1、第第 5 5 章章 原子核与核能原子核与核能 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题， 每小题 5 分， 共 60 分。 其中 17 题为单项选择题， 812 题为多项选择题) 1.在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是( ) A.查德威克通过研究阴极射线发现了电子 B.汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说 C.居里夫人首先发现了天然放射现象 D.卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子 解析 汤姆孙研究阴极射线发现了电子，A 错误；卢瑟福首先提出了原子的核式 结构学说，B 错误；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，C 错误。 答案 D 2.下列与 粒子相
2、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，A 错误；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒 可知，B 正确，C 错误；D 项中应是卢瑟福，D 错误。 答案 B 3.对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( ) A.结合能是原子核具有的能量 B.自由核子结合为原子核时，一
3、定释放能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.比结合能越大的原子核的质量数越大 解析 由自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量，反之，将原子核分开变 为自由核子需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故 A 错误，B 正确；核子 较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原 子核的稳定性，故 C、D 错误。 答案 B 4.铀裂变的产物之一氪 90(90 36Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的 锆 90(90 40Zr)，这些衰变是( ) A.1 次 衰变，6 次 衰变 B.4 次 衰变 C.2 次 衰变 D.2 次 衰变，2 次 衰变 解析 原子核每经过
4、一次 衰变，质量数减少 4，电荷数减少 2；每经过一次 衰变，电荷数增加 1，质量数不变。 衰变的次数为 n9090 4 0(次)， 衰变 的次数为 m40364(次)。 答案 B 5.典型的铀核裂变是生成钡和氪，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
5、， 故 A 错误； 核反应方程235 92U10n144 56Ba 89 36Krx10n 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：Em c2(m1m2m3m43m2)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 6.贝可勒尔在 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.14 6C14 7N 0 1e B.235 92U10n139 53I9539Y210n C.21H31H42He
6、10n D.42He27 13Al3015P10n 解析 放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象。 A 选项为 衰变方程， B 选项为重核裂变方程，C 选项为轻核聚变方程，D 选项为原子核的人工转变方 程，故选 A。 答案 A 7.在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(222 86Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒 子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆， 大圆与小圆的直径之比为 421， 如图所示，那么氡核的衰变方程应为( ) A.222 86Rn222 87Fr 0 1e B.222 86Rn218 84Po42He C.222 86Rn222 85At01e D.222 86Rn2
7、20 85At21H 解析 由于粒子与反冲核的径迹是外切的，根据左手定则可知，该粒子一定带正 电。由于粒子与反冲核的动量大小相等，据 rmv Bq，又由已知大圆与小圆的直径 之比为 421，所以粒子与反冲核的电荷量之比为 142，故 B 正确。 答案 B 8.以下关于天然放射现象，叙述正确的是( ) A.若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将变短 B. 衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C. 射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用 D. 射线是原子核产生的，它是能量很大的光子流 解析 半衰期与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，半衰期不 变，故 A 错误； 衰变所释放
8、的电子是从原子核内释放出的电子，故 B 错误； 射线是原子核衰变产生的， 是氦的原子核， 它有很强的电离作用， 穿透能力很弱， 选项 C 正确； 射线是原子核发生 或 衰变时产生的， 它是能量很大的光子流， 选项 D 正确。 答案 CD 9.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 质子 B.100 个2
9、39 94Pu 经过 24 100 年后一定还剩余 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 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 10.科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别 为：XY42He31H4.9 MeV 和21H31H42HeX17.6 MeV，下列表述正确的 有( ) A.X 是中子 B.Y 的质子数是 3，中子数是 6 C.两个核反应都没
10、有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应 解析 核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H31H42HeX 17.6 MeV 知 X 为10n，由 XY42He31H4.9 MeV 知 Y 为63Li，其中 Y 的质子数 是 3，中子数也是 3，选项 A 正确，B 错误；两个核反应都释放出核能，故都有 质量亏损，选项 C 错误；XY42He31H4.9 MeV 是原子核的人工转变，21H 3 1H42He10n17.6 MeV 为轻核聚变，选项 D 正确。 答案 AD 11.一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U234 90Th42He，下 列说法不正确的是(
11、 ) A.衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D.衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析 静止的铀核在 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 pThp0，即钍核的动量和 粒子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确； 根据 Ek p2 2m可知， 选项 A 错误； 半衰期是统计规律， 对于一个铀核衰变不适用， 选项 C 错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定 的质量亏损，故衰变后 粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误。 答案
12、ACD 12.原子核的平均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 解析 由题图图像可知42He 核的结合能约为 28 MeV， A 项错误； 4 2He 核比63Li 核的 平均结合能大，故42He 核比63Li 核稳定，B 项正确；两个21H 核结合成42He 核时平均 结合能增大， 释放能量， C 项正确； 235 92U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的小， D 项错误
13、。 答案 BC 二、非选择题(共 4 个题，共 40 分) 13.(8 分)2011 年 3 月 11 日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏 事故。在泄漏的污染物中含有 131I 和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变 产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映 131I 和137Cs 的衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母)。131I 和 137Cs 原子核中的中子数分别是_和_。 A.X1137 56Ba10n B.X2131 54Xe 0 1e C.X3137 56Ba 0 1e D.X4131 54Xe11H 解析 衰变的种类有 衰变
14、和 衰变两类，衰变中放出的粒子是氦核或电子而不 会是质子或中子，故 A、D 错误；或从质量数守恒可知 X1、X4的质量数分别是 138、132，故它们不会是 131I 和137Cs 的衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可知 X2、X3分别是131 53I、137 55Cs，而中子数等于质量数与核电荷数的差值，故它们的中 子数分别为 78、82。 答案 B C 78 82 14.(10 分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变 6 000 次，若将它注射 到一位病人的血管中，15 h 后从该病人身上抽取 10 mL 血液，测得血样每分钟衰 变 2 次。已知这种同位素的半衰期为 5 h，此病人全
15、身血液总量为多少 L。 解析 两次测量的时间间隔为15 h， 即3个半衰期。 第一次测量时每分钟衰变6 000 次，3 个半衰期后，每分钟衰变次数应为6 000 23 750(次)，现 10 mL 血液中每分钟 衰变 2 次，故血液总量应是750 2 10 mL3 750 mL3.75 L。 答案 3.75 L 15.(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。
16、(已知：1 uc2 931 MeV，结果保留 2 位有效数字) (1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？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 所以这一核反应是吸收能量的反应 吸收能量为 E|m|c20.001 29 uc21.2 MeV。 (2)由动量守恒定律可得：mHev0mOv氧mpvp 又 v氧vp150，mHemOmp4171 解得：v氧1.8106 m/s。 答案 (1
17、)吸收能量 1.2 MeV (2)1.8106 m/s 16.(12 分)一个静止的镭核226 88Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn。已知镭核 226质量为226.025 4 u， 氡核222质量为222.016 3 u， 放出粒子的质量为4.002 6 u， 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量。 (1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量； (3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能。 解析 (1)核反应方程为226 88Ra222 86Rn42He。 (2)镭核衰变放出的能量为 Em c2 (226.025 44.002 6222.016 3)931.5 MeV 6.05 MeV。 (3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得 mRnvRnmv 0 又因为衰变放出的能量均转变为氡核和 粒子的动能， 则 E1 2mRnv 2 Rn1 2mv 2 由可得 Ek mRn mRnmE 222.016 3 222.016 34.002 66.05 MeV5.94 MeV。 答案 (1)226 88Ra222 86Rn42He (2)6.05 MeV (3)5.94 MeV
