高考物理专题20原子物理备考强化训练50原子核一新人教版

强化训练50 原子核（一）
本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。

其主要目的在于通过训练使我们了解天然放射现象，掌握α射线、β射线、γ射线的本质及性质，知道半衰期概念.知道原子核的人工转变、质子和中子的发现，知道原子核的组成，会写核反应方程.理解核能、质量亏损概念及爱因斯坦的质能方程，会根据质量亏损和质能方程计算核能.知道重核的裂变、链式反应及轻核的聚变.第16题为创新题，提高我们对太阳的认识.全卷25题，总计135分，选做题14道备用。

一、破解依据
㈠五个守恒：⑴质量数守恒；⑵质子数（或核电荷数）守恒；⑶质量守恒（“亏损质量”与释放或吸收的“核能”相当）；⑷能量守恒。

⑸对衰变、嬗变等过程，间或应用动量守恒。

㈡两个方程：
m㈢一个半衰期（τ）：反映衰变的速度。

核能的计算
．．．．
．
为反应物、
．．．．．生成物的静止质量之差
．．．．．．．．．．即核能（动能）的增
．．．．．．．．．
加．等于
．．“系统能量”的减少
．．．．．．．．．；反之亦反之
．．．．．．㈤核力及其做功问题：
核力的功等于核能的变化
二、精选习题
㈠选择题（每小题5分，共65分）
(14上海)A.质子 B.中子 C.β粒子 D.α粒子
2.(17江苏)原子核的比结合能曲线如图-1所示．根据该曲线，下列判断正确的有(
)
A．42He核的结合能约为14 MeV
B．42He核比63Li核更稳定
C．两个21H核结合成42He核时释放能量
D．23592U核中核子的平均结合能比89
36Kr核中的大
图-1
3.（16全国Ⅲ）一静止的铝原子核俘获一速度为m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核，下列说法正确的是
A ．核反应方程为
B．核反应方程过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
E ．硅原子核速度的数量级为m/s，方向与质子初速度方向一致
4．（17全国Ⅰ）
已知的质量为2.013 6 u
，的质量为3.015 0 u
，的质
量为1.008 7 u c A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV
5(16江苏
)
6.（16上海）αβ（A）1位（B）2位
（C）3位（D）4位
7. （16上海）
αβαβ8.（15北京）下列核反应方程中，属于α衰变的是
A ． B.
C. D.
9. （15福建） B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
10. （15
广东）XY C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应
11.（14北京）质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
图-2
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
12. (14福建)
A.①表示γ射线,③表示α射线
B.②表示β射线,③表示α射线
C.④表示α射线,⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线,⑥表示α射线
13.(14重庆
)㈡填空题（共24分）
14.（15江苏）（4分）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料。

受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_____个中子。

要使链式反应发生，裂变物质的体积要_________（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。

15．(14江苏)（4分
）16.（15江苏）（4分
）
17.（15宿迁检测）（4分）2014年5月10日南京发生放射源铱-192
丢失事件，铱-192化学符号是Ir，原子序数77，半衰期为74天．铱-192通过β衰变放出γ射线，γ射线可以穿透10-100mm厚钢板．设衰变产生的新核用X表示，写出铱-192的衰变方程▲ ；若现有1g铱-192，经过148天有▲ g铱-192发生衰变．
18.（16全国II）（4分）A ．B ．
C ．
D ．
E ．
F ．
19. （14徐州一中）（4分）核聚变电站被称为“人造太阳”，它来自下面的反应：4个质子（氢核）聚变成1个α粒子，同时释放2个正电子和2个没有静止质量的中微子，质子、氦核、正电子的质量分别为m p、mα、m e，真空中的光速为c．此聚变的核反应方程，核反应过程中释放的能量△E=．
㈢计算题（共46分）
20. （15江苏）（4分）取质子的质量
，中子的质量
，粒子的质量，光速，请计算粒子的结合能，（计算结果保留两位有效数字）
21. （15江苏）（4分）
图-3
22.（15海南）（8分）运动的原子核放出粒子后变成静止的原子核Y。

已知X、Y和粒子的质量分别是M、和，真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速。

求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能。

23. （14洛阳联考）（8分）两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：
21H＋21H→31H＋1H.已知氘核的质量为 2.013 6 u，氚核的质量为3.015 6 u，氕核的质量为
1.007 3 u，1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少兆电子伏特？
(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氕核所具有的动能为多少兆电子伏
特？
24（15徐州）（6分）C⑶太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程
是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，v e为中微子，
①确定核反应方程中a、b的值；
②在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的
库仑斥力。

设质子的质量为m，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W。

若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
25.（17北京）（16分）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α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.用m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．
(1)放射性原子核用A Z X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．
(3)设该衰变过程释放的核能都转为α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Δm.
(四)选做题
55Cs) 26．（14烟台）2011年3月11日日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯137(137
对核辐射的影响最大，其半衰期约为30年.
55Cs)发生β衰变的核反应方程 ________________________[已知
(1)请写出铯137(137
53号元素是碘(I)，56号元素是钡(Ba)]．
(2)若在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中的质量亏损为________(真空中的光速为c)．
(3)泄漏出的铯137要到约公元________年才会有87.5%的原子核发生衰变．
27.（13上海）在一个原子核衰变为一个原子核的过程中，发生β衰变的
次数为
(A)6次(B)10次(C)22次(D)32次
28．13重庆）铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：
则a+b可能是
A． B． C． D．
29．（13天津）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. α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
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
30.（14临川二中）A．根据玻尔理论，氢原子在辐射光子的同时，轨道也在连续地减小
B. 放射性物质的温度升高，则半衰期减小
用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,不可能使氘核分解为一个质子和一个中子
现在的很多手表指针上涂有一种新型发光材料，白天吸收光子外层电子跃迁到高能轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发光的波长二定跟吸收的光的波长完全一致E．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
31.（15海南）A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
32.（14重庆联考）太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X 的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( ) A．方程中的X表示中子(10n)
B．方程中的X表示正电子(01e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－m3)c2
33.（14珠海二模）“两弹”所涉及的基本核反应方程有：①235
92U＋10n→90
38Sr＋136
54Xe ＋1010n,②21H＋31H→42He＋10n,关于这两个方程,下列说法正确的是（）①
C．方程①的核反应是太阳能的源泉
3132
34.（14江西师大附中）关于近代物理学的结论中，下面叙述中正确的是（）
A．结合能越小表示原子核中的核子结合的越牢固
D．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，原子总能量也减小
35. （15天津）物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是
A .天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B .电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C .a粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D .密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
36.（15丰台二练）下列关于α粒子的说法正确的是
A. 物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子核内部有复杂的结构
B. 原子核放出α粒子即α衰变，α衰变的核反应方程式为
C. 原子核放出α粒子即α衰变，α衰变的实质是一个中子转化一个质子和电子
D. 比较α、β、γ三种射线，由α粒子组成的α射线，电离能力最弱、穿透能力最强
37.（15
日照联测）B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
38. (15扬州开考)⑴下列说法中正确的是（）
A．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大
B ．查德威克发现中子的核反应是：
C ．衰变说明了粒子（电子）是原子核的组成部分
D．“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变
39.（15陕西三模）如图-4是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图象，由此可知（）
4
A．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量
B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量
C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要释放能量
D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量
三、参考答案
㈠选择题
⒈【答案】
⒉【答案】BC．
【另解】(1)结合能等于比结合能乘以核子数，故42He核的结合能约为28 MeV，A错误；由图像可知42He核的比结合能大于63Li核的比结合能，故B正确；两个21H核结合成一个42He核，结合能增加，故一定存在质量亏损，故要释放能量，C正确；23592U核中核子的平均结合能小于8936Kr核中的，故D错误．
⒊【答案】【解析】⒋【答案】【解析】
氘核聚变反应的质量亏损
，故B正确，ACD 错误。

⒌【答案
】
⒍【答案】【解析】
αβ
αβ
⒎【答案】【解析
】
⒏【答案】B
【解析】α衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出α粒子的过程。

可以很容易的选出 B 正确；A 选项为人工转变方程；C 选项为轻核聚变；D 选项为β衰变。

㈡填空题
图-4
⒐【答案】
⒑【答案】【解析】
⒒【答案】C
【解析】本题考查质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝(m1＋m2－m3)，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确，A、B、D错误．⒓【答案】C
【解析】α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．在匀强电场中，α射线与β射线分别在电场力的作用下发生偏转，α射线偏向负极板，β射线偏向正极板，γ射线不受电场力，不发生偏转；在磁场中，由左手定则可以判断α射线向左偏，β射线向右偏，γ射线不受洛伦兹力，不发生偏转．故C项正确．
⒔【答案】【解析】（二）填空题
⒕【答案】3，大于或等于。

【解析】由质量数和电荷数守可知：，可见产生了3个
中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。

⒖【答案】【解析】解得t=3.8×4天=15.2天。

⒗【答案】
【解略】
⒘【答案】
；。

【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程，铱-192的衰变方程为：
⒙【答案】衰变C ；衰变AB ；裂变E ；聚变F。

⒚【答案】【解析】（1）核反应方程式为：（2）核反应过程中的质量亏损△m=（4m P-m a-2m e），根据爱因斯坦质能方程：△E=△mc2可知，核反应释放的能量，△E=（4m P-m a-2m e）c2．㈢计算题
⒛【解答】
21.【解答】22.【答案】
，
【解析】反应后由于存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，故根据爱因斯坦质能方程可得①
反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有，②
联立①②可得23. 【答案】(1)4.005 MeV；(2)4.5 MeV。

【解析】(1)由质能方程得ΔE ＝Δmc 2
＝(2×2.0136 u －3.015 6 u －1.007 3 u)×931.5 MeV ＝4.005 MeV.
(2)相互作用过程中动量守恒，设新生核的动量大小分别为p 1、p 2，则p 1＝p 2＝p
E k m 1＝12m 1v 21＝p22m1
E k m 2＝12m 2v 2＝p22m2
由能量守恒定律，有 2E k ＋ΔE ＝E km1＋E km2 解得E km2≈4.5 MeV.
24. 【答案】①1和2；②
【解析】（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知：，
（2）设运动质子速度为v ，且以该速度方向为正方向，此过程中动量守恒， 则有： 根据能量守恒得：
解得：
25. 【答案】【解析】v 根据圆周运动的参量关系有
得α粒子在磁场中运动的周期
根据电流强度定义式，可得环形电流大小为
vMvmv 可得
根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有
解得
㈣选做题
26. 【答案】(1)137 55Cs→137 56Ba ＋ 0－1e (2)E
c2
(3)2101
【解析】(1)铯137(137 55Cs)发生β衰变的核反应方程为137 55Cs→137 56Ba ＋ 0－1e. (2)由爱因斯坦的质能方程得ΔE ＝Δmc 2
可知，该反应过程中的质量亏损为E
c2
. (3)泄漏出的铯137有87.5%的原子核发生衰变，还剩12.5%，设衰变的时间为t ，则⎝ ⎛⎭
⎪⎫12
t T ＝1
8
，因半衰期T ＝30年，则t ＝90年，即要到约公元2101年．
27. 【答案】A 【解析】一个
原子核衰变为一个
原子核的过程中，发生α衰变的次数为
（238-206）÷4=8次，发生β衰变的次数为2×8-(92-82)=6次，选项A 正确。

28. 【答案】D
【解析】由核反应遵循的质量数守恒可知a+b 的质量数之和为234，由核反应遵循的电荷数守恒可知a+b 的电荷数为92，所以a+b 可能是
，选项D 正确。

29. 【答案】C
【解析】原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，衰变，放出能量，有质量亏损，质量不守恒，选项A 错误。

α射线、β射线都是高速运动的带电粒子流，而γ射线是电磁波，选项B 错误。

根据波尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，选项C 正确。

发生光电效应时光电子的动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，选项D 错误。

30. 【答案】【解析】玻尔理论认为原子的能量是量子化的，轨道半径也是量子化的，故A 错误；B 、半衰期只与元素本身有关，物温度状态等因素无关，故B 错误；C 、而且根据能量守恒得知，总动能肯定大于零，所以氘核分解为中子和质子时，它们不可能都是静止的，动能之和肯定大于零．故C 正确；D 、由高能轨道向低能级辐射光子时，不止放出一种波长的光子，所以不是跟吸收的光的波长完全一致，故D 错误；E 、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，轨道半径减小，能量减小，释放一定频率的光子，根据
k
知，电子动能增大，则电势能减小．故E 正确，故选CE
31. 【答案】
32. 【答案】B
【解析】核反应方程为411H→42He ＋201e ，即X 表示正电子，这个核反应中质量亏损Δm
＝4m 1－m 2－2m 3，这个核反应中释放的核能ΔE ＝(4m 1－m 2－2m 3)c 2
，选项B 正确．
33. 【答案】【解析】A 、方程①是质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，故A 错误；B 、方程②是质量数较小的和转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故B 正确；C 、太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，故C 错误；D 、同位素的质子数相同，故D 错误．故选：B
34. 【答案】BCE
【解析】比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．故A 错误；B 、β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，不是原子中的电
子，故B 正确；C 、根据电荷守恒和质量守恒，D 、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，则有：k
，可知电子的动能减小，由
于电子吸收能量才会向高能级跃迁，所以原子总能量增大，故D 错误；E 、质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损△m=2m 1+2m 2-m 3，由质能方程可知，释放的能量△E=△mc 2=（2m 1+2m 2-m 3）c 2；故E 正确；故选BCE
35.【答案】A
36. 【答案】】B
【解析】物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子内部有复杂的结构，不能说明原子核内部有复杂的结构，故A错误；原子核放出α粒子即α衰变，新核质量数减少4，质子数减少2，故B正确；α衰变是一种放射性衰变.在此过程中,一个原子核释放一个α粒子,并且转变成一个质量数减少4,核电荷数减少2的新原子核，故C错误；α、β、γ三种射线，由α粒子组成的α射线，电离能力最强、穿透能力最弱，γ穿透能力最强，故D错误。

37. 【答案】CD
【解析】B、半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；
38. 【答案】BD
【解析】A、光电子的初动能与入射光的频率有关，随着入射光频率增大而增大，用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大，比如红外线照射金属比用红光照射同种金属产生的光电子的初动能小，故A错误；
B、德威克发现中子的核反应用粒子轰击铍核，产生和中子，故B正确；
C、衰变中产生粒子不是原子核存在的，而中子转化而来的，故C错误；
D、“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体的矢量和保持不变，故D正确。

故选：BD
39.【答案】【解析】根据重核裂变、轻核聚变都有质量亏损，都向外释放能量，从而即可求解．
A、D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放．故A正确，B 错误．
C、若A分裂成B和C，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放．故C正确，D错误．。