2021年高中物理选修三第五章《原子核》经典练习题(答案解析)(3)

一、选择题
1．一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
2．下列说法正确的是（ ）
A ．238
2349290U Th X →+中X 为电子，核反应类型为β衰变
B ．234112H+H He+Y →中Y 为中子，核反应类型为人工核转变
C ．2351136909205438U+n Xe+Sr+K →，其中K 为10个中子，核反应类型为重核裂变
D ．14417728N+He O+Z →，其中Z 为氢核，核反应类型为轻核聚变
3．14
C 发生放射性衰变变为14N ，半衰期约为5700年。

已知植物存活期间，其体内14C 与12
C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少。

现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。

下列说法正确的是（ ）
A ．该古木的年代距今约为5700年
B ．12
C 、13C 、14C 具有相同的中子数
C ．14C 衰变为14N 的过程中放出α射线
D ．增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变
4．放射性同位素14C 在考古中有重要应用，只要测得该化石中14C 残存量，就可推算出化石的年代，为研究14C 的衰变规律，将一个原来静止的14C 原子核放在匀强磁场中，观察到它所放射的粒子与反冲核的径迹是两个相内切圆，圆的半径之比R ：r =7：1，如图所示，那么14C 的衰变方程式应是（ ）
A ．14104642C Be+He →
B ．14140651
C Be+e →
C ．14140671C N+e -→
D ．14131651C B+H →
5．钴－60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。

在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐射保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。

一个钴60原子核（6027Co ）放出一个β粒子后衰变成一个镍核（6028Ni ），并伴随产生了γ射线。

已知钴60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m 1、m 2、m 3。

下列说法正确的（ ）
A ．核反应中释放的能量为(m 1—m 2－m 3)c 2
B ．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子弱
C ．若有16个钴60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴60原子核
D ．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
6．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（23892 U ）衰变为铅核（20882 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 7．质子和中子质量分别为m 1和m 2，当它们结合成氘核时，产生能量
E ，并以γ射线的形式放出．已知普朗克常数为h ，真空中的光速为c ，则氘核的质量和γ射线的频率的表达式分别为（ ）
A ．122(),E E m m c h -+
B ．122(),E E m m c h +-
C ．122(),E h m m c E ++
D ．122(),
E E m m c h
++ 8．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
9．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应．核反应方程为
4
48224He He Be γ+→+ .以下说法正确的是( )
A ．该核反应为裂变反应
B ．热核反应中有质量亏损
C ．由于核反应中质量数守恒，所以质量也是守恒的
D ．任意原子核内的质子数和中子数总是相等的
10．下列说法正确的是
A ．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B ．γ射线的穿透能力很强，甚至能穿透几厘米厚的铅板
C ．在天然放射现象中放出的β射线是原子的内层电子受激后辐射出来的
D ．镭226衰变为氡222的半衰期是1620年，也就是说100个镭核经过1620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变
11．关于近代物理，下列说法错误．．
的是 （ ） A ．轻核聚变反应方程234112H H He X +→+中，X 表示电子
B ．α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构
C ．分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大
D ．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射2种频率的光子 12．下列四幅图涉及到不同的物理知识，图甲为圆板衍射条纹，图乙为共振曲线，图丙为三种射线在磁场中的运动轨迹图，图丁为核反应堆示意图。

关于这四幅图，下列说法正确的是（ ）
A ．图甲：该衍射条纹可以说明光具有粒子性
B ．图乙：该曲线表明物体做受迫振动的振幅随驱动力频率的增大而一直减小
C ．图丙：根据射线的偏转方向可知容器上方区域可能存在垂直纸面向外的磁场
D ．图丁：镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度 13．关于原子核的结合能，下列说法中不正确的是（ ）
A ．原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定
B ．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C ．铯原子核（133
55Cs ）的结合能一定小于铅原子核（208
82Pb ）的结合能
D ．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
14．2007年是我国著名物理学家、曾任浙江大学物理系主任的王淦昌先生一百周年诞辰。

王先生早在1941年就发表论文，提出了一种探测中微子的方案∶7Be 原子核可以俘获原子的K 层电子而成为7Li 的激发态（7Li ）*，并放出中微子（当时写作η）即7Be+e→（7Li ）*+η，而（7Li ）*又可以放出光子γ而回到基态7Li ，（7Li ）*→7Li+γ。

下列说法正确的是（ ）
A ．7Be+e→（7Li ）*+η是核聚变反应
B ．（7Li ）*和7Li 的核子数相同
C ．（7Li ）*和7Li 的比结合能相同
D ．（7Li ）*→7Li+γ的过程中，由于质量数守恒故未出现质量亏损
15．在下列四个核反应式中，X 表示中子的是（ ）
A ．147N ＋X→178O ＋11H
B ．234
90Th→
23491Pa ＋X C ．X ＋126C→137
N D ．23592U ＋10n→90
38Sr ＋136
54Xe ＋10X
二、填空题
16．一个静止的钚核自发衰变成一个铀核235
92U 和另一个原子核X ，并释放出一定的
能量。

其核衰变方程为： 2392359492Pu 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．正电子发射计算机断层显像（PET ）的基本原理是：将放射性同位素15O 注入人体，参与人体的代谢过程。

15O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。

根据PET 原理，回答下列问题：
(1)写出15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式。

（_______）
(2)将放射性同位素15O 注入人体，15O 的主要用途是（______）
A ．利用它的射线
B ．作为示踪原子
C ．参与人体的代谢过程
D ．有氧呼吸
(3)PET 中所选的放射性同位素的半衰期应______。

（选填“长”“短”或“长短均可”） 18．核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。

请解答以下问题，计算结果保留两位有效数字。

(1)核反应堆中的“燃料”是23592U ，请完成核反应方程式：
()()235
1
901920540U n Sr Xe 10n +→++；（_______）（________）
(2)铀核的质量U m 为235.0439u ，中子的质量n m 为1.0087u ，锶（Sr ）核的质量Sr m 为89.9077u ，氙（Xe ）核的质量Xe m 为135.9072u ，1u 为271.6610kg -⨯，浓缩铀中铀235的含量占2%。

求一座100万千瓦的核电站每年（73.1510s t =⨯）大约需要多少吨浓缩铀？（________）
19．苏联的切尔诺贝利核电站曾发生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影响，在核泄漏后，该地区存在着各种不同的放射性射线。

假设其中有一种是由铀核23892U 衰变成引234
90Th ，并释放一种粒子产生的。

有一男一女受到核辐射而分别患上了血友病和白化病，女方的一个儿子（正常）和男方的一个女儿（患白化病）成了夫妻。

(1)写出铀238
92U 衰变为钍234
90Th 的方程式。

（________）
(2)已知铀核质量为253.8531310k 1g -⨯，钍核质量为253.78656710kg -⨯，α粒子质量为
6.64672710kg -⨯，求衰变释放的能量。

（________）
20．铀核裂变的一种方式是235114390192060400U+n Nd+Zr+3n+8X →，该反应的质量亏损是
0.2u ，1u 相当于931.5MeK 的能量。

(1)核反应方程中的X 是____________。

(2)该反应放出的能量是_______J 。

21．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片(如图所示)，已知两个相切圆半径分别为1r 、2r ，则有无可能是α衰变____________，有无可能是β衰变___________，径迹_______(1或2)可能是衰变后新核的径迹，若衰变方程是238
234
4
92902U Th He →+，则1r
：2r =_______。

22．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。

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．如图是用来说明原子及原子核结构情况的示意图．由此图提供的信息可知：原子是由原子核和核外带________（“正”或“负”）电的电子组成的；原子核内的质子和中子_______（ “有”或“没有”）更精细的结构；若该原子_________ （“失去”或“得到”）电子后将带正电．
25．1932年查德威克用α粒子去轰击铍核9
4Be ，发现了中子，并产生一个碳核12
6C ， 已知
α粒子质量为m α，铍核的质量为p m ，中子的质量为n m ，碳核的质量为C m 。

该核反应方程为_________，核反应过程的质量亏损为________________。

26．核电站的核心是原子核反应堆，核燃料（如铀）释放出大量的核能，是和平利用核能的重要途径。

我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约1010kW?h ，其中70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。

据专家估计，通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗9 4. 010kg ⨯。

核能作为一种新型能源有着广阔的前景。

（1）原子核是由___________组成的。

在反应堆中，核燃料（如铀）发生______________释出大量的核能。

（2）已知煤的热值72.910J/kg ⨯，则9 4. 010kg ⨯煤完全燃烧时放出的热量是多少_____？
（3）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因，大亚湾核电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳排放9
9.910kg ⨯，已知通常情
况下二氧化碳气体的密度为31.98kg/m .则这些气体通常情况下的体积约为多少______？ （4）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E ，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧产生的热量为Q ，则火力发电站的效率100%E Q
η=
⨯根据上述资料，可估算出通常的火力发电站的效率约为多少______？ 三、解答题
27．用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核（63Li ），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。

28．用质子轰击锂核()7
3
Li 生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验。

已知质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u 、4.0015u 和7.0160u ，且1u 相当于931.5Mev
(1)请写出核反应方程
(2)请计算核反应过程中的质量亏损
(3)请计算核反应过程中释放的能量
H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665.1u相当于29．3
1
931.5MeV，c为光速，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，则：
(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程。

(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果释放的核能是以射出2个相同光子的形式释放，则每个光子的频率是多少？
U（原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为30．一个静止的铀核232
92
Th（原子质量为228.0287u），已知1u相当于931.5MeV 4.0026u）后衰变成钍核228
90
的能量(结果保留三位有效数字)。

（1）写出铀核的衰变反应方程；
（2）算出该衰变反应中释放出的核能；
（3）若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？。