第五章原子核 培优提升练（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第三册

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1、第五章原子核第五章原子核 培优提升练培优提升练 一、选择题 1(2020 安徽高二月考)2020 年 1 月 10 日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研 制和跨越式发展作出巨大贡献物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正 确的是( ) A1896 年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的 射线有 射线、 射线、X 射线、 射线 B汤姆孙通过 粒子轰击铍核(94Be)获得碳核(12 6C)的实验发现了中子 C玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念 D卢瑟福预言了中子的存在，查德

2、威克通过实验发现了中子 答案 D 解析 1896 年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放 的射线有 射线、 射线和 射线， 没有 X 射线， A 错误； 查德威克通过 粒子轰击铍核(94Be)获得碳核(12 6C) 的实验发现了中子，B 错误；玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观 念，C 错误；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，D 正确 2(2020 浙江 1 月选考)下列说法正确的是( ) A 射线的穿透能力比 射线强 B天然放射现象说明原子具有复杂的结构 C核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均

3、每个核子的小 D半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关 答案 D 3(多选)(2020 全国卷)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表 粒子的有( ) A.21H21H10nX1 B.21H31H10nX2 C.235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Kr3X3 D.10n63Li31HX4 答案 BD 解析 2 1H 2 1H 1 0n 3 2He，A 错 2 1H 3 1H 1 0n 4 2He，B 对 235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Kr3 1 0n，C 错 1 0n 6 3Li 3 1H 4 2He，D 对 4(2020 上海市南洋模范中

4、学高二月考)有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡，而氡会发 生一系列的放射性衰变，放出 、 射线，下列说法正确的是( ) A 射线的穿透能力最强，电离能力也最强 B发生 衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 4 C 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的 D氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 个氡原子核，经 7.6 天后就一定剩下一个氡原子核 答案 C 解析 射线的穿透能力最强，电离能力最弱，A 错误；发生 衰变时，生成核与原来的原子核相比，质量 数减少了 4，质子数减少了 2，所以中子数减少了 2，B 错误； 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化 成质子而产

5、生的，C 正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，研究个别原子核无意义，D 错误 5.(2020 承德市第一中学高二月考)原子核的比结合能与质量数的关系如图 1 所示，核子组合成原子核时 ( ) 图 1 A小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 B中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 C大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 D不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同 答案 B 解析 由题图可知，中等质量数的原子核的比结合能最大，因此中等质量数的核子的平均质量最小，中等 质量数的核子组合成原子核时质量亏损最大，故 B 正确，A、C、D 错误 6(多选)(2020 福建高二期

6、末)2018 年 8 月 23 日，我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首 “中国散裂中子源”项目，正式投入运行，这标志着我国成为继英美日三国之后，第四个拥有散裂中 子源的国家散裂中子源除了在科学研究方面有极为重要作用外，其产生的中子还能用来治疗癌症下列 关于中子的说法正确的是( ) A卢瑟福用 粒子轰击94Be，产生12 6C，发现了中子 B放射性 射线的实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗 C氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为21H21H32He10n D核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度 答案 CD 解析 查德威克用 粒子轰击铍核，发现了中子；卢瑟福发现了质子，

7、故 A 错误放射性 射线的实质是 高速电子流，选项 B 错误；氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为21H21H32He10n，选项 C 正确； 核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度，选项 D 正确 7(多选)核电站的核能来源于235 92U 核的裂变，下列说法中正确的是( ) A反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理 B.235 92U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核， 如 139 54Xe 和 95 38Sr， 反应方程式为 235 92U 1 0n 139 54Xe 95 38Sr 210n C.235 92U 原子核中有 92 个质子、143 个中子 D一

8、个235 92U 核裂变的质量亏损为 m0.215 5 u，则释放的核能约是 201 MeV 答案 BCD 解析 反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故 A 错误；发生核反应的过程满足电荷数和质 量数守恒，可判断 B 正确；92 为 U 元素的质子数，中子数为：23592143，故C 正确；根据质能方程与 质量亏损可知，裂变时释放的能量是 E0.215 5931.5 MeV 201 MeV，故 D 正确 8 (多选)(2020 全国卷)1934 年， 约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝箔， 首次产生了人工放射性同位素 X， 反应方程为：42He27 13AlX 1 0n.X 会衰变成原子核

9、 Y，衰变方程为 XY 0 1e，则( ) AX 的质量数与 Y 的质量数相等 BX 的电荷数比 Y 的电荷数少 1 CX 的电荷数比27 13Al 的电荷数多 2 DX 的质量数与27 13Al 的质量数相等 答案 AC 解析 发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断 X 的质量数与 Y 的质量数相等，X 的电荷 数比 Y 的电荷数多 1，A 正确，B 错误X 的电荷数比27 13Al 的电荷数多 2，X 的质量数比 27 13Al 的质量数多 3， C 正确，D 错误 9(2020 广东省高三月考)我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号 M”(又被称为“人造太阳”) 所发生

10、的可控核聚变方程是21H31H42HeX，已知21H、31H、42He 和 X 的质量分别为 m1、m2、m3和 m4，真 空中的光速为 c.下列说法正确的是( ) AX 是质子 B大亚湾核电站利用核聚变发电 C该核反应所释放的核能为 E(m1m2m3m4)c2 D.31H 的比结合能大于42He 的比结合能 答案 C 解析 由质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应方程为21H31H42He10n，则 X 为中子，故 A 错误；大亚湾 核电站利用核裂变发电，故 B 错误；由爱因斯坦质能方程可知，该核反应所释放的核能为 E(m1m2 m3m4)c2， 故 C 正确； 比结合能大的原子核稳定， 一个氘

11、核和一个氚核结合成一个氦核时， 同时释放能量， 则42He 更稳定，比结合能大，故 D 错误 10(2020 广东省执信中学高二月考)我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于 2019 年 9 月 29 日获颁“共 和国勋章”核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程为235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Krx 1 0nE(其中 E 为释放出的核能)下列说法正确的是( ) A该核反应属于原子核的衰变 B核反应方程式中 x2 C235 92U 的比结合能为 E 235 D235 92U 核的比结合能小于 144 56Ba 核的比结合能 答案 D 解析 用中子轰击铀核的核反应方程为原

12、子核的裂变，故 A 错误；由核反应遵循质量数与电荷数守恒，可 知 x3，故 B 错误；E 是该核反应释放的能量，不是235 92U 核的结合能， 235 92U 的比结合能不等于 E 235，故 C 错误；中等质量原子核的比结合能较大，235 92U 核的比结合能小于 144 56Ba 核的比结合能，故 D 正确 11(多选)用质子轰击锂核(73Li)生成两个 粒子，以此进行验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子初动能 是 0.6 MeV，质子、 粒子和锂核的质量分别是 1.007 3 u、4.001 5 u 和 7.016 0 u已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，反应过程中释放

13、的核能全部转化为新生核的动能，则下列叙述中正确的是( ) A此反应过程质量减少 0.010 3 u B生成的两个 粒子的动能之和是 18.3 MeV，与实验相符 C核反应中释放的能量是 18.9 MeV，与实验相符 D生成的两个 粒子的动能之和是 19.5 MeV，与实验相符 答案 CD 解析 题中所对应的核反应方程为11H73Li242He，由计算可知此反应的质量亏损为 0.020 3 u，所释放的能 量为 931.50.020 3 MeV18.9 MeV，故 A 错误，C 正确；根据能量守恒定律可知，生成的两个 粒子的 动能和应为 0.6 MeV18.9 MeV19.5 MeV，故 D 正

14、确，B 错误 12(多选)(2020 浙江 7 月选考)太阳辐射的总功率约为 41026 W，其辐射的能量来自于聚变反应在聚变 反应中，一个质量为 1 876.1 MeV/c2(c 为真空中的光速)的氘核(21H)和一个质量为 2 809.5 MeV/c2的氚核(31H) 结合为一个质量为 3 728.4 MeV/c2的氦核(42He)，并放出一个 X 粒子，同时释放大约 17.6 MeV 的能量下列 说法正确的是( ) AX 粒子是质子 BX 粒子的质量为 939.6 MeV/c2 C太阳每秒因为辐射损失的质量约为 4.4109 kg D太阳每秒因为辐射损失的质量约为 17.6 MeV/c2

15、 答案 BC 解析 该聚变反应方程为21H31H42He10n，X 为中子，故 A 错误；该核反应中质量的减少量 m117.6 MeV/c2，由质能方程知，m氘m氚m氦mXm1，代入数据知 1 876.1 MeV/c22 809.5 MeV/c23 728.4 MeV/c2mX17.6 MeV/c2，故 mX939.6 MeV/c2，故 B 正确；太阳每秒辐射能量 EPt41026 J，由 质能方程知 mE c2 ， 故太阳每秒因为辐射损失的质量 m 41026 31082 kg4.410 9 kg， 故 C 正确； 因为 E 41026 J 41026 1.610 19 eV2.51045

16、eV2.51039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量为 mE c2 2.5 1039 MeV/c2，故 D 错误 13(2020 全国卷)氘核21H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 621H242He211H210n 43.15 MeV 表示海水中富含氘，已知 1 kg 海水中含有的氘核约为 1.01022个，若全都发生聚变反应， 其释放的能量与质量为 M 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为 2.9107 J，1 MeV 1.610 13 J，则 M 约为( ) A40 kg B100 kg C400 kg D1 000 kg 答案 C

17、 解析 根据核反应方程式，6 个氘核聚变反应可释放出 43.15 MeV 的能量， 1 kg 海水中的氘核反应释放的能 量为 E1.010 22 6 43.15 MeV7.191022 MeV1.151010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为 M 1.151010 2.9107 kg400 kg. 二、非选择题 14(2020 岢岚县中学高二月考)一个静止在匀强磁场中的226 88Ra(镭核)，发生 衰变后转变为氡核(元素符号 为 Rn)已知衰变中释放出的 粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直设镭核、氡核和 粒子的质 量依次是 m1、m2、m3，衰变释放的核能都转化为氡核和 粒子的动能，真

18、空中的光速为 c. (1)写出衰变方程； (2)求氡核和 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径的比值； (3)求氡核的动能 Ek. 答案 (1)226 88Ra 222 86Rn 4 2He (2) 1 43 (3)m1m2m3m3c 2 m2m3 解析 (1)由质量数和电荷数守恒得衰变方程为 226 88Ra 222 86Rn 4 2He (2)根据 qvBmv 2 r 得 rmv qB 两个粒子动量等大，由半径公式 rmv qB知 r 1 q，得 r2 r3 2 86 1 43. (3)由质能方程得 E(m1m2m3)c2，因为 Ek p2 2m， 可知两粒子的动能跟质量成反比，因此氡核的动能为 Ekm1m2m3m3c 2 m2m3 .