上海弘文学校高中物理选修三第五章《原子核》经典练习题(含解析)

一、选择题
1．下列有关原子、原子核的说法中正确的是（ ）
A ．天然放射现象说明原子核内部有电子
B ．卢瑟福用α粒子散射实验证明了原子核内存在中子
C ．平均结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
D ．放射性元素的半衰期与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关
2．天然放射性元素在衰变过程中会辐射α射线、β射线和γ射线。

关于原子核衰变，下列说法中正确的是（ ）
A ．β射线来源于原子的核外电子
B ．γ射线可以用来探测金属部件内部的缺陷
C ．放射性原子核衰变成新核，原子核的比结合能减小
D ．1000个半衰期为2h 的某放射性同位素，经6h 还剩125个
3．下列关于原子和原子核的说法正确的是（ ）
A ．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的
B ．23892U （铀)衰变为23491Pa （镤)要经过1次α衰变和2次β衰变
C ．质子与中子结合成氘核的过程中发生质量亏损并释放能量
D ．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流
4．下列说法正确的是（ ）
A ．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构
B ．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
C ．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越大
D ．质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m 1＋m 2－m 3)c 2(c 表示真空中的光速)
5．放射性同位素14C 在考古中有重要应用，只要测得该化石中14C 残存量，就可推算出化石的年代，为研究14C 的衰变规律，将一个原来静止的14C 原子核放在匀强磁场中，观察到它所放射的粒子与反冲核的径迹是两个相内切圆，圆的半径之比R ：r =7：1，如图所示，那么14C 的衰变方程式应是（ ）
A ．14104642C Be+He →
B ．14140651
C Be+e →
C ．14140671C N+e -→
D ．14131651C B+H → 6．关于天然放射线性质的说法正确的是（ ）
A ．γ射线就是中子流
B ．α射线有较强的穿透性
C ．电离本领最强的是γ射线
D ．β射线是高速电子流
7．下列说法正确的是（）
A．某种频率的光照射金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加
B．在核反应堆中，镉棒的作用是使快中子变为慢中子
C．结合能越大，原子核越稳定
D．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同
8．某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B，再进行一次α衰变变成原子核C，则（）
A．核C的质子数比核A的质子数少2
B．核A的质量数减核C的质量数等于3
C．核A的中子数减核C的中子数等于3
D．核A的中子数减核C的中子数等于5
9．下列说法中正确的是（）
A．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的，原子发生一次β衰变，原子序数增加1
B．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
C．温度升高，放射性元素衰变的半衰期减小
D．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，核外电子动能增大，氢原子总能量减少
10．下列说法中正确的是（）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．某放射性元素经12天有7
8
的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天
C．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小D．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的
11．238
92U变成206
82
Pb要经过m次衰变、n次衰变，中子数减少的个数为q，则（）
A．m=8，n=6，q=32
B．m=6，n=8，q=32
C．m=8，n=6，q=22
D．m=6，n=8，q=22
12．钍核232
90
Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则
A．铅核的符号为20882Pb，它比23290Th少8个中子
B．铅核的符号为20478Pb，它比23290Th少16个中子
C．铅核的符号为20882Pb，它比23290Th少16个中子
D．铅核的符号为22078Pb，它比23290Th少12个中子
13．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为
A ．14014615C e
B →+
B ．14410624
C He B e →+ C ．14214615C H B →+
D ．140146-17C e N →+
14．下列四幅图涉及到不同的物理知识，图甲为圆板衍射条纹，图乙为共振曲线，图丙为三种射线在磁场中的运动轨迹图，图丁为核反应堆示意图。

关于这四幅图，下列说法正确的是（ ）
A ．图甲：该衍射条纹可以说明光具有粒子性
B ．图乙：该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而一直减小
C ．图丙：根据射线的偏转方向可知容器上方区域可能存在垂直纸面向外的磁场
D ．图丁：镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度 15．历史上，为了研究放射粒子的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中所表示的实验中是研究发射源产生不同射线的特性的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
二、填空题
16．图为查德威克发现新粒子的实验装置，用放射性元素（Po ）发出的α粒子轰击铍（Be ）会产生粒子流A ，用粒子流A 轰击石蜡，会放出粒子流B ，则A 为________，B 为________。

17．核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。

请解答以下问题，计算结果保留两位有效数字。

(1)核反应堆中的“燃料”是23592U ，请完成核反应方程式：
()
()235
1901920540U n Sr Xe 10n +→++；（_______）（________） (2)铀核的质量U m 为235.0439u ，中子的质量n m 为1.0087u ，锶（Sr ）核的质量Sr m 为89.9077u ，氙（Xe ）核的质量Xe m 为135.9072u ，1u 为271.6610kg -⨯，浓缩铀中铀235的含量占2%。

求一座100万千瓦的核电站每年（73.1510s t =⨯）大约需要多少吨浓缩铀？（________）
18．苏联的切尔诺贝利核电站曾发生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影响，在核泄漏后，该地区存在着各种不同的放射性射线。

假设其中有一种是由铀核23892U 衰变成引234
90Th ，并释放一种粒子产生的。

有一男一女受到核辐射而分别患上了血友病和白化病，女方的一个儿子（正常）和男方的一个女儿（患白化病）成了夫妻。

(1)写出铀238
92U 衰变为钍234
90Th 的方程式。

（________）
(2)已知铀核质量为253.8531310k 1g -⨯，钍核质量为253.78656710kg -⨯，α粒子质量为
6.64672710kg -⨯，求衰变释放的能量。

（________）
19．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3015Р衰变成30
14Si 的同时放出另一种粒子。

（1）这种粒子是？
（2）3215Р是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg 32
15Р随时间衰变的关系如图所示，请估算4mg 的3215Р经过多少天的衰变后还剩0.25mg 。

20．14C 发生放射性衰变为14N ，半衰期约为5700年。

已知植物存活其间，其体内14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少。

现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的四分之一、可以推测该古木的年代距今约为
___________年，写出14C 衰变为14N 的衰变方程___________。

21．完成下列核反应方程，并指出各属于哪一种核反应．
（1）14111705N+n B →+________，是________.
（2）60602728Co Ni+→________，是________.
（3）24427
12213Mg+He Al+→________，是________.
（4）2382349290U Th+→________，是________.
22．地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算．测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N 为铀238的原子数，N 0为铀和铅的总原子数. 由此可知地球的年龄大约为________亿年，被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为________．
23．原子核A 经过若干次衰变后变成原子核B ， 已知B 核的质子数比A 核少8，B 核的中子数比A 核少16，则此衰变过程中共有________次α衰变，________次β衰变． 24．用质子轰击锂核7
3Li 生成两个α粒子，已知质子、α粒子、锂核的质量分别为m H 、m α、m Li ．
（1）写出核反应方程：________．
（2）该核反应的质量亏损△m=________．
（3）该核反应释放的能量△E=________．
25．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．图是锕系图．纵坐标N 表示________，横坐标Z 表示________，从U→Pb 有________次α衰变，________次β衰变．
26．核电站的核心是原子核反应堆，核燃料（如铀）释放出大量的核能，是和平利用核能的重要途径。

我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约1010kW?h ，其中70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。

据专家估计，通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗9
4. 010kg ⨯。

核能作为一种新型能源有着广阔的前景。

（1）原子核是由___________组成的。

在反应堆中，核燃料（如铀）发生______________释出大量的核能。

（2）已知煤的热值72.910J/kg ⨯，则9 4. 010kg ⨯煤完全燃烧时放出的热量是多少_____？
（3）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因，大亚湾核电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳排放9
9.910kg ⨯，已知通常情
况下二氧化碳气体的密度为31.98kg/m .则这些气体通常情况下的体积约为多少______？ （4）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E ，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧产生的热量为Q ，则火力发电站的效率100%E Q
η=
⨯根据上述资料，可估算出通常的火力发电站的效率约为多少______？ 三、解答题
27．请分析：在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么？
28．太阳的能量来自下述反应：四个质子聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有质量的中微子。

已知氢气燃烧时与氧气化合成水，每形成一个水分子释放的能量为
6.2eV 。

若想产生相当于太阳上1kg 的氢核聚变成α粒子所释放的能量，需燃烧多少千克氢
气？α粒子质量 4.0026u a m =，质子质量p 1.00783u m =，电子质量45.4810u
e m -=⨯（u 为原子质量单位）。

29．放射性原子核23892U （铀）发生α衰变，变为稳定新原子核Pa （镤）。

已知
U 238.029u m =，Pa 234.024u m =， 4.003u m α=，e 0.001u m =。

（u 为原子质量单位，1u 相当于931MeV 的能量）。

要求：
(1)写出原子核23892U （铀）的衰变方程；
(2)一个原子核23892U （铀）衰变为新原子核Pa 的过程中释放的能量。

（保留两位有效数
字）
30．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β衰变。

放射出β粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨迹半径为R 。

以m 、q 分别表示β粒子的质量和电荷量。

已知真空中的光速为c ，不考虑相对论效应。

(1)放射性原子核用A Z X 表示，新核元素符号用Y 表示，写出该β衰变的核反应方程；
(2)β粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求环形电流大小；
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为β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△m 。