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章末測評驗收卷(五)　原子與原子核　
(滿分：100分)
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。)
1.2020年1月10日，中國核潛艇之父黃旭華獲國家最高科學技術獎，他為核潛艇研制和跨越式發展作出巨大貢獻。物理學史上許多物理學家的科學研究推動了人類文明的進程，下列說法正確的是 (　　)
1896年貝可勒爾發現天然放射現象揭開原子核內部信息，認為原子核是可分的，從原子核內部釋放的射線有α射線、β射線、X射線、γ射線
湯姆孫通過α粒子轟擊鈹核(Be)獲得碳核(C)的實驗發現了中子
玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規律，其局限性在于保留了經典粒子的觀念
盧瑟福預言了中子的存在，查德威克通過實驗發現了中子
2.日本政府將稀釋過的核廢水排入大海，引發世界一片嘩然。福島核電站的核廢水中放射性物質“氚”難以清除。關于“氚”的一個核反應方程為H＋H→He＋X，對此以下說法正確的是(　　)
反應后總結合能變大
核反應產物中的X粒子為e
反應前后核子的總質量相等
該核反應也是世界各地正在運行的核電站中的主要核反應
3.1919年，盧瑟福用氦核轟擊氮原子核，發現產生了另一種元素，該核反應方程可寫為：He＋N→X＋Y。以下判斷正確的是(　　)
m＝16，n＝1 m＝17，n＝1
m＝16，n＝0 m＝17，n＝0
4.中國的“人造太陽”在1.2億攝氏度下，成功“燃燒”101秒，標志著我國核聚變研究又獲得重大突破，也為人類獲得可控核聚變能源奠定了商用的物理和工程基礎。下列關于核聚變的說法正確的是(　　)
核聚變反應前后滿足電荷數與質量守恒
太陽釋放的巨大能量是核聚變產生的
N＋He→O＋H是聚變反應
原子彈釋放的能量是核聚變產生的
5.下列四幅圖涉及不同的物理知識，下列說法正確的是(　　)
甲圖中，鏈式反應屬于輕核的聚變
乙圖中，原子核D和E聚變成原子核F要放出能量
丙圖中，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發現了質子和中子
丁圖中，原來有1 kg氡222，經過一個7.6天，有 kg的氡原子核發生了衰變
6.太陽內部核反應的主要模式之一是質子—質子循環，循環的結果可表示為4H→He＋2e＋2ν，已知H和He的質量分別為mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c為光速。在4個H轉變成1個He的過程中，釋放的能量約為(　　)
8 MeV 16 MeV
26 MeV 52 MeV
7.如圖為氫原子的能級示意圖。處于n＝4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，輻射出的光子再照射到逸出功為2.29 eV的某金屬板上，下列說法正確的是(　　)
共有10種不同頻率的光子輻射出來
共有6種不同頻率的光子能使該金屬發生光電效應現象
從金屬板上逸出光電子的最大初動能可能為10.46 eV
從n＝4能級躍遷到n＝3能級時發出的光波長最短
二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。)
8.(2024·廣東湛江高二期末)2021年10月14日18時51分，我國在太原衛星發射中心采用長征二號丁運載火箭，成功發射首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”。該星將實現國際首次太陽Ha波段光譜成像的空間探測，填補太陽爆發源區高質量觀測數據的空白，提高我國在太陽物理領域的研究能力，對我國空間科學探測及衛星技術的發展具有重要意義。假設太陽中的核反應為：H＋H→He＋X，其中H的質量為m1，比結合能為E1，H的質量為m2，比結合能為E2，He的質量為m3，比結合能為E3，X的質量為m4，比結合能為E4，下列說法正確的是(　　)
X是中子
E4大于0
該核反應的質量虧損為Δm＝m3＋m4－m1－m2
該核反應釋放的能量為E＝4E3－3E2－2E1
9.在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，衰變過程動量守恒，結果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是(　　)
該原子核發生的是α衰變
該原子核衰變后發射的粒子可能帶正電，也可能帶負電
若衰變方程是U→Th＋He，則r1∶r2＝1∶45
若衰變方程是U→Th＋He，則r1∶r2＝2∶117
10.已知钚的一種同位素的半衰期為24 100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，下列有關說法正確的是(　　)
X原子核中含有92個質子
100個Pu經過24 100年后一定還剩余50個
由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程質量數不再守恒
衰變發出的γ射線是波長很短的電磁波，具有很強的穿透能力
三、非選擇題(本題共5小題，共54分。)
11.(6分)約里奧－居里夫婦因發現人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學獎。他們發現的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是________(3分)。P是P的同位素，被廣泛應用于生物示蹤技術。1 mg P隨時間衰變的關系圖像如圖所示，請估算4 mg的P經過________(3分)天的衰變后還剩0.25 mg。
12.(8分)貝可勒爾發現天然放射現象，揭開了人類研究原子核結構的序幕。如圖中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場中分成A、B、C三束。
(1)三種射線中，穿透能力最強，經常用來對金屬探傷的是________(3分)射線；電離作用最強，動量最大，經常用來轟擊原子核的是________(3分)射線。
(2)(2分)請完成以下與上述粒子有關的兩個核反應方程：
Th→Pa＋________；________＋Ar→P＋n。
13.(12分)放射性同位素14C被考古學家稱為“碳鐘”，它可用來測古生物體的年代，此項研究獲得1960年諾貝爾化學獎。
(1)(6分)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會形成C，C很不穩定，易發生衰變，其半衰期為5 730年，放出β射線，試寫出有關核反應方程；
(2)(6分)若測得一古生物遺骸中C含量只有活體中的12.5%，則此遺骸距今約有多少年？
14.(12分)Co發生一次β衰變后變為Ni核，在該衰變過程中還發出頻率為ν1和ν2的兩個光子。普朗克常量為h，真空中光速為c。
(1)(6分)試寫出衰變方程；
(2)(6分)若該反應產生的能量全部以光子的形式釋放，求出該核反應過程中虧損的質量。
15.(16分)氘核和氚核的核反應為H＋H→He＋X＋17.6 MeV，則：
(1)(5分)核反應式中的X是什么粒子？
(2)(5分)這一過程的質量虧損是多少(保留2位有效數字，真空中光速c＝3×108 m/s，電子電量e＝1.6×10－19 C)？
(3)(6分)1 g氘核完全參與上述反應，共釋放多少核能(氘核的摩爾質量M＝2 g/mol，阿伏伽德羅常量NA＝6.0×1023 mol－1)？
章末測評驗收卷(五)　原子與原子核
1.D　[1896年貝可勒爾發現天然放射現象揭開原子核內部信息，認為原子核是可分的，從原子核內部釋放的射線有α射線、β射線和γ射線，沒有X射線，A錯誤；查德威克通過α粒子轟擊鈹核(Be)獲得碳核(C)的實驗發現了中子，B錯誤；玻爾理論只成功解釋了氫原子光譜規律，其局限性在于保留了經典粒子的觀念，C錯誤；盧瑟福預言了中子的存在，查德威克通過實驗發現了中子，D正確。]
2.A　[輕核聚變生成較大原子核的過程中，會釋放能量，反應后總結合能變大，故A正確；由質量數守恒和電荷數守恒可得X粒子為n，即中子，故B錯誤；核聚變反應會釋放出能量，由質能方程可知反應過程中必然有質量虧損，反應后核子的總質量小于反應前核子的總質量，故C錯誤；目前世界各地正在運行的核電站中的主要核反應是重核的裂變反應，故D錯誤。]
3.B　[根據核反應的質量數和電荷數守恒可得4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正確。]
4.B　[核聚變反應屬于熱核反應，會出現質量虧損，電荷數守恒，質量不守恒，A錯誤；太陽釋放的巨大能量是核聚變產生的，B正確；N＋He→O＋H是人工轉變，C錯誤；原子彈釋放的能量是核裂變產生的，D錯誤。]
5.B　[甲圖中，鏈式反應屬于重核裂變，A錯誤；乙圖中，原子核D和E聚變成原子核F的過程屬于聚變反應，該反應的過程中要放出能量，B正確；丙圖中，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，得出了原子的核式結構理論，C錯誤；從丁圖中看出，氡原子的半衰期是3.8天，7.6天是兩個半衰期，故沒有發生衰變的氡原子是 kg，已經衰變的是 kg，D錯誤。]
6.C　[核反應質量虧損Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，釋放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，選項C正確。]
7.C　[這群氫原子最多發出的光子種數為C＝6種，故A錯誤；根據ΔE＝Em－En可知，ΔE1＝E4－E2＝2.55 eV，ΔE2＝E4－E1＝12.75 eV，ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，ΔE4＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE5＝E4－E3＝0.66 eV，ΔE6＝E3－E2＝1.89 eV，金屬板的逸出功為2.29 eV，所以能使金屬板發生光電效應的光子有4種，故B錯誤；根據Ek＝hν－W0知，入射光子的頻率越高，逸出光電子的最大初動能越大，Ek＝12.75 eV－2.29 eV＝10.46 eV，故C正確；根據ΔE＝hν＝h可知，從n＝4能級躍遷到n＝3能級時發出的光波長最長，故D錯誤。]
8.AD　[根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1，電荷數為0，是中子，選項A正確；比結合能是指核子(質子和中子)結合成原子核時釋放的能量與核子數的比值，則中子的比結合能E4等于0，選項B錯誤；該核反應的質量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，選項C錯誤；根據結合能的概念可知，該核反應釋放的能量為E＝4E3－3E2－2E1，選項D正確。]
9.AC　[原子核衰變過程動量守恒，由動量守恒定律可知，由于衰變放射出兩粒子的動量方向相反，粒子的速度方向相反，粒子在磁場中的軌跡為外切圓，所以為電性相同的粒子，發生α衰變，A正確，B錯誤；原子核原來靜止，初動量是零，由動量守恒定律可知，由于衰變放射出兩粒子的動量大小相等，方向相反，粒子在磁場中做勻速圓周運動，由qvB＝m，解得r＝＝，由于p、B相同，則粒子的電荷量q越大，其軌道半徑r越小，新核的電荷量比衰變粒子的電荷量大，所以新核的軌道半徑小于衰變粒子的軌道半徑，則有新核的軌道半徑是r1，衰變粒子的軌道半徑是r2，若原子核的衰變方程是U→Th＋He，則有r1∶r2＝2∶90，得r1∶r2＝1∶45，C正確，D錯誤。]
10.AD　[根據電荷數守恒可知，X的電荷數為92，即質子數為92，選項A正確；半衰期是統計規律，對大量的原子核適用，對少數的原子核沒有意義，選項B錯誤；由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質量減小，但質量數仍守恒，選項C錯誤；衰變發出的γ射線是波長很短的電磁波，具有很強的穿透能力，選項D正確。]
11.正電子或e　56
解析　核反應方程式為：P→Si＋X，由質量數守恒知X的質量數為0，由電荷數守恒知X的電荷數為1，所以X為正電子；由題圖知P的半衰期大約為14天，由m＝m0，得0.25 mg＝4 mg×，解得t＝56天。
12.(1)B　C　(2)e　He
解析　(1)α射線為α粒子流，帶正電，β射線為電子流，帶負電，γ射線為高頻電磁波，不帶電，故根據電荷所受電場力特點可知，A為β射線，B為γ射線，C為α射線；而三種射線中，穿透能力最強，經常用來對金屬探傷的是γ射線，即為B射線；電離作用最強，動量最大，經常用來轟擊原子核的是α射線，即為C射線。
(2)根據核反應方程滿足質量數守恒和電荷數守恒，可知未知的生成物的質量數為0，電荷數為－1，則為電子e；根據核反應方程滿足質量數守恒和電荷數守恒，可知未知的反應物的質量數為4，電荷數為2，則為氦核He。
13.(1)N＋n→C＋H　C→N＋e　(2)17 190年
解析　(1)中子碰到氮原子發生核反應，核反應方程為
N＋n→C＋H
C的衰變方程為C→N＋e。
(2)依題意得＝12.5%，解得n＝3，則
t＝5 730×3年＝17 190年。
14.(1)Co→e＋Ni　(2)
解析　(1)根據電荷數守恒、質量數守恒可知，衰變方程為
Co→e＋Ni。
(2)釋放的能量ΔE＝hν1＋hν2
根據ΔE＝Δmc2
得質量虧損為Δm＝。
15.(1)中子　(2)3.1×10－29 kg
(3)8.448×1011 J
解析　(1)由質量數守恒得
2＋3＝4＋A
得A＝1
由電荷數守恒得1＋1＝2＋Z
得Z＝0
故X是中子。
(2)根據愛因斯坦的質能方程ΔE＝Δmc2
得Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg。
(3)1 g氘核完全與氚核發生反應釋放的核能為
ΔE′＝NA×17.6 MeV
得ΔE′＝5.28×1030 eV＝8.448×1011 J。(共27張PPT)
章末測評驗收卷(五)
第五章 原子與原子核
(時間：75分鐘　滿分：100分)
D
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。)
1.2020年1月10日，中國核潛艇之父黃旭華獲國家最高科學技術獎，他為核潛艇研制和跨越式發展作出巨大貢獻。物理學史上許多物理學家的科學研究推動了人類文明的進程，下列說法正確的是 (　　)
A.1896年貝可勒爾發現天然放射現象揭開原子核內部信息，認為原子核是可分的，從原子核內部釋放的射線有α射線、β射線、X射線、γ射線
B.湯姆孫通過α粒子轟擊鈹核(Be)獲得碳核(C)的實驗發現了中子
C.玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規律，其局限性在于保留了經典粒子的觀念
D.盧瑟福預言了中子的存在，查德威克通過實驗發現了中子
A
解析　輕核聚變生成較大原子核的過程中，會釋放能量，反應后總結合能變大，故A正確；由質量數守恒和電荷數守恒可得X粒子為n，即中子，故B錯誤；核聚變反應會釋放出能量，由質能方程可知反應過程中必然有質量虧損，反應后核子的總質量小于反應前核子的總質量，故C錯誤；目前世界各地正在運行的核電站中的主要核反應是重核的裂變反應，故D錯誤。
B
解析　根據核反應的質量數和電荷數守恒可得4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正確。
B
4.中國的“人造太陽”在1.2億攝氏度下，成功“燃燒”101秒，標志著我國核聚變研究又獲得重大突破，也為人類獲得可控核聚變能源奠定了商用的物理和工程基礎。下列關于核聚變的說法正確的是(　　)
B
5.下列四幅圖涉及不同的物理知識，下列說法正確的是(　　)
A.甲圖中，鏈式反應屬于輕核的聚變
B.乙圖中，原子核D和E聚變成原子核F
要放出能量
C.丙圖中，盧瑟福通過分析α粒子散射實
驗結果，發現了質子和中子
C
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
解析　核反應質量虧損Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，釋放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，選項C正確。
C
7.如圖為氫原子的能級示意圖。處于n＝4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，輻射出的光子再照射到逸出功為2.29 eV的某金屬板上，下列說法正確的是(　　)
A.共有10種不同頻率的光子輻射出來
B.共有6種不同頻率的光子能使該金屬發生光電效應現象
C.從金屬板上逸出光電子的最大初動能可能為10.46 eV
D.從n＝4能級躍遷到n＝3能級時發出的光波長最短
AD
A.X是中子
B.E4大于0
C.該核反應的質量虧損為Δm＝m3＋m4－m1－m2
D.該核反應釋放的能量為E＝4E3－3E2－2E1
解析　根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1，電荷數為0，是中子，選項A正確；比結合能是指核子(質子和中子)結合成原子核時釋放的能量與核子數的比值，則中子的比結合能E4等于0，選項B錯誤；該核反應的質量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，選項C錯誤；根據結合能的概念可知，該核反應釋放的能量為E＝4E3－3E2－2E1，選項D正確。
AC
9.在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，衰變過程動量守恒，結果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是(　　)
AD
解析　根據電荷數守恒可知，X的電荷數為92，即質子數為92，選項A正確；半衰期是統計規律，對大量的原子核適用，對少數的原子核沒有意義，選項B錯誤；由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質量減小，但質量數仍守恒，選項C錯誤；衰變發出的γ射線是波長很短的電磁波，具有很強的穿透能力，選項D正確。
12.(8分)貝可勒爾發現天然放射現象，揭開了人類研究原子核結構的序幕。如圖中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場中分成A、B、C三束。
(1)三種射線中，穿透能力最強，經常用來對金屬探
傷的是________射線；電離作用最強，動量最大，
經常用來轟擊原子核的是________射線。
解析　(1)α射線為α粒子流，帶正電，β射線為電子流，帶負電，γ射線為高頻電磁波，不帶電，故根據電荷所受電場力特點可知，A為β射線，B為γ射線，C為α射線；而三種射線中，穿透能力最強，經常用來對金屬探傷的是γ射線，即為B射線；電離作用最強，動量最大，經常用來轟擊原子核的是α射線，即為C射線。
(2)釋放的能量ΔE＝hν1＋hν2
根據ΔE＝Δmc2
答案　(1)中子　(2)3.1×10－29 kg (3)8.448×1011 J
解析　(1)由質量數守恒得
2＋3＝4＋A
得A＝1
由電荷數守恒得1＋1＝2＋Z
得Z＝0
故X是中子。
(2)根據愛因斯坦的質能方程ΔE＝Δmc2

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