山东师范大学附属中学高中物理选修三第五章《原子核》经典题(含答案解析)

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
2．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，则以下说法正确的是（ ）
A ．该原子核发生了α衰变
B ．反冲核沿小圆做逆时针方向运动
C ．原静止的原子核的原子序数为17
D ．沿大圆和沿小圆运动的粒子的周期相同 3．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 4．下列说法中不正确的是( )
A ．2341
1120H+H He+n →是聚变
B ．235114094192054380U+n Xe+Sr+2n →是裂变
C ．
226222
498
962Ra Rn+He →
是α衰变
D ．24
240
1112
-1Na Mg+e →是裂变
5．以下说法正确的是（ ）
A ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的
B ．
232
90
Th 成为原子核20882Pb ，要经过8次α衰变和6次β衰变
C ．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力和电离能力都最强
D ．28
12Mg 半衰期为21小时，则10个28
12Mg 原子核，经过21小时后还有5个未衰变 6．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24天后，该药物中碘131的含量大约还有（ ） A ．二分之一
B ．四分之一
C ．八分之一
D ．十六分之一
7．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
8．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为2382344
92902U Th+He →.下列说法
正确的是（ ）
A ．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B ．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C ．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D ．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 9．有关原子及原子核方面的知识，下列说法正确的是（ ）
A ．放射性物质衰变时放出来的γ光子，是原子从高能级向低能级跃迁时产生的
B ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C ．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
D ．轻核聚变要在很高的温度下才能发生
10．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核X 的径迹是两个相切的圆．圆的直径比为7∶1，碳14的衰变方程是( )
A ．14410
624C He X →+ B ．14
11560
6C e X -→
+
C ．14
01461
7C e X -→
+ D ．14212
615C H X →+
11．下列说法正确的是
A ．天然放射现象的发现揭示了原子具有核式结构
B ．温度升高，放射性元素衰变的半衰期减小
C ．原子核发生β衰变后原子序数不变
D ．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短的多，因此放射性废料容易处理 12．由于放射性元素
23793
Np 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工
的方法制造后才被发现．已知23793
Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi ，下列论断
中正确的是（ ）
A ．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒
B ．
209
83
Bi 的原子核比23793Np 的原子核少28个中子
C ．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D ．经过两个半衰期后含有
237
93
Np 的矿石的质量将变为原来的四分之一
13．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变的核反应方程是
2351891
92
036r 0U n X K 3n +→++，则下列叙述正确的是
A ．X 原子核中含有144个核子
B ．X 原子核中含有86个中子
C ．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少
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 14．一个静止的原子核a b
X 经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为
E 0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为
（ ）
A ．02E c
B ．()0
2
4E a c -
C ．
()02
4a E c - D ．
()0
24aE a c -
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
16．一个静止的钚核
自发衰变成一个铀核
23592
U 和另一个原子核X ，并释放出一定的
能量。

其核衰变方程为： 239235
9492Pu U X →＋。

（1）方程中的X 核符号为________。

（2）钚核的质量为239.0522u ，铀核的质量为235.0439u ，X 核的质量为4.0026u ，已知1u 相当于931.5MeV 的能量，则该衰变过程放出的能量是________MeV ；
（3）假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和X 核的动能，则X 核与铀核的动能之比是________。

17．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，
23592
U 是核电站常用的核燃料。

23592
U 受一个中子轰击后裂变成14456Ba 和89
36Kr 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”、“等于”或“小于”）临界体积。

18．两种放射性元素的原子a
c A 和b
d B ，其半衰期分别为T 和
1
2
T ，若经过2T 后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为____________，若经过2T 后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为___________________.
19．钾40放射正电子后衰变为稳定的40，其半衰期为91.3710⨯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．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转
动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。

（1）下列说法中正确的是____________
A ．在图中的A 、
B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B ．在图中的B 位置进行观察；屏上观察不到任何闪光
C ．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D ．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹 （2）卢瑟福根据该实验的实验结果提出了_____________模型。

21．天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。

有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核（11H ）聚变成氦核（4
2He ），同时放出2个正电子
（0
1e ）和2个中微子（
0ν），请你写出该氢核聚变反应的方程_____________________，并计算一次反应释放的能量是_____________________J 。

(2)研究表明，银河系的年龄约为173.810s t =⨯，每秒钟银河系产生的能量约为
37110J ⨯。

现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，请你尝试估算银河系中氦的含
量，并根据你的估算结果，对银河系中氢的主要生成途径作出判断：银河系中的氦主要是______________（选填A 或B ） A ．宇宙诞生后2分钟左右生成的；
B ．宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的（可能用到的数据：银河系质量约为41
310kg M =⨯，原子质量单位27
1u 1.6610
kg -=⨯，1u 相当于101.510J -⨯的能
量，电子质量0.0005 u m =，氦核质量 4.0026u m α=，氢核质量 1.0078u D m =，中微子
0ν的质量为零）。

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202
78t 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．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． 24．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核的反应方程是___________________，此反应过程的质量亏损为m ．已知阿伏伽德罗常数为A N ，真空中的光速为c ．若1 mol 氘核和1 mol 氚完全发生核反应生成氦核，则在这个核反应中释放的能量为_______________． 25．如图，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数（N ）与原来总原子核数（N 0）的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为______天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将_____________（填“变长”、“不变”或“变短”）
26．静止的镭核
22686
Ra 发生α衰变，生成Rn 核，该核反应方程为______________，已知
释放出的α粒子的动能为E 0，假定衰变时能量全部以动能形式释放出去，该衰变过程总的质量亏损为____________。

三、解答题
27．速度为0v 的中子1
0n 击中静止的氮核147
N ，生成碳核
126
C 和另一种新原子核X ，已知126
C 与X 的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后
126
C 与X 的动量之比为21∶。

(1)求X 的速度大小。

(2)碰后
12
6
C 与X 在同一磁场中做匀速圆周运动的半径之比
28．用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核（6
3Li ），发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m ，质子的质量可近似看作m ，光速为c 。

(1)写出核反应方程；
(2)求氚核和α粒子的速度大小；
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。

29．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。

“国际热核聚变实验堆（ITE R ）计划”俗称”“人造太阳”，即为人工可控热核反应堆。

该装置中发生的核聚变反应是2
1H 和3
1H 聚变生成42He ，释放能量。

21H 可以自海水中提取，3
1H 可由锂矿中制得。

已知2
1H 的质量为2.0141u ，3
1H 的质量为3.0160u ，4
2He 的质量为4.0026u ，
10
n 的质量为1.0083u ，21uc 931.5MeV =。

(1)写出该聚变的核反应方程；
(2)计算一次这样的热核反应过程释放出的能量；
(3)若将“人造太阳”产生的电能输送到城市，送电功率为6
1 1.810kW P =⨯，采用超高压输
电，输电电压为2500kV U =，而这种人造太阳发电机输出的电压为118kV U =，要使输电线上损耗的功率小于输送电功率的5%，求输电线的总电阻。

30．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核
(
)147
N 产生氧()178O 并发现了一种新的粒子。

已知
氮核质量为N 14.00753u m =，氧核的质量为017.00454u m =，α粒子质量为
4.00387u m α=，新粒子的质量为p 1.00815u m =。

（已知：1u 相当于931MeV ，结果
保留2位有效数字）求： (1)写出发现新粒子的核反应方程；
(2)核反应过程中是吸收还是释放能量，并求此能量的大小；
(3)α粒子以7
0310m /s v =⨯的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核，反应生成的氧核
和新的粒子同方向运动，且速度大小之比为1:43，求氧核的速度大小。