1、第五章原子核第五章原子核 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本大题共 12 个小题，每小题 6 分，共 72 分。其中 16 题为单项选择题，712 题为多项选择题) 1.下列关于原子和原子核的说法正确的是( ) A. 衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B.玻尔的原子结构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 解析 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，选项 A 错误；玻尔的原子 结构理论的基本假设是轨道、能量都是量子化的，选项 B 正确；半衰期由原子核的内部因素 决定，跟元
2、素的化学状态、温度、压强等因素均无关，选项 C 错误；平均结合能越大，表示 原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项 D 错误。 答案 B 2.下列与 粒子相关的说法中正确的是( ) A.天然放射现象中产生的 射线速度与光速相当，穿透能力很强 B.238 92U(铀 238)核放出一个 粒子后就变为234 90Th(钍 234)核 C.高速 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He14 7N16 8O10n D.丹麦物理学家玻尔进行了 粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型 解析 粒子的速度是 c 10，穿透能力较弱，A 错误；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守 恒可知
3、，B 正确，C 错误；D 项中应是卢瑟福，D 错误。 答案 B 3.下面列出的是一些核反应方程：30 15P3014SiX，94Be21H10 5BY，42He42He 7 3LiZ，其中( ) A.X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子 B.X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 C.X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子 D.X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 解析 根据电荷数守恒、质量数守恒，知 X 的电荷数为 1，质量数为 0，为正电子；Y 的电荷 数为 0，质量数为 1，为中子；Z 的电荷数为 1，质量数为 1，为质子。故 A 正确，B、C、D 错误。 答案 A 4.典型的铀核裂变是生成
4、钡和氪，同时放出 x 个中子；核反应方程是235 92U10n 144 56Ba8936Krx10n，铀 235 质量为 m1，中子质量为 m2，钡 144 质量为 m3，氪 89 质量为 m4，下 列说法正确的是( ) A.该核反应类型属于人工转变 B.该反应放出能量(m1xm2m3m4)c2 C.x 的值为 3 D.该核反应比聚变反应对环境的污染较小 解析 该核反应是核裂变，不是人工转变，故 A 错误；核反应方程235 92U10n144 56Ba8936Krx10n 中根据质量数守恒，有 235114489x，解得 x3；根据爱因斯坦质能方程，该反应放 出的能量为 Emc2(m1m2m3
5、m43m2)c2 (m1m3m42m2)c2，故 B 错误，C 正确；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故 D 错误。 答案 C 5.下列关于近代物理知识的说法正确的是( ) A.所有元素都可能发生衰变 B.太阳辐射的能量来自太阳内部的核裂变反应 C.可利用 射线对某些金属棒进行探伤检测 D. 射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 解析 有些元素的原子核不稳定，可以自发地发生衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A 错误；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，B 错误； 射线的穿透本领强，所以可利 用 射线对某些金属棒进行探伤检测，C 正确； 射线为原子核内的中子转化为质子时形成的 电
6、子流，D 错误。 答案 C 6.14C 测年法是利用 14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标 t 表示时间，纵坐 标 m 表示任意时刻 14C 的质量，m0 为 t0 时 14C 的质量。下面四幅图中能正确反映14C 衰变 规律的是( ) 解析 由公式 mm0 1 2 t 可知 14C 的衰变图像应为选项 C 所示图像。 答案 C 7.烟雾探测器使用了一种半衰期为 432 年的放射性元素241 95Am 来探测烟雾。当正常空气分子穿 过探测器时，241 95Am 会释放出射线将它们电离，从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内。烟尘 中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报
7、。则下列说法不正确的是( ) A.241 95Am 发出的是 射线 B.241 95Am 发出的是 射线 C.241 95Am 发出的是 射线 D.0.2 mg 的241 95Am 经 864 年将衰变掉 0.15 mg 解析 241 95Am 会释放出射线将空气电离，从而使电路中产生电流，则241 95Am 发生的是 射线， 选项 A 正确，B、C 不正确；0.2 mg 的241 95Am 经 864 年(2 个半衰期)将衰变掉 0.15 mg，选项 D 正确。 答案 BC 8.2018 年 8 月 23 日，中国散裂中子源(CSNS)通过国家验收，正式投入运行。散裂中子源就是 一个用中子来
8、了解微观世界的工具，如一台“超级显微镜”，可以研究 DNA、结晶材料、聚 合物等物质的微观结构。下列关于中子的说法正确的是( ) A.卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子 B.散裂中子源中产生的强中子束可以利用电场使之慢化 C.若散裂中子源中的中子束慢化后的速度与电子显微镜中的电子束速度相同， 则此时电子的物 质波波长比中子的物质波波长短 D.原子核内的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维持原子核的稳定 解析 卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，选项 A 正确；中子不带电， 在电场中不受电场力作用，选项 B 错误；根据德布罗意波的波长公式 h p知，波长与
9、动量成 反比，选项 C 错误；易知选项 D 正确。 答案 AD 9.一个静止的放射性原子核发生天然衰变时， 在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹， 如图所示。 若两圆半径之比为 441，则( ) A.发生的是 衰变 B.轨迹 2 是反冲核的径迹 C.反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动 D.该放射性元素的原子序数是 90 解析 由动量守恒可知： m1v1m2v2， 而 Rmv qB， 故 q1BR1q2BR2； 可见半径越小， 则 q 越大， 故轨迹 1 是放出粒子的轨迹，轨迹 2 是反冲核的径迹，故选项 B 正确；反冲核带正电，由洛 伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则
10、放出的粒子速度向上，由受力方 向可知，放出粒子带负电，即发生 衰变，故选项 A 错误，C 正确；由 q1R1q2R2及 衰变 公式可知，放射性元素的原子序数为 43，选项 D 错误。 答案 BC 10.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站 建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风 险。已知钚的一种同位素239 94Pu 的半衰期为 24 100 年，其衰变方程为239 94PuX42He，下列 有关说法正确的是( ) A.X 原子核中含有 92 个质子 B.100 个239 94Pu 经过 24 100 年
11、后一定还剩余 50 个 C.由于衰变时释放巨大能量，根据 Emc2，衰变过程总质量增加 D.衰变发出的 射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 解析 根据“电荷数”守恒，可知选项 A 正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所以 B 错 误；放出能量质量减少，C 错误； 光子穿透能力很强，D 正确。 答案 AD 11.(2017 江苏单科)原子核的比结合能曲线如图所示。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.235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大
12、 解析 由图像可知42He 核的结合能约为 28 MeV，选项 A 错误；42He 核比63Li 核的比结合能大， 故42He 核比63Li 核稳定，选项 B 正确；两个21H 核结合成42He 核时比结合能增大，释放能量，选 项 C 正确；235 92 U 的平均结合能比8936Kr 核中的小，选项 D 错误。 答案 BC 12.太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应 可以看做是 4 个氢核(11H)结合成 1 个氦核(42He)。 下表中列出了部分粒子的质量(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量)，以下说法中正确的是( ) 粒子名称 质子 p
13、粒子 电子 e 中子 n 质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7 A.核反应方程式为 411H42He2 0 1e B.核反应方程式为 411H42He2 0 1e C.4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 0.026 6 u D.聚变反应过程中释放的能量约为 24.8 MeV 解析 根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断 A 正确， B 错误； 质量亏损为 m (41.007 34.001 520.000 55) u0.026 6 u， 根据质能方程可知 Emc224.8 MeV， C、D 正确。 答案 ACD 二、非选择题(本题共 3
14、小题，共 28 分) 13.(8 分)室内装修污染四大有害物质是苯系物、 甲醛、 氨气和氡。 氡存在于建筑水泥、 矿渣砖、 装饰石材及土壤中，氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉， 氡进入人体的呼吸系统能诱发肺癌，静止的氡核 (222 86Rn)放出一个粒子 X 后变成钋核(218 84Po)，钋核的动能为 Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋 核和粒子 X 的动能。试回答以下问题： (1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子 X)； (2)求粒子 X 的动能 Ek2。 解析 (1)根据核反应遵循的规律得核反应方程式为 222 86Rn218 84P
15、o42He (2)静止的氡核发生衰变前后，系统的动量和能量守恒， 粒子和反冲核的动量大小相等，方向 相反。 而 Ek1 2mv 2p 2 2m 1 m，钋核的动能为 Ek1，则粒子的动能为 109 2 Ek1。 答案 (1)222 86Rn218 84Po42He (2)109 2 Ek1 14.(10 分)2008 年北京奥运会场馆周围 80%90%的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会 90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能集热技术。 科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发 生从氢核到氦核的核聚变反应， 即在太阳内部四个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子 ( 0 1e)并放
16、出能量。已知质子质量 mp1.007 3 u， 粒子的质量 m4.002 6 u，正电子的质量 me0.000 5 u，1 u 的质量相当于 931.5 MeV 的能量。 (1)写出该核反应方程； (2)一次这样的热核反应过程中释放出多少能量？(结果保留 4 位有效数字) 解析 (1)根据质量数守恒、电荷数守恒，该核反应方程为：411H42He2 0 1e。 (2)质量亏损 m4mpm2me41.007 3 u4.002 6 u20.000 5 u0.025 6 u E0.025 6931.5 MeV23.85 MeV。 答案 (1)411H42He2 0 1e (2)23.85 MeV 15
17、.(10 分)卢瑟福用 粒子轰击氮核时发现质子。发现质子的核反应方程为14 7N 4 2He17 8O11H。已知氮核质量为 mN14.007 53 u，氧核质量为 mO17.004 54 u，氦核质量为 mHe4.003 87 u，质子(氢核)质量为 mp1.008 15 u。(已知：1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，结 果保留 2 位有效数字) (1)这一核反应吸收能量还是放出能量？相应的能量变化为多少？ (2)若入射氦核以 v03107 m/s 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 质子同方向运动，且速度大小之比为 150。求氧核的速度大小。 解析 (1)由 mmNmHemOmp，得 m0.001 29 u。所以这一核反应吸收能量，吸收 能量 E|m|c20.001 29931.5 MeV 1.2 MeV。 (2)由动量守恒定律可得 mHev0mOv氧mpvp， 又 v氧vp150， 可解得： v氧1.8106 m/s。 答案 (1)吸收能量 1.2 MeV (2)1.8106 m/s
