1.6×10−13
(3×108)2
=3.2×10−29kg ．
【答案】 正电子,60 【考点】 原子核衰变 【解析】
根据质量数和电荷数守恒判断粒子的属性，从图像看出半衰期，由半衰期公式计算所需天数。

【解答】
核反应方程式为：1530P →1430
Si +X ，由质量数守恒知X 的质量数为0，由电荷数守恒知X 的质子数为1，所以X 为正电子；
由图像知半衰期大约为15天，由公式0.25＝4×(1
2)t
15
知t ＝60天。

三、计算题（本题共3小题，共36分）
【答案】
该核反应方程为411H →24
He +210e ；
一次这样的热核反应过程中释放出23.85 MeV 的能量。

【考点】 核能的计算
裂变反应和聚变反应
【解析】
（1）根据核反应过程中质量数和电荷数守恒可正确写出核反应方程。

（2）求粗质量亏损，根据质能方程可正确解答。

【解答】
根据质量数和电荷数守恒有：411H →24
He +210e 根据质能方程有：△m ＝4m P −m α−2m e
△m ＝4×1.0073u −4.0026u −2×0.0005u ＝0.0256 u △E ＝△mc 2＝0.0256 u ×931.5MeV/u ＝23.85 MeV 【答案】 2863Ni →−10e +2963
Cu ,1
此衰变过程中的质量亏损为Mmv 0
2
2(M−m)c 2。

【考点】 原子核衰变
核能的计算
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程
（2）核反应过程动量守恒，由动量守恒定律可以求出钋的速度；根据动量守恒定律、能量守恒定律求出释放的核能，通过爱因斯坦质能方程求出质量亏损。

【解答】
根据电荷数守恒、质量数守恒得，2863Ni →−10e +2963
Cu 根据半衰期的计算公式可得m ＝m 0(1
2)400
100=1g
核反应过程动量守恒，以α离子的速度方向为正方向， 由动量守恒定律得：mv 0+(M −m)v ＝0，
解得：v =−mv
M−m ，负号表示方向与α离子速度方向相反；
衰变过程产生的能量：△E =12
mv 02+1
2
(M −m)v 2=
Mmv 0
22(M−m)
，
由爱因斯坦质能方程得：△E ＝△mc 2， 解得：△m =Mmv 0
22(M−m)c 2；
【答案】
衰变方程为94239Pu →92235
U +α+γ；
已知衰变放出的光子的动量可忽略，α粒子的动能为5.034MeV 。

【考点】
动量守恒定律的理解 原子核衰变 核能的计算
【解析】
（1）根据质量数和电荷数守恒可正确书写该衰变方程。

（2）衰变过程满足动量守恒和能量守恒，根据这两个方程列方程即可求解。

【解答】
根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为94239Pu →92235U ∗+α92235U ∗→92235
U +γ
或合起来有94239Pu →92235
U +α+γ
故衰变方程为：94239Pu →92235
U +α+γ。

上述衰变过程的质量亏损为：△m ＝m Pu −m U −m α…① 放出的能量为：△E ＝c 2⋅△m …② 这些能量是轴核92235U 的动能E U 、α粒子的动能E a 和y 光子的能量E y 之和，即有： △E ＝E U +E α+E y …③
由①②③式得：E U +E α＝(m Pu −m U −m α)c 2−E y …④ 设衰变后的轴核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒有： m U v U ＝m αv α…⑤
又由动能的定义知：E U =1
2m U v U 2,E α=1
2m αv a 2
⋯⑥
根据E K =P 2
2m
由⑤⑥式得：E U E a
=m
a m y
⋯⑦
[(m Pu−m U+mα)c2−Eγ]由④⑦式得：E a=m U
m U−mα
代入题给数据得：Eα＝5.034MeV。

故α粒子的动能为：Eα＝5.034MeV。

试卷第11页，总11页。