物理选择性必修 第三册第5章 原子核与核能本章综合与测试综合训练题

第5章　原子核与核能

本章达标检测

(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(共12小题,每小题5分,共60分)

1.(2020北京东城高三下一模)下列事实中能够作为“原子核可再分”依据的是(　　)

A.电子的发现 B.天然放射现象

C.α粒子散射实验 D.原子发光现象

2.(2020重庆第一中学高三上期末考试)下列说法中正确的是(　　)

A.α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的

B.比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定

C.核力是短程力,其表现一定为吸引力

D.若质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,由2个质子和2个中子结合成一个α粒子,释放的能量是(m1+m2-m3)c2

3.(2020山东青岛模拟)下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是(　　)

A.维系原子核稳定的力是核力,核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力

B.核力是强相互作用的一种表现,在原子核尺度内,核力比库仑力小

C.比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能

D.自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

4.(2020山东烟台一模)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.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.在所有核反应中,都遵从“质量数守恒,核电荷数守恒”的规律

5.(2020北京第13中学高三下开学测试)已知天然放射现象放出α、β、γ三种射线。下列说法中正确的是(　　)

A.α、β、γ三种射线分别是氦原子核、电子和中子

B.三种射线中α射线速度最快、β射线电离作用最强、γ射线穿透能力最强

C.汤姆孙最早完成著名的“α粒子散射实验”并提出核式结构的原子模型

D.α射线轰击氮原子核可以产生质子,核反应方程为HeNOH

6.(2020江苏南通、泰州高三期末)下列说法中正确的有(　　)

A.阴极射线是一种电磁辐射

B.所有原子的发射光谱都是线状谱,不同原子的谱线一定不同

C.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的

D.外界环境温度升高,原子核衰变加快

7.(2020云南临沧一中5月理综)下列核反应方程正确的是(　　)

A.轻核聚变反应方程HHHe+X中,X表示电子

B.铀核裂变的一种核反应方程UBaKr+n

C.核反应方程HeNOH为轻核聚变

D.放射性元素Po发生的α衰变方程为Po→PbHe

8.(2020河南九市联盟高三质量检测H和H是重要的聚变核燃料H和H聚变的核反应方程为H+He+X+17.6 MeV,X与Y核反应又可获得H,即X+YHeH+4.9 MeV,则下列说法正确的是(　　)

A.X是电子

B.Y的核电荷数为4

CHHHe+X+17.6 MeV中的17.6 MeV是He的结合能

D.X+YHeH+4.9 MeV中平均每个核子释放的能量为0.7 MeV

9.(2020河南河北九师联盟高三下3月联考)下列关于衰变与核反应的说法正确的是(　　)

ATh衰变为Rn,经过3次α衰变,2次β衰变

B.β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的

C.核聚变反应方程HHHe+X中,X表示质子

D.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为HeNOn

10.(2020四川泸县一中高三下第一次月考)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为U→ThHe。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

11.(2020浙江绍兴选考)(多选)“氦-3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料,被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量约0.015%的“重水”(普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代),使两个氘核通过反应HHHen发生聚变产生“氦-3”,已知氘核的质量是3.343 6×10-27 kg,“氦-3”的质量是5.006 4×10-27 kg,中子的质量是1.674 9×10-27 kg,19 g“重水”含有的氘核数目为6.02×1023个,若一天内“烧”掉1 L普通水中的所有氘核,则　(　　)

A.发生聚变反应后比结合能减小

B.聚变反应前后质量守恒但能量不守恒

C.两个氘核聚变后释放的能量约为3.3 MeV

D.所有氘核聚变后可获得约14.6 kW的平均功率

12.(2020浙江名校联合体高三下3月第二次联考)一个静止的铀核U(质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(质量为228.028 7 u),已知1 u相当于931.5 MeV的能量。下列说法错误的是(　　)

A.该铀核衰变反应方程为UThHe

B.该铀核衰变反应产生的钍核和α粒子的动量相同

C.该铀核衰变反应中释放出的核能约为5.49 MeV

D.假设释放出的核能都转化为钍核和α粒子的动能,则它们获得的动能之比约为4∶228

二、非选择题(共4小题,40分)

13.(2020江苏苏北四市高三上期末)(8分)天然放射性元素铀可以放出三种射线,其中能被一张纸挡住的是　　　　(选填“α”“β”或“γ”)射线。1934年,约里奥—居里夫妇用该射线去轰击Al,首次获得了人工放射性同位素P,该核反应方程为　　　　。 

14.(2019泰安高三上期末质检)(8分)氘核H和氚核H结合成氦核He的核反应方程如下:

HHHen+17.6 MeV

(1)这个核反应称为　　　　。 

(2)要发生这样的核反应,需要将反应物的温度加热到几百万开尔文。式中17.6 MeV是核反应中　　　　(选填“放出”或“吸收”)的能量,发生核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量　　　　(选填“增加”或“减少”)了　　　　kg。 

15.(2020江苏南通5月二模)(10分)1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器,他们获得了高速运动的质子,用来轰击静止的锂原子核Li),形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。

(1)写出核反应方程式;

(2)已知质子的质量为m,初速度为v0,反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0,方向与质子运动方向相同,求反应过程中释放的核能。(设反应过程释放的核能全部转变为动能)

16.(2019山东潍坊高三第二次检测)(14分)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),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。

答案全解全析

第5章　原子核与核能

本章达标检测

一、选择题

1.B　电子的发现说明原子可以再分,天然放射性现象说明原子核可以再分,α粒子散射实验说明原子的核式结构模型,原子发光现象说明原子核外的电子具有一定的轨道,能量是量子化的,故选项B正确。

2.B　α粒子散射实验的结果使卢瑟福根据它提出了原子的核式结构模型,故A错误;比结合能是衡量原子核结构是否牢固的指标,它越大原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B正确;核力是短程力,其作用的范围是10-15 m,其表现既有吸引力也有排斥力,故C错误;2个质子和2个中子结合成1个α粒子,根据质能方程知:ΔE=Δmc2=(2m1+2m2-m3)c2,故D错误。

3.C　维系原子核稳定的力是核力,核力可以是核子间的相互吸引力,也可以是排斥力,故A错误;核力是强相互作用的一种表现,在原子核尺度内,核力比库仑力大得多,故B错误;比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会亏损质量,放出核能,故C正确;自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,故D错误。

4.D　天然放射现象说明原子核内部有复杂结构,但没有说明原子核内有电子,故A错误;卢瑟福用α粒子散射实验证明原子的核式结构,没有证明原子核内存在中子,故B错误;比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定,故C错误;在所有核反应中,都遵从“质量数守恒,核电荷数守恒”的规律,故D正确。

5.D　α、β、γ三种射线分别是氦核、电子、电磁波,故A错误;三种射线中 γ射线速度最快、α射线电离作用最强、γ射线穿透能力最强,故B错误;卢瑟福最早用α射线完成著名的“α粒子散射实验”并提出核式结构的原子模型,故C错误;α射线轰击氮原子核可以产生质子,核反应方程为HeNOH,故D正确。

6.B　阴极射线是高速电子流,故A错误;原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱,原子光谱都不是连续的,每一种原子的光谱都不同,称为特征光谱,故B正确;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,故C错误;原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关,不随时间改变,故D错误。

7.D　根据质量数和核电荷数守恒可得,轻核聚变反应方程为H+Hen,即X表示中子,故A项错误;铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变,其中铀核裂变的一种核反应方程为UnBa+Kr+n,故B项错误;核反应方程HeNOH,为人工转变,故C项错误;根据质量数和核电荷数守恒可得,放射性元素Po发生的α衰变方程为PoPbHe,故D项正确。

8.D　根据质量数、核电荷数守恒可知,X是中子,A项错误;根据质量数、核电荷数守恒可知,Y的核电荷数为3,B项错误;核子结合成原子核释放的能量才是结合能,C项错误;X+YHeH+4.9 MeV中平均每个核子释放的能量为=0.7 MeV,D项正确。

9.A　设Th发生n次α衰变,m次β衰变,根据核电荷数和质量数守恒,则有234=222+4n,90=86+2n-m解得n=3,m=2,故A正确;β衰变所释放的电子是原子核内一个中子转变成一个质子和一个电子,故B错误;根据质量数守恒和核电荷数守恒可知,聚变反应方程HHe+X中,X的质量数为m=2+3-4=1,核电荷数为Z=1+1-2=0,可知X表示中子,故C错误;高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,不是中子,核反应方程为HeNOH,故D错误。

10.B　根据Ek=可知,衰变后钍核的动能小于α粒子的动能,故A错误;根据动量守恒定律可知,生成的钍核的动量与α粒子的动量等大反向,故B正确;铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间,而放出一个α粒子所经历的时间是一个铀核衰变的时间,故两者不等,故C错误;由于该反应放出能量,由质能方程可知,衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量,故D错误。

11.CD　核裂变或者核聚变都是放出能量,故产物的比结合能比原来的原子核比结合能大,故A错误;核反应前后质量不守恒,亏损的质量以能量的形式放出,自然界任何反应前后能量都是守恒的,故B错误;由E=Δmc2可得,反应前后放出的能量为E0=(2×3.343 6×10-27-5.006 4×10-27-1.674 9×10-27)×(3×108)2 J≈3.3 MeV,故C正确;“烧”掉1 L普通水中所有氘核放出的能量为E=×0.015%×6.02×1023× MeV,故功率P== W≈14.6 kW,故D正确。

12.B　根据核电荷数和质量数守恒可得,该铀核衰变反应方程为ThHe,故A项正确,不符合题意;根据动量守恒定律知,该铀核衰变反应产生的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反,故B项错误,符合题意;该铀核衰变反应的质量亏损Δm=232.037 2 u-228.028 7 u-4.002 6 u=0.005 9 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,该铀核衰变反应释放出的核能ΔE=0.005 9×931.5 MeV≈5.49 MeV,故C项正确,不符合题意;假设释放出的核能都转化为钍核和α粒子的动能,该铀核衰变反应产生的钍核和α粒子的动量大小相等,根据Ek=可得,钍核和α粒子的动能之比约为4∶228,故D项正确,不符合题意。

二、非选择题

13.答案　α(3分)HeAlPn(5分)

解析　α射线贯穿能力很弱,电离作用很强,一张纸就能把它挡住,α射线是高速氦核流;β射线能贯穿几毫米厚的铝板,电离作用较强,是原子核中的一个中子转化成一个质子,同时释放出β射线;γ射线穿透本领最强,甚至能穿透几厘米厚的铅板,是原子核发生衰变时释放的能量以γ光子的形式辐射出来的;

1934年,约里奥—居里夫妇用α射线去轰击铝箔,发现了中子,其人工核反应方程为HeAlPn。

14.答案　(1)聚变(2分)　(2)放出(2分)　减少 (2分)　3.1×1(2分)

解析HHHen+17.6 MeV为聚变反应,17.6 MeV是反应中放出的能量,再由ΔE=Δmc2可知,质量减少Δm==3.1×10-29 kg。

15.答案　(1LiH→He　(2)m

解析　(1)核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒,即:LiH→He(3分)

(2)核反应过程,动量守恒,有mv0=4m·1.5v0+4mv(3分)

根据能量守恒定律有

ΔE=(4m)×(1.5v0)2+×4mv2-m=m(4分)

16.答案　(1nLiHHe　 (2)v　v　(3)

解析　(1)由题意可得,核反应方程为nLiHHe。(2分)

(2)设核反应后氚核速度为v1,α粒子速度为v2,由动量守恒得mv=-3mv1+4mv2(2分)

由题意得v1∶v2=7∶8

解得v1=v,v2=v。 (3分)

(3)氚核和α粒子的动能之和为

Ek=×3m+×4m=mv2(2分)

释放的核能为ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2(2分)

由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δm==。 (3分)