1、章末综合测评章末综合测评(五五)原子核原子核 (时间：时间：90 分钟分钟分值：分值：100 分分) 1(4 分分)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查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的 B汤姆孙首先提出了原子的核式结构模型汤姆孙首先提出了原子的核式结构模型 C居里夫人首先发现了天然放射现象居里夫人首先发现了天然放射现象 D玻尔通过原子核的人工转变发现了质子玻尔通过原子核的人工转变发现了质子 A卢瑟福发现了质子并提出了原子的核式结构模型卢瑟福发现了质子
2、并提出了原子的核式结构模型，B、D 错误错误；贝克勒尔发现贝克勒尔发现 了天然放射现象说明原子核有复杂结构了天然放射现象说明原子核有复杂结构，C 错误；选项错误；选项 A 正确。正确。 2(4 分分)关于原子核，下列说法正确的是关于原子核，下列说法正确的是() A原子核能发生原子核能发生衰变说明原子核内存在电子衰变说明原子核内存在电子 B核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度 C轻核的聚变反应可以在任何温度下进行轻核的聚变反应可以在任何温度下进行 D一切核反应都只释放核能一切核反应都只释放核能 B原子核是由质子和中子组成的原子核是由质子和中子组成的， 衰变
3、是中子释放一个电子转变为质子产生的衰变是中子释放一个电子转变为质子产生的， A 错误错误；核反应堆利用镉棒吸收中子以控制核反应速度核反应堆利用镉棒吸收中子以控制核反应速度，B 正确正确；轻核的聚变在几百万轻核的聚变在几百万 度的高温下才能进行度的高温下才能进行，C 错误；核反应不都是释放能量的反应错误；核反应不都是释放能量的反应，也有吸收能量的反应也有吸收能量的反应， D 错误。错误。 3(4 分分)硼硼 10 俘获俘获 1 个个粒子粒子，生成氮生成氮 13，放出放出 x 粒子粒子，而氮而氮 13 是不稳定的是不稳定的，它它 放出放出 y 粒子变成碳粒子变成碳 13，那么，那么，x 粒子和粒子
4、和 y 粒子分别为粒子分别为() A中子和正电子中子和正电子B中子和电子中子和电子 C质子和正电子质子和正电子D质子和中子质子和中子 A由核反应方程由核反应方程 10 5B42He137N10n，137N136C01e，选项选项 A 正确。正确。 4(4 分分)太阳放出的大量中微子向地球飞来太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之但实验测定的数目只有理论的三分之 一一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个子和一个子和一个子子。若在衰变过若在衰变过 程中程中子的速度方向与中微子原来的方向一致，则子的速度方向与中微
5、子原来的方向一致，则子的运动方向子的运动方向() A一定与一定与子同方向子同方向 B一定与一定与子反方向子反方向 C一定与一定与子在同一直线上子在同一直线上 D不一定与不一定与子在同一直线上子在同一直线上 C中微子衰变成中微子衰变成子和子和子子，满足动量守恒满足动量守恒，子的速度方向与中微子原来的方向子的速度方向与中微子原来的方向 一致一致，子必定也在这条直线上子必定也在这条直线上，C 正确。正确。 5(4 分分)关于核聚变，以下说法正确的是关于核聚变，以下说法正确的是() A与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁 B世界上已经有利用核聚变能来发电
6、的核电站世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站 C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 10 10 m 以内，核力才能起作用以内，核力才能起作用 D核聚变比核裂变更易控制核聚变比核裂变更易控制 A与裂变相比与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；安全、清洁、辐射少；(2)核燃料核燃料 储量多储量多；(3)核废料易处理核废料易处理。但核聚变不易控制但核聚变不易控制，其发电还没有投入实际运行其发电还没有投入实际运行。A 正确正确。 6(4 分分)一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是一个氘核和一个氚核聚合成
7、一个氦核的反应方程是 2 1H31H42He10n，此此 反应过程产生的质量亏损为反应过程产生的质量亏损为m。 已知阿伏加德罗常数为已知阿伏加德罗常数为 NA， 真空中的光速为真空中的光速为 c。 若若 1 mol 氘和氘和 1 mol 氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为() A1 2N Amc2BNAmc2 C2NAmc2D5NAmc2 B一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为释放出的能量为mc2，1 mol 的氘核的氘核 和和 1 mol 的氚核结合成的氚核结合成 1 mol
8、 的氦核释放能量为的氦核释放能量为 NAmc2，B 正确。正确。 7 (4 分分)典型的铀核裂变是生成钡和氪典型的铀核裂变是生成钡和氪， ， 同时放出同时放出 x 个中子个中子： 235 92U10n14456Ba8936Kr x10n，铀，铀 235 质量为质量为 m1，中子质量为，中子质量为 m2，钡，钡 144 质量为质量为 m3，氪，氪 89 的质量为的质量为 m4，下，下 列说法正确的是列说法正确的是() A该核反应类型属于人工转变该核反应类型属于人工转变 B该反应放出能量该反应放出能量(m12m2m3m4)c2 Cx 的值是的值是 2 D该核反应比聚变反应对环境的污染少该核反应比聚
9、变反应对环境的污染少 B该核反应是核裂变该核反应是核裂变，不是人工转变不是人工转变，故故 A 错误；核反应方程错误；核反应方程 235 92U10n14456Ba 8936Krx10n 中根据质量数守恒中根据质量数守恒，有：有：235114489x，解得：解得：x3；根据爱因斯；根据爱因斯 坦质能方程坦质能方程，该反应放出能量为该反应放出能量为Emc2(m1m2m3m43m2)c2(m1m3m4 2m2)c2， 故故 B 正确正确， C 错误错误； 该核反应生成两种放射性元素该核反应生成两种放射性元素， 核污染较大核污染较大， 故故 D 错误错误。 8 (6 分分)由图所示可得出结论由图所示可
10、得出结论： 质子和中子的质量之和质子和中子的质量之和_(选填选填“大于大于”“小于小于” 或或“等于等于”)氘核的质量，氘核分解为质子和中子时要氘核的质量，氘核分解为质子和中子时要_(选填选填“放出放出”或或“吸收吸收”)能能 量。量。 解析解析由图可以看出由图可以看出，氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的氘核分解为质子和中子的过程中是吸收能量的，因此两个因此两个 核子质量之和大于氘核的质量。核子质量之和大于氘核的质量。 答案答案大于大于吸收吸收 9(10 分分)太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且也包太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且也包 括
11、所有矿物燃料能括所有矿物燃料能、水能水能、风能等间接的太阳能资源风能等间接的太阳能资源，严格地说严格地说，除了地热能除了地热能、潮汐能潮汐能 和原子核能以外和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能地球上所有其他能源全部来自太阳能，太阳内部持续不断地发生着四太阳内部持续不断地发生着四 个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳的能源。个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳的能源。 (1)写出核反应方程；写出核反应方程； (2)若若 mH1.007 3 u，mHe4.002 6 u，me0.000 55 u，则该反应中的质量亏损是，则该反应中的质
12、量亏损是 多少？多少？ (3)如果如果 1 u 相当于相当于 931.5 MeV 的能量，则该反应中释放的能量是多少？的能量，则该反应中释放的能量是多少？ (4)由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以 前，地球公转的周期是前，地球公转的周期是“较长较长”还是还是“较短较短”，并说明理由，并说明理由(假设地球公转半径不变假设地球公转半径不变)。 解析解析(1)411H42He201e。 (2)核反应的质量亏损为核反应的质量亏损为m4mHmHe2me41.007 3 u4.002 6 u20.000
13、55 u0.025 5 u。 (3)该核反应释放的能量为该核反应释放的能量为E0.025 5931.5 MeV23.753 25 MeV。 (4)在很久很久以前在很久很久以前，太阳的质量比现在的大太阳的质量比现在的大，太阳和地球间的万有引力比现在的太阳和地球间的万有引力比现在的 大大，由由 Fm 2 T 2 R 可知可知，很久很久以前很久很久以前，地球公转的周期较短。地球公转的周期较短。 答案答案(1)411H42He201e(2)0.025 5 u (3)23.753 25 MeV(4)略略 10(10 分分)运动的原子核运动的原子核 A ZX 放出放出粒子后变成静止的原子核粒子后变成静止的
14、原子核 Y。已知。已知 X、Y 和和粒粒 子的质量分别是子的质量分别是 M、m1和和 m2，真空中的光速为真空中的光速为 c，粒子的速度远小于光速粒子的速度远小于光速。求反应后求反应后 与反应前的总动能之差以及与反应前的总动能之差以及粒子的动能。粒子的动能。 解析解析衰变方程是衰变方程是 A ZXA 4 Z2Y42He， 设原子核设原子核 X 和和粒子的动量、动能分别为粒子的动量、动能分别为 p0和和 p2、E0和和 E2，根据动量守恒定律根据动量守恒定律有有 p0p2， 由粒子动能与动量的关系由粒子动能与动量的关系 E0 p20 2M， ，E2 p22 2m2， ， 根据能量守恒根据能量守恒
15、，反应后与反应前的总动能之差反应后与反应前的总动能之差 EkE2E0(Mm1m2)c2， 联立以上各式解得联立以上各式解得 E2M(M m1m2) Mm2 c2。 答案答案Ek(Mm1m2)c2 M Mm2(M m1m2)c2 11(4 分分)(多选多选)一静止的铝原子核一静止的铝原子核 27 13Al 俘获一速度为俘获一速度为 1.0107m/s 的质子的质子 p 后，变后，变 为处于激发态的硅原子核为处于激发态的硅原子核 28 14Si*。下列说法正确的是。下列说法正确的是() A核反应方程为核反应方程为 p2713Al2814Si * B核反应过程中系统动量守恒核反应过程中系统动量守恒
16、C核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 D硅原子核速度的数量级为硅原子核速度的数量级为 105m/s，方向与质子初速度的方向一致，方向与质子初速度的方向一致 ABD核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒， 核反应方程核反应方程为为 p2713Al2814Si*， A 正确正确；核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，B 正确正确；核反应中发生质量亏损核反应中发生质量亏损，生生 成物的质量小于反应物的质量之和成物的质量小于反应物的质量之和，C 错误错
17、误；根据动量守恒定律有根据动量守恒定律有 mpvpmSivSi，碰撞碰撞 后硅原子核速度的数量级为后硅原子核速度的数量级为 105m/s，方向与质子初速度方向一致方向与质子初速度方向一致，D 正确。正确。 12(4 分分)(多选多选)关于核力与结合能，下列说法正确的是关于核力与结合能，下列说法正确的是( ) A核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力 B核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数 C比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能比结合能小的原子核合成
18、或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能 D原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定 ABC由核力的概念知由核力的概念知 A、B 正确；原子核的比结合能越大正确；原子核的比结合能越大，表示原子核中的核表示原子核中的核 子结合得越牢固子结合得越牢固，原子核越稳定原子核越稳定，比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子 核时一定发生质量亏损释放核能核时一定发生质量亏损释放核能，选项选项 C 正确正确，D 错误。错误。 13 (4分分)(多选多选)放射性元放射性元素素 238 92U衰变有多
19、种可能途径衰变有多种可能途径， 其中一种途径是先变其中一种途径是先变成成 210 83Bi， 而而 210 83Bi 可以经过一次衰变变成可以经过一次衰变变成 210 aX(X 代表某种元素代表某种元素)，也可以经过一次衰变变成，也可以经过一次衰变变成 b 81Tl， 210 aX 和和 b 81Tl 最后都变成最后都变成 206 82Pb，衰变路径如图所示。则，衰变路径如图所示。则() Aa84 Bb206 C21083Bi210aX 是是衰变，衰变，21083Bi b 81Tl 是是衰变衰变 D21083Bi210aX 是是衰变，衰变，21083Bi b 81Tl 是是衰变衰变 ABC由由
20、 210 83Bi210aX，质量数不变质量数不变，说明发生的是说明发生的是衰变衰变，同时知同时知 a84。由由 210 83Bi b 81Tl 是核电荷数减是核电荷数减 2，说明发生的是说明发生的是衰变衰变，同时知同时知 b206。故故 A、B、C 正确正确。 14 (4 分分)(多选多选)“轨道电子俘获轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式是放射性同位素衰变的一种形式， ，即原子核俘获一即原子核俘获一 个核外电子个核外电子， 核内一个质子变为中子核内一个质子变为中子， 原子核衰变成一个新核原子核衰变成一个新核， 并且放出一个中微子并且放出一个中微子(其其 质量小于电子质量且不带电质量小
21、于电子质量且不带电)。若一个静止的原子核发生若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获轨道电子俘获”(电子的初动量电子的初动量 可不计可不计)，则，则() A生成的新核与衰变前的原子核质量数相同生成的新核与衰变前的原子核质量数相同 B生成新核的核电荷数增加生成新核的核电荷数增加 C生成的新核与衰变前的原子核互为同位素生成的新核与衰变前的原子核互为同位素 D生成的新核与中微子的动量大小相等生成的新核与中微子的动量大小相等 AD质子与中子的质量数相同质子与中子的质量数相同，所以发生所以发生“轨道电子俘获轨道电子俘获”后新核与原核质量数相后新核与原核质量数相 同同，A 正确正确；新核质子数减少新核质子数减
22、少，故核电荷数减少故核电荷数减少，B 错误错误；新核与原核质子数不同新核与原核质子数不同，不不 能称它们互为同位素能称它们互为同位素，C 错误错误；以静止原子核及被俘获电子为系统以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒系统动量守恒，系系 统初动量为零统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反方向相反，D 正确。正确。 15(4 分分)(多选多选)月球土壤里大量存在着一种叫月球土壤里大量存在着一种叫作作“氦氦 3(32He)”的化学元素的化学元素，这是热核这是热核 聚变的重要原料。关于聚变的重要原料。关于“氦氦 3(32He)”与氘核的聚
23、变，下列说法正确的是与氘核的聚变，下列说法正确的是() A核反应方程为核反应方程为 3 2He21H42He11H B核反应生成物的质量将大于反应物的质量核反应生成物的质量将大于反应物的质量 C“氦氦 3(32He)”一个核子的结合能小于氦一个核子的结合能小于氦 4(42He)一个核子的结合能一个核子的结合能 D“氦氦 3(32He)”的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 ACDA 选项中的核反应方程就选项中的核反应方程就是是 3 2He 和和 2 1H 发生核聚变的方程发生核聚变的方程， 在生在生成成 4 2He 和和 1 1H 的同时释放大量的能量的同时
24、释放大量的能量，A 正确正确；由于核反应的过程中释放大量的能量由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦根据爱因斯坦 质能方程质能方程Emc2，可知生成物的质量小于反应物的质量可知生成物的质量小于反应物的质量，B 错误；质量中等的核的错误；质量中等的核的 比结合能最大比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并都可使核更为稳定并 放出能量放出能量，32He 一个核子的结合能小于一个核子的结合能小于 4 2He 一个核子的结合能一个核子的结合能，C、D 正确。正确。 16(6 分分)我国自行设计并研制的我国自行设计并研
25、制的“人造太阳人造太阳”托卡马克实验装置运行，获得重托卡马克实验装置运行，获得重 大进展大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变该反应所进行的聚变 过程是过程是 2 1H31H42He10n，反应原料氘，反应原料氘(21H)富存于海水中，而氚富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自是放射性元素，自 然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人工核转变得到。的人工核转变得到。 (1)请把下列用中子轰击锂核请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核产生一个氚核(3
26、1H)和一个新核的人工核转变方程和一个新核的人工核转变方程 填写完整：填写完整：_10n_31H。 (2)在在(1)中，每产生中，每产生 1 g 氚的同时有多少个氚的同时有多少个 6 3Li 核实现了核转变？核实现了核转变？(阿伏阿伏加加德罗常德罗常数数 NA取取 6.01023mol 1) (3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时一个氘核和一个氚核发生核聚变时， 平均每个核子释放的能量为平均每个核子释放的能量为 5.610 13 J， 求求 该核聚变过程中的质量亏损。该核聚变过程中的质量亏损。 解析解析(1)核反应方程为核反应方程为 6 3Li10n42He31H。 (2)因为因为 1 g 氚为
27、氚为1 3 mol，根据核反应方程根据核反应方程，实现核转变的实现核转变的 6 3Li 也为也为1 3 mol，所以所以有有 2.01023个个 6 3Li 实现了核转变。实现了核转变。 (3)根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程Emc2，核聚变反应中有核聚变反应中有 5 个核子参加了核反应个核子参加了核反应，5 个核子释放总能量个核子释放总能量E55.610 13 J2.810 12 J，所以质量亏损为所以质量亏损为mE c2 2.810 12 (3108)2 kg3.110 29kg。 。 答案答案(1)63Li 4 2He(2)2.01023个个 (3)3.110 29kg 17(1
28、0 分分)为测定某水库的存水量为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这已知这 杯溶液每分钟衰变杯溶液每分钟衰变 8107次，这种同位素的半衰期为次，这种同位素的半衰期为 2 天，天，10 天以后从水库取出天以后从水库取出 1 m3 的水，并测得每分钟衰变的水，并测得每分钟衰变 10 次，求水库的存水量为多少？次，求水库的存水量为多少？ 解析解析由每分钟衰变次数与其质量成正比出发由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用半衰期知识可求出存水量运用半衰期知识可求出存水量。 设放射性同位素原有质量为设放射性同位素原有质量为 m0，10 天后其剩余质
29、量为天后其剩余质量为 m，水库存水量为水库存水量为 Q，10 天天 后每立方米水中放射性元素的存量为后每立方米水中放射性元素的存量为m Q， ，由每分钟衰变次数与其质量成正比由每分钟衰变次数与其质量成正比 m0 m/Q 8107 10 ，即即 10Q 8107 m m0， ，由半衰期公式得：由半衰期公式得：mm0 1 2 t T 由以上两式联立代入数据得由以上两式联立代入数据得 10Q 8107 1 2 10 2 1 2 5 解得水库的存水量为解得水库的存水量为 Q2.5105m3。 答案答案2.5105m3 18 (10 分分)31H 的质量是的质量是 3.016 050 u， 质子的质量是
30、质子的质量是 1.007 277 u， ， 中子的质量是中子的质量是 1.008 665 u。则：。则： (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 解析解析(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 1 1H210n31H，反应反应 前各核子总质量为前各核子总质量为
31、 mp2mn1.007 277 u21.008 665 u3.024 607 u 反应后新核的质量为反应后新核的质量为 mH3.016 050 u 质量亏损为质量亏损为 m3.024 607 u3.016 050 u 0.008 557 u 因反应前的总质量大于反应后的总质量因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应。故此核反应为放出能量的反应。 释放的核能为释放的核能为Em931.5 MeV0.008 557931.5 MeV7.97 MeV。 (2)氚核的结合能即为氚核的结合能即为E7.97 MeV 它的比结合能为它的比结合能为E 3 2.66 MeV。 (3)放出光子的频率为放出光子的频率为 E h 7.9710 61.610 19 6.6310 34 Hz1.921021Hz。 答案答案(1)释放核能释放核能7.97 MeV (2)7.97 MeV2.66 MeV (3)1.921021Hz
