原子物理练习题 附参考答案

原子物理
1.下列说法中正确的是
（ ）A.玛丽·居里首先提出了原子的核式结构学说B.卢瑟福通过α粒子散射实
验，提出了原子的核式结构学说C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说
2.为强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦，2004年6月，联合国第58次大会通过决议，确定2005年为“世界物理年”.爱因斯坦是继牛顿之后最伟大的科学家之一，他在1905年发表的五篇论文涉及了分子动理论、相对论和量子理论，为日后的诸多技术奠定了基础.关于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法正确的是 （ ）A.E =mc 2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE =Δmc 2可以计算核反应中释放的核能C.一个质子和一个中子结合成氘核时释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D.E =mc 2中的E 是发生核反应时释放的核能
3.从原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是 （ ） A.原子核中，有质子、中子，还有α粒子B.原子核中，有质子、中子，还有β粒子 C.原子核中，有质子、中子，还有γ粒子D.原子核中，只有质子和中子
4.关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（ ）A.α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强 B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 C.γ射线一般是伴随着α或β射线产生的，它的穿透能力最强D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最强
5.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的，u 夸克带电荷量为3
2
e ，d 夸克带电荷量为-
3
1
e ，e 为元电荷.下列论断中可能正确的是（ ）A.质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C.质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成 6.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为
O 16
8
+n 10→N a
7+X 0b
.对式中X 、a 、b 的判断正确的是（ ） A.X 代表中子，a =17,b =1B.X 代表电子，a =17,b =-1C.X 代表正电子,a =17,b =1D.X 代表质子，a =17,b =1 7.下列说法正确的是（ ）A.H 21+H 31→He 42+n 1
0是聚变B.U 23592+n 10→Xe 14054+Sr 9438+2n 10是裂变
C.Ra 24
11→Rn
222
88
+He 42是α衰变D.Na 2411→Mg 2412+e 0
1-是裂变
8.钍核
Th 232
90
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Pb 20882，它比Th 232
90少8个
中子B.铅核的符号为Pb 204
78
，它比Th 23290少16个中子C.铅核的符号为Pb 20882，它比Th 232
90少16个中子
D.铅核的符号为Pb 22078
，它比Th 23290少12个中子
9.核反应方程He 4
2+N 147→O
178+H 1
1是发现质子的核反应方程，关于这个方程，下列说法正确的是
（ ）A.这个核反应方程是人类首次实现的原子核的人工转变B.完成这个核反应方程实验的科学家是卢瑟福
C.这个核反应方程利用了放射源放出的β射线
D.这个核反应方程利用了放射源放出的α射线
10.美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63（Ni 63
28）和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负
载
为
负
载
提
供
电
能.
下面有关该电
池的
说法正确的是
（ ）A.镍63的衰变方程是Ni 63
28→e 0
1-+Cu 63
27 B.镍63的衰变方程是Ni 63
28→e 0
1-+Cu 6429 C.外接负载时镍63的电势比铜片高D.该电池内电流方向是从铜片到镍
11 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的
科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式的是
（ ）
A.
N 14
7
+He 42→O 178+H 1
1
B. U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10
C. U 23892
→Th 23490+He 4
2
D.
H 21+H 31→He 4
2+n 10
12.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（P o ）放出α射线轰击铍时会产生粒子流a ，用粒子流a 打击石蜡后会打出粒子流b ，经研究知道 （ ）A.a 为质子，b 为中子
B.a 为γ射线，b 为中子
C.a 为中子，b 为γ射线
D.a 为中子，b 为质子 3.下列说法正确的是 （ ）A.α射线和γ射线都是电磁波B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法
都不能改变原子核衰变的半衰期D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量 4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是（ ）
5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在匀强磁场中的运动
轨
迹
，
可
以
判
定
（ ）A.原子核只可能发生β衰变B.原子核可能发生α衰变或β衰变C.原子核放出一个正电子D.原子核放出一个中子
6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其
主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用
而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结确的是
（ ）A.铀238的衰变方程式为：
U 23892
→Th 23490+He 4
2 B. U 235
92和U 23892互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
17.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是（ ）A.它们都是利用核裂变释放原子核能B.它们都是利用核聚变释放原子核能 C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能D.以上说法都不正确 18.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚239（Pu
239
94
），这种
Pu
239
94
可以由铀239（
U 23992
）经过
n 次β衰变而产生，则n 的值是（ ）A.2 B.239 C.145
D.92
19.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是 （ ） A.γ射线的贯穿作用B.α射线的电离作用C.β射线的贯穿作用D.β射线的中和作用
20.质子的质量为mp ，中子的质量为mn ，氦核的质量为m α，下列关系式正确的是 （ ） A.m α=2m p +2m n B.m α＜2m p+2m n C.m α＞2m p +2m n D.以上关系都不对
21已经证实质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电荷量为3
2
e ，下夸克带电荷量
为-3
1
e ,e 为电子所带电荷量的大小.如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l,l=1.5×10-15 m.
试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）.
22钍核Th 230
90
发生衰变生成镭核Ra 226
88并放出一个粒子。

设该粒子的质量为m 、电荷量为q ，它进入电势差为
U 的带窄缝的平行平板电极1S 和2S 间电场时，其速度为0v ，经电场加速后，沿ox 方向进入磁感应强度为B 、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox 垂直平板电极2S ，当粒子从p 点离开磁场时，其速度方向与ox
方位的夹角︒=60θ，如图所示，整个装置处于真空中。

（1）写出钍核衰变方程；
（2）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R ； （3）求粒子在磁场中运动所用时间t 。

23.1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是用太阳能电池把所接收到的太阳光能转化成电能供电动机工作的.假设车上的太阳能电池接收太阳光能的面板面积S=8 m2，正对太阳时能产生U=120 V 的电压，并对车上的电动机提供I=10 A 的电流，电动机的电阻R=4 Ω，太阳光照射到地面上单位面积上的辐射功率P0=1.0×103 W,求： （1）该车的太阳能电池转化太阳光能为电能的效率η1是多大？电池把电能转化成机械能的效率η2是多大？ （2）太阳辐射的能量实际上是核聚变释放的核能，其热核反应方程是
4H 1
1
→He 42+2e 0
1，若质量m=1 kg 的质
子发生此核聚变所释放的核能完全转化为该车行驶的机械能，则能够维持该车行驶的最长时间是多少？（已知mp=1.672 6×10-27 kg,m α=6.642 5×10-27 kg,me=0.000 9×10-27 kg,质子的摩尔质量M=1.0×10-27 kg/mol,NA=6.02×1023 mol-1)
241905年爱因斯坦提出了著名的质能关系式：E=mc2，其中E 是能量，单位为焦耳(J);m 是质量，单位是千克（kg ）；c 为光速，单位是米/秒（m/s ），质能关系式说明了质量与能量的对应关系，当质量发生变化时，能量也将发生变化，若质量变化为△ m 时，对应的能量变化为 △E ，则根据质能关系式有△E =△mc2。

太阳等恒星不断向外辐射能量，是以内部质量的减少为代价的，在太阳内部进行着四个氢核
H
1
1转变成一个氦核
He 4
2
的核聚变反应，发生核聚变反应时释放出一定的能量，并伴随着一定质量的减少，研究表明，1kg 氢聚变时
发生的质量减少为7×10-3kg ，由于只有太阳核心区的高温才足以使氢核产生聚变反应，所以处于太阳核心区的氢才是可利用的，太阳质量为 2.0×1030kg ，太阳核心区氢的质量约占太阳质量的十分之一，太阳每秒钟向太空辐射4.0×1026J 能量，问：
（1）太阳每年因向外辐射能量而减少的质量约为多少千克？ （2）太阳已发光了50亿年，估算太阳还能发光多少年？
原子物理答案
1解析本题考查物理学史.由物理学史知，汤姆生发现了电子，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，查德威克发现了中子，爱因斯坦提出了光子说.BCD 正确，A 错.
答案BCD2解析本题考查对爱因斯坦提出的质能方程的正确理解.爱因斯坦认为，物体的质量和能量存在着简单的正比关系，在核反应中只有质量亏损所对应的能量才是释放的核能；反之，若一个核反应释放出了核能，则表明此过程一定出现了质量亏损.故A 、B 、C 是正确的.答案ABC
3解析本题考查原子核的组成.原子核内只有质子和中子.原子核放出的α粒子是核内两个质子和两个中子结合形成的；放出的β粒子是核内的一个中子转变成一个质子时产生的；原子核发生α衰变或β衰变时处于激发态，向低能级跃迁时，将多余的能量以γ光子的形式辐射出去.只有D 正确.答案D
4解析本题考查三种射线的本质及特点.α射线是速度约为光速1/10的氦核流，由原子核中的两个质子和两个中子组成，穿透本领很弱，电离作用很强，故A 错.β射线是速度接近光速的电子流，其实质是原子核中的一个中子变为质子，同时放出一个电子，贯穿本领很强，电离作用较弱，所以B 错.γ射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，电离作用很弱.对于同一个原子核，不可能同时发生α衰变和β衰变.放射性元素同时发出三种射线，是不同原子核同时衰变的结果.γ射线总是伴随着α射线或β射线而产生的，CD 均对.答案CD 5解析本题考查粒子的组成.质子H 1
1带电荷量为2×32e +(-31e )=e ，中子n 1
0带电荷量为32e+2×(-3
1e)=0，故正确选项为B.答案B
6解析本题考查核反应方程.由质量数和电荷数守恒，得16+1=a 8=7+b 得a =17 b =1
则X 为正电子，正确选项为C.答案C
7解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变.衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的C 和D 两选项.原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.裂变是重核分裂成质量较小的核，像B 选项.聚变是轻核结合成质量较大的核，像A 选项.由上述知D 是错误的.答案ABC 8解析本题考查核反应方程.据质量数守恒、电荷数守恒可知铅核的电荷数是82，质量数是208，则钍核的衰变方程如下：
Th 232
90
→Pb 20882+6He 42+4e 0
1-钍核的中子数是232-90=142铅核的中子数是208-82=126铅核比钍核少的中子数是142-126=16.故C 对.答案C
9解析1911年，卢瑟福利用放射源放出的α射线轰击氮原子核，产生了氧17和一个新发现的粒子——质子，这是人类首次实现的原子核的人工转变.故正确选项是ABD.答案ABD
10解析本题考查β衰变和电流方向.Ni 63
28的衰变方程为Ni 63
28→e 01-+Cu 63
29，选项AB 错电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流方向从铜片到镍片且镍片电势高，选项C 、D 对.故正确选项为CD.
答案CD11解析本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为BD 答案BD12解析本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D 正确.答案D
13解析组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的物理、化学状态无关，C 对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D 对.答案CD
14解析α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据这个特点可以判断出只有A 正确.
答案A15解析静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故A 正确.答案A
16解析本题考查铀238的知识.铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A 正确.铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B 正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确.贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错.答案ABC
17解析本题考查核能的实际利用常识.秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A 正确.答案A 18解析本题考查核反应方程.铀239衰变成
Pu 239
94
的核反应方程是：U 23992→Pu
239
94+2e 0
1-可见，n =2.答案A
19解析本题考查三种射线的特点.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和.故正确选项为B.答案B
20解析本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损.故正确选项为B.答案B 21解析（1）质子带电荷量为+e ，所以它是由两个上夸克和一个下夸克组成的，由题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，如图所示.（2）上夸克与上夸克之间的静电力为：
F 1=k 2
3232l e
e ⨯=2294l ke 代入数值得：F 1=46 N ，为斥力.（3）上夸克与下夸克之间的静电力为：F 2=k 2
3231l
e
e ⨯=2292l ke 代入数值得：F 2=23 N ，为引力. 答案见解析.22、He Ra Th 4
22268823090
+→
qb
v m mqv 2
22+ qb
m
t 3π=
23
解析（1）太阳能电池转化太阳光能为电能的效率： η1=
8
100.110
12030⨯⨯⨯=P UI =15%电池把电能转化成机械能的效率：η2=UI
R
I UI 2-=66.7%.（2）4个质子核聚变为1个氦核释放的核能：ΔE =(4m p -m α-2m e)c 2=4.15×10-12 J
1 kg 质子都参与核聚变所释放的能量：E =
M
E
mN 4A ∆.（3）设车行驶的最长时间为t ，则
E =（UI -I 2R ）t t =R I UI E
2
-=)
(42A R I UI M E mN -∆=1.30×1011 s=4.12×103年. 答案(1)15%
66.7% (2)4.12×103年
a (甲)
图1-2-24
D O
t。