长春市十一中学高中物理选修三第五章《原子核》经典练习(含解析)

一、选择题
1．一 静 止 的 铀 核 放 出 一 个 α粒 子 衰 变 成 钍 核 ， 衰 变 方 程 为
2382344
92
902U Th He →
+，下列说法正确的是（ ）
A ．
23892
U 中含有4
2He
B ．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C ．衰变后 α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
D ．200 个铀核经过一个半衰期后就只剩下 100 个铀核 2．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) 3．下列说法正确的是（ ）
A ．238
92U 衰变为22286Rn 要经过4次α衰变和2次β衰变
B ．衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C ．查德威克发现了中子，并第一次实现了人工合成放射性同位素
D ．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量
4．钴－60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。

在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐射保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。

一个钴60原子核（60
27Co ）放出一个β粒子后衰变成一个镍核（60
28Ni ），并伴随产生了γ射线。

已知钴60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m 1、m 2、m 3。

下列说法正确的（ ） A ．核反应中释放的能量为(m 1—m 2－m 3)c 2 B ．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子弱
C ．若有16个钴60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴60原子核
D ．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
5．碘131的半衰期约为8天,若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后,该药物中碘131的含量大约还有( ) A ．
4
m B ．
8
m C ．
16
m D ．
32
m 6．下列说法正确的是
A ．在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应
B ．铀元素的半衰期为T ，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化
C ．比结合能越小，原子核结合得越牢固，原子核越稳定
D ．轻核聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量 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．有一钚的同位素23994
Pu 核静止在匀强磁场中，该核沿与磁场垂直的方向放出x 粒子后，
变成铀（U ）的一个同位素原子核．铀核与x 粒子在该磁场中的旋转半径之比为1：46，则
（ ）
A ．放出的x 粒子是4
2He B ．放出的x 粒子是0
1e -
C ．该核反应是β衰变反应
D ．x 粒子与铀核在磁场中的旋转周期相等
9．在核反应方程414
17278
He+N O+X →
中，X 表示的是
A ．质子
B ．中子
C ．电子
D ．α粒子
10．铀（23892
U ）经过α、β衰变后形成稳定的铅（20682Pb ），在衰变过程中，中子转变为
质子的个数为（ ）
A ．6个
B ．14个
C ．22个
D ．32个
11．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 ．β射线是高速电子流
D ．电离本领最强的是γ射线
12．放射性元素A 经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B ，则元素B 在元素周期
表中的位置较元素A 的位置向前移动了 A ．1位
B ．2位
C ．3位
D ．4位
13．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 14．2007年是我国著名物理学家、曾任浙江大学物理系主任的王淦昌先生一百周年诞辰。

王先生早在1941年就发表论文，提出了一种探测中微子的方案∶7Be 原子核可以俘获原子的K 层电子而成为7Li 的激发态（7Li ）*，并放出中微子（当时写作η）即7Be+e→（7Li ）*+η，而（7Li ）*又可以放出光子γ而回到基态7Li ，（7Li ）*→7Li+γ。

下列说法正确的是
（ ）
A ．7Be+e→（7Li ）*+η是核聚变反应
B ．（7Li ）*和7Li 的核子数相同
C ．（7Li ）*和7Li 的比结合能相同
D ．（7Li ）*→7Li+γ的过程中，由于质量数守恒故未出现质量亏损
15．最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展。

1996年科学家在研究某两个重核结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核A
Z X 经过6次α衰变、2次
β衰变后的产物为253
100Y 。

由此可以判定超重元素的原子序数和质量数分别是（ ）
A ．110，265
B ．110，277
C ．114，277
D ．114，265
二、填空题
16．在核反应1
3
4
012n X H He E +→++∆E 过程中，X 是未知核。

由核反应知识可以确定X
核为______ 。

若10n 、X 核、3
1H 和4
2He 的静止质量分别为1m 、x m 、3m 和4m ，则E ∆的
值为______。

17．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）32
15Р是30
15P 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32
15Р经过多少天的衰变后还剩0.25mg 。

18．铀核裂变的一种方式是2351143901
92060400U+n Nd+Zr+3n+8X →，该反应的质量亏损是
0.2u ，1u 相当于931.5MeK 的能量。

(1)核反应方程中的X 是____________。

(2)该反应放出的能量是_______J 。

19．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方
程是：22311120H H He n +→+，已知21H 的质量为2.0136u ，3
2He 的质量为3.0150u ，
10
n 的质量为1.0087u ，1u 931MeV =。

氘核聚变反应中释放的核能约为____Mev （保
留两位有效数字）
20．1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用在β衰变中产生的中微子与水中1
1H 的核反应，间接地证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在。

中微子与水中的1
1H 发生核反应，请完成方程式：中微子+1
1H →0
1e ++_______。

上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，形成几乎静止的整体后，转变为两个γ光子，即
01
e ++01e -→2γ，正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，其原因是：_________。

21．快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238
吸收快中子后变成铀239，铀239（239
92U ）很不稳定，经过__________次β衰变后变成钚239（23993Pu ），写出该过程的核反应方程式：___________。

设静止的铀核239
92U 发生一次
β衰变生成的新核质量为M ，β粒子质量为m ，释放出的β粒子的动能为E 0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，求一次衰变过程中的质量亏损___________。

22．1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278t
P ，制取过
程如下：
(1)用质子轰击铍94Be 产生快中子，核反应方程：__________； (2)用快中子轰击汞20280
Hg ，反应过程可能有两种：
①生成20278t P ，放出氦原子核，核反应方程：____________； ②生成
20278t
P ，放出质子、中子，核反应方程：____________；
(3)生成的铂
20278t
P t 发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg ，核反应方程：
________________，
23．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=________．
24．国际权威学术期刊《自然》于2017年11月30日在线发布，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测到电子宇宙射线的一处异常波动，这意味着中国科学家取得了一项开创性发现．有理论预言，当两个暗物质粒子相遇时，由于互为反物质，它们便会湮灭，从而产生出高能的γ射线．假设有一个α粒子（4
2He ）和一个反α粒子（4
2He -），它们的质量均为m ，以相同的动能E k 进行对心碰撞而发生湮灭．已知普朗克常量为h ．试回答下列问题：
（1）该反应过程中__________． A ．可能只放出一束光子 B ．可能放出两个频率相同的光子 C ．可能放出三个频率相同的光子 D ．只能放出两个频率相同的光子
（2）该α粒子的动量为__________，其德布罗意波波长为__________．
（3）试计算该反应过程中放出的总能量E ．__________（已知真空中光速为c ）． 25．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，把粒子符号分别填在下列核反应式的横线上。

(1)23892U→234
90Th ＋________； (2)9
4Be ＋42He→12
6C ＋________； (3)234
90Th→234
91Pa ＋________；
(4)23592U ＋________→14156Ba ＋9236Kr ＋31
0n ； (5)147N ＋10n→14
6C ＋________。

26．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。

三、解答题
27．查德威克发现新粒子的实验示意图如图所示。

由天然放射性元素钋（Po ）放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A ，用粒子流A 轰击石蜡时，会轰击出粒子流B ，请问A 和B 分别是什么粒子？
28．核聚变的燃料可从海水中提取。

海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为
0.034g/L 。

从1L 海水中提取的氘发生聚变反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升
汽油？（汽油的热值为7
4.610J/kg ⨯）
29．核电站的核心部件是原子核反应堆。

现有一座原子核反应堆的功率为4110kW ⨯，1h 消耗燃料为8.75g 。

已知每个铀235裂变时放出的核能为8210eV ⨯，求燃料中铀235所占的百分率。

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 。