2021年高中物理选修三第五章《原子核》经典练习卷(答案解析)

一、选择题
1．以下说法正确的是（ ）
A ．α粒子散射实验说明原子核内部是有结构的
B ．β射线是由原子核外电子电离产生
C ．氢弹利用了核聚变反应
D ．查德威克发现了质子 2．下列说法正确的是（ ） A ．
238234
92
90U Th X →+中X 为电子，核反应类型为β衰变
B ．234
112H+H He+Y →中Y 为中子，核反应类型为人工核转变
C ．235113690
9205438U+n Xe+Sr+K →，其中K 为10个中子，核反应类型为重核裂变
D ．14417
728N+He O+Z →，其中Z 为氢核，核反应类型为轻核聚变
3．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 ．32411120H+H He+n →
B ．2351141921
92056360U+n Ba+Kr+3n →
C ．2382380
94951Pu Am+e -→ D ．274301132150Al+He P+n →
4．下列说法中正确的是（ ）
A ．机械波和光有波动性，实物粒子不具有波动性
B ．用弧光灯发出紫外线照射锌板并发生光电效应后，锌板带正电
C ．由于核聚变需要很高的环境温度，2
1H 和3
1H 发生聚变过程中是需要从外界吸收能量的 D ．构成物体的质量是守恒不变的
5．一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q 1，两个氘核
发生核反应生成一个氦核，氘核聚变反应方程是2231
1120H H He n +→+。

该反应放出的能
量为Q 2，聚变反应中生成氦核的比结合能（ ） A ．
12
3
Q Q + B ．1
2
3
Q Q - C ．12
2
3
Q Q + D ．21
2
3
Q Q + 6．下列说法正确的是
A ．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的
B ．铀核（238
92 U ）衰变为铅核（208
82 Pb ）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 C ．一个氢原子从量子数n ＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子 D ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的强度太小 7．朝鲜“核危机”举世瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆．因为
重水堆核电站在发电的同时还可以产出供研制核武器的钚23994u P 这种23994u P 由铀239
92U 衰变
而产生．则下列判断中正确的是（ ）
A ．23994u P 与239
92U 具有相同的中子数 B ．23994u P 与239
92U 核内具有相同的质子数 C ． 239
92U 经过2次β衰变产生23994u P D ． 239
92U 经过1次α衰变产生23994u P
8．K -介子方程为0ππK --→+，其中K -介子和π-介子是带负电的基元电荷，0π介子不带电。

一个K -介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径K R -与πR -之比为2∶1，如图所示，0π介子的轨迹未画出，由此可知π-介子的动量大小与0π介子的动量大小之比为 （ ）
A ．1∶1
B ．1∶2
C ．1∶3
D ．1∶6
9．钍
234
90
Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随γ射线产生，
其方程为
234
23490
91
Th Pa x →
+，钍的半衰期为24天，则下列说法中正确的是（ ）
A ．此反应为钍核裂变，释放大量的核能，方程中的x 代表质子
B ．x 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C ．γ射线是镤原子核外电子跃迁放出的高速粒子
D ．1g 钍
23490
Th 经过120天后还剩0.2g 钍
10．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
11．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．下列有关放射性知识的说法中，正确的是 A ．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
B ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
C ．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，则经3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
D ．
23892
U 衰变成20682P b 要经过4次β衰变和8次α衰变
12．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是
A ．14140
671C N e -→+
B ．2351139951920533902U n I Y n +→++
C ．23411120H +H He+n →
D ．427301213150He +Al P+n →
13．某放射性元素X 的原子核发生了β衰变，产生了新的元素Y 原子核，同时放出γ光子，下列判断正确的是（ ） A ．Y 比X 原子序数小
B ．Y 原子核比X 原子核核子平均质量小
C ．X 原子核放出β射线，表明X 原子核内有β粒子
D ．γ光子来自X 原子核
14．下列关于原子和原子核的说法正确的是（ ） A ．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B ．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化 C ．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D ．平均结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
15．在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素24
11Na 发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹为内切圆，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A ．24
11Na 发生的是α衰变 B ．轨迹1是新核的径迹 C ．新核的中子数为13
D ．新核沿逆时针方向旋转
二、填空题
16．正电子发射计算机断层显像（PET ）的基本原理是：将放射性同位素15O 注入人体，参与人体的代谢过程。

15O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。

根据PET 原理，回答下列问题：
(1)写出15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式。

（_______） (2)将放射性同位素15O 注入人体，15O 的主要用途是（______）
A ．利用它的射线
B ．作为示踪原子
C ．参与人体的代谢过程
D ．有氧呼吸 (3)PET 中所选的放射性同位素的半衰期应______。

（选填“长”“短”或“长短均可”） 17．一静止的氡核
222
86
Rn 衰变为钋核21884Po 和α粒子，其中222
80Rn 、21884Po 、α粒子的质量
分别为m 1、m 2、m 3，设释放的核能全部转化钋核和α粒子的动能：
(1)写出衰变方程式______；
(2)求α粒子的动能______。

18．如图所示实验装置可实现原子核的人工转变，当装置的容器内通入气体B时，荧光屏上观察到闪光。

图中气体B是________，该原子核人工转变的核反应方程式是_________。

19．钾40放射正电子后衰变为稳定的40，其半衰期为9
1.3710
⨯年：从某一岩石样本中，钾40的原子数和氩40的原子数之比为1：7．其核反应方程为________________,估算该岩石样品形成的年代为________年前．
20．钍232经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素，这种元素的原子量为
_________，核电荷数为__________．
21．电子俘获是指原子核俘获一个核外轨道电子，使核内一个质子转变为一个中子．则发生电子俘获的核反应方程式为_________；若该核反应中释放出的能量与一个频率为ν的光子能量相等，已知真空中光速和普朗克常量分别为c和h，则该光子的动量为
_________．
22．（1）关于下列四幅图的说法，正确的是__________
A．图甲中放射源放出的三种射线是由同一种元素的原子核释放的
B．图乙中用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，锌板和验电器均带正电
C．图丙为黑体辐射规律，普朗克提出能量子概念成功解释了这个规律
D．图丁中电子束通过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性
（2）我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P的高纯度和高亮度激光，当该激光垂直照射到某纯黑物体表面时能被完全吸收．已知真空中光速为c，普朗克恒量为h，则该激光发出的光子的动量为_______，纯黑物体受到该激光的压力为_____．（3）氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中,是除吸烟外导致肺癌的重大因素．静止的氡
核222
86Rn放出一个粒子X后变成钋核218
84
Po，钋核的动能为0.33MeV，设衰变放出的能量
全部变成钋核和粒子X的动能．
①写出上述衰变的核反应方程_________；
②求粒子X的动能 __________．（保留两位有效数字）
23．1932年查德威克用α粒子去轰击铍核9
4Be，发现了中子，并产生一个碳核12
6
C，已知
α粒子质量为m α，铍核的质量为p m ，中子的质量为n m ，碳核的质量为C m 。

该核反应方程为_________，核反应过程的质量亏损为________________。

24．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核
23592
U 为燃料的反应堆中，当23592U
俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：
235
113995192
54
380U
n
Xe
Sr+3n 。

已知23592U 的原子质量为235.0439 u ，1
0n 的原子质量为
1.0087 u ，13954Xe 的原子质量为138.9178 u ，95
38Sr 的原子质量为93.9154 u ，且1 u 的质量对应的能量为9.3×102 MeV ，此裂变反应释放出的能量是________MeV 。

25．若核反应堆发生泄漏，铯137（137
55Cs ）对环境的影响最大，其半衰期约为30年。

(1)请写出铯137（137
55Cs ）发生β衰变的核反应方程___________[已知53号元素是碘（I ），56号元素是钡（Ba ）]；
(2)泄漏出的铯137约要到公元___________年才会有87.5%的原子核发生衰变。

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3
1.98kg/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
27．一个质子的质量为m 1，一个中子的质量为m 2，氦核的质量为m 3，光速为c 。

（1）写出核子结合成氦核的核反应方程； （2）计算氦核的比结合能E 。

28．碳14的半衰期是5730年。

现有一具古代生物遗骸，其中碳14在碳原子中所占的比例只相当于现代生物中的
1
4
，请推算生物的死亡时间。

Li俘获一个速度为7.7×104m/s的中子而发生核反应，反应29．静止在匀强磁场中的锂核6
3
中放出的α粒子的速度为2×104m/s，其方向与反应前的中子的速度方向相同。

(1)写出核反应方程；
(2)求反冲核的速度；
(3)求α粒子与反冲核运动周期之比。

Ra）发生了一次α衰变，产生30．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的镭核（226
88
了新核氡（Rn），并放出能量。

放射出的α粒子速度为v，并且在与磁场垂直的平面内做圆周运动。

已知衰变中放出的光子动量可以忽略，α粒子的质量为m，电荷量为q，光速用c表示。

（1）写出α衰变方程；
（2）若射出的α粒子运动轨迹如图所示，求出氡核在磁场中运动的轨道半径，并定性地画出氡核在磁场中的运动轨道；
（3）若衰变放出的能量全部转化为α粒子和氡核的动能，求衰变过程的质量亏损。