2019-2020学年物理人教版选修3-5第十九章原子核单元测试题（一）（附答案解析）

第十九章 单元测试题

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共计48分）

1．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)（ ）

A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2 2．下列表示重核裂变的方程是（ ）

341

A．21H＋1H→2He＋0n 300B．3015P→14Si＋1e

4171C．14 7N＋2He→ 8O＋1H 1901361D．235 92U＋0n→38Sr＋ 54Xe＋100n

3．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知

4

钚的一种同位素239其衰变方程为 239 94Pu的半衰期为24100年，94Pu→X＋2He＋γ，下列有关说法正确的是

（ ）

A．X原子核中含有92个中子

B．100个 23994Pu经过24100年后一定还剩余50个

C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加 D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 4．一个

原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为

，则下列说法正确的是（ ）

A．X是原子核中含有86个中子 B．X是原子核中含有141个核子

C．因为裂变释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加 D．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少

5．如图1所示，为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡时，会打出粒子流b，经研究知道（ ）

A．a为中子，b为质子 B．a为质子，b为中子 C．a为γ射线，b为中子 D．a为中子，b为γ射线

6．关于核电站和核辐射，下列说法中正（ ）

A．核反应堆发生的是轻核聚变反应 B．核反应堆发生的是重核裂变反应

C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关 D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关

7．氦3与氘的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义。该核反应可

确的是

24

表示为32He＋1H→3Li＋X(X2

表示某种粒子)，若32He、1H4

和3Li

的质量分别为m1、m2、m3，则下列选项

正确的是（ ）

A．X为中子

B．这种核反应在月球上可自发进行 C．高速的X粒子可以用来工业探伤 D．该反应释放的核能ΔE<(m1＋m2－m3)c2

27*

8．一静止的铝原子核13Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si，

下列说法正确的是（ ）

*A．核反应方程为p＋27→2813Al―14Si

B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒

D．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 二、填空题（本题共２小题，共14分）

9．（6分）一个氘核和一个氚核结合成氦时，释放的核能为ΔE，阿伏加德罗常数为NA，则4克氘核与6克氚核完全反应，发生的质量亏损是_____________。

10．（8分）潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。 （1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳，如图2a。结合图2b可知，安全壳应当选用的材料是________。

（2）核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后________。

A．沉入海底 C．运到月球

B．放至沙漠 D．深埋地下

三、解答题（本题共3小题，共38分）

11．（12分）太阳内部四个质子聚变成一个粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。若太阳辐射能量的总功率P，质子、氦核、正电子的质量分别为mp、mHe、me，真空中光速为c．求t时间内参与核反应的质子数。

12．（12分）一个静止的氮核14107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成 7N俘获一个速度为2.3×B、C两个新核。设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，B的速度是106m/s，B、C两原子核的电荷数之比为5:2。求：

(1)C为何种粒子？ (2)C核的速度大小。

13．（14分）如图3所示，在直角坐标系虚线以下区域内有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，虚线平行于x轴，虚线与x轴相距为h。某一时刻静止于坐标原点的原子核X发生α衰变，α粒子沿x轴方向射入磁场，射出磁场时与x轴正方向的夹角为120°。已知α粒子质量为m，电荷量为 2，剩余核的质量为M。设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和剩余核的动能，求原子核X的质量。

参考答案

1．C解析 ΔE＝Δmc2，其中Δm＝(m1＋m2－m3)，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2 ，选项C正确，A、B、D错误。

34130300144171

2．D解析 21H＋1H→2He＋0n是轻核聚变；15P→14Si＋1e是产生正电子的方程； 7N＋2He→ 8O＋1

1901361

H是原子人工核反应；235 92U＋0n→38Sr＋ 54Xe＋100n是重核裂变。综上可知，选项D正确。

3．D 解析 根据核反应方程遵循的规律，X原子核中含有92个质子，235个核子，143个中子，选项A错误。半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，100个 23994Pu经过24 100年后不一定还剩余50个，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量不变，放出粒子的质量和生成新核的质量之和小于衰变前核的质量，选项C错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，选项D正确。

4．A 解析 由质量数守恒和电荷数守恒知：235＋1＝a＋94＋2×1，92＝b＋38，解得：a =140， b =54，其中a是X的质量数，b为X的电荷数，X核中的中子数为：a－b＝140－54＝86， 选项A正确、选项B错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减小，但质量数守恒，选项C、D错误。

5．A 解析 α射线轰击铍时会产生粒子流a为中子，而石蜡中含有大量氢原子（质子），轰击石蜡的不可见射线应该是质子，选项A正确。

6．BC解析核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A错误，B正确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C正确，D错误。

7．AD 解析 由电荷数守恒和质量数守恒可得X为10n，选项A正确；轻核聚变又称热核反应，必须在高温下进行，不能在月球上自发进行，选项B错误；能够用来工业探伤的是γ射线，并非高速中子流，选项C错误；由质能方程可知，该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－mn)c2<(m1＋m2－m3)c2，选项D正确。

27*

8．ABD 解析 核反应方程为p＋13Al→2814Si，选项A正确；核反应过程中系统动量守恒、能量守

恒，选项B正确、C错误；由动量守恒定律得0＋m1v1＝m2v2，即0＋1×107＝28v2，解得v2≈0.036×107m/s＝3.6×105m/s，选项D正确。

9．

2NAΔE

c22NAΔE

。 c2解析 4克的氘核和6克的氚核的摩尔数都是2，因此原子核数均为2NA，由于一个氘核和一个氚核结合成氦时，释放的核能为ΔE，故释放总能量为E＝2NAΔE，而E＝Δmc2，?m?10．（1）混凝土 （2）D

解析（1）从图b可以看出，β射线和γ射线穿透能力很强，可以穿透几毫米厚的铅板，但不能穿透混凝土。

（2）放射性元素的半衰期长，污染性强，应深埋地下。

11． n?4Pt4Pt ?2?E(4mp?2me?mHe)c解析 核反应放出的能量△E=△mc2=(4mp-2me-mHe)c2 设t时间内参与核反应的质子数为n，依题意，Pt=n△E /4 解得n?4Pt4Pt ?2?E(4mp?2me?mHe)c12．（1）α粒子(氦原子核4106m/s 2He) （2）3×解析 （1）静止的氮核 14107m/s的中子生成一个复核A，复核A质量数为7N俘获一个速度为2.3×

15，B的质量数是11，则C核的质量数是4。

根据B、C两原子核的电荷数之比为5：2可知C核的电荷数为2。

4

所以C为α粒子(氦原子核2He) 。

（2）设中子质量为m，B的质量为11m，C的质量为4m。由动量守恒定律： mv＝11mvB＋4mvC，解得vC＝3×106m/s。

8e2B2h2??13． (m＋M)?1＋9mMc2?

解析 设X衰变时放出的α粒子的速度为vα，在磁场中圆周运动的半径为r，则由几何关系可得

r＋rsin30°＝h ①

v2α由牛顿第二定律得2eBvα＝m ②

r

4eBh

由①②两式解得vα＝ ③

3m

设衰变后新核的速率为v，由动量守恒定律得 mvα－Mv＝0 ④

4eBh

由③④解得v＝ ⑤

3M

12128e2B2h2m＋M

衰变过程中释放的能量为E＝mvα＋Mv＝· ⑥

229mM

E8e2B2h2m＋M

由爱因斯坦质能方程得质量亏损Δm＝2＝· ⑦

c9c2mM

8e2B2h2??故原子核X的质量为mX＝m＋M＋Δm＝(m＋M)?1＋9mMc2? ⑧

做匀速