第7章原子核与核能课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册

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第7章原子核与核能一、选择题（共15题）1．如图所示，天然放射源放射出的射线从容器的小孔射出， 经过垂直纸面向里的匀强磁场，射线分裂成a、b、c三束。下列说法正确的是（　　）A．a是高速粒子流，穿透能力较弱，称为β射线B．b是高速电子流，穿透能力较强，称为α射线C．c是能量很高的电磁波，穿透能力最强，称为γ射线D．电离作用最强的是b射线，电离作用最弱的是c射线2．2021年4月13日，日本政府单方面做出将福岛核废水排入大海的决定，引起日本国内民众及周边国家的强烈反对。核废水中的放射性物质氚很难被分离清除，会通过食物链在人体内累积。氚衰变后转变成稳定的氦，半衰期大约12.5年。下列说法正确的是（　　）A．氚的衰变方程为B．发生衰变放出的射线来源于核外电子C．在食物链传递过程中，其半衰期会逐渐缩短D．20个氚核经过25年，还有5个氚核未发生衰变3．如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是（　　） 磁场方向到达O点射线到达P点射线A竖直向上β射线α射线B竖直向下α射线β射线C垂直线面向内γ射线β射线D垂直线面向外β射线γ射线A．A B．B C．C D．D4．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为H＋H→He＋n。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为（　　）A． B．C． D．5．下列说法正确的是（　　）A．康普顿效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面B．发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍C．原子的能量是不连续的，能级越高越稳定D．射线是高速运动的氦原子核，具有良好的穿透性，能够穿透几厘米厚的铅板6．人类在研究光、原子结构及核能利用等方面经历了漫长的过程，我国在相关研究领域虽然起步较晚，但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列，有关原子的相关知识，下列说法正确的是（     ）A．卢瑟福最先发现电子，并提出了原子的核式结构学说B．光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，且前者可说明光子具有能量，后者除证明光子具有能量，还可证明光子具有动量C．原子核发生β衰变时，产生的β射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以β射线是核外电子逸出原子形成的D．一个铍核和一个α粒子反应后生成一个碳核，并放出一个中子和能量，核反应方程为7．下列说法正确的是（     ）A．原子从低能级向高能级跃迁时，只有吸收光子才能实现B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能C．放射性β射线其实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗D．核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度8．下列说法正确的是（     ）A．将放射性元素放置在一个封闭的装置内，衰变将会变慢B．射线是原子核中的质子衰变成中子而释放出来的电子流C．静止的原子核发生衰变时，粒子和反冲核动能大小相等D．比结合能小的原子核结合或裂变成比结合能大的原子核时释放核能9．如图，在匀强磁场中静止的碳14（）原子核发生一次衰变，放射出的粒子与反冲核做匀速圆周运动的半径之比为7:1.粒子与反冲核的A．电荷量之比为1:7 B．动量大小之比为7:1C．该反应为衰变 D．该反应质量不守恒10．下列说法正确的是（　　）A．卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子核内部有复杂的结构B．大量氢原子从的能级向低能级跃迁时只辐射两种不同频率的光C．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量D．的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，其半衰期可能变短11．下列有关原子核的反应，正确的是（　　）A．是衰变B．是天然放射现象C．说明原子核中有电子D．是核裂变12．下列说法正确的是（　　）A．金属发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．的裂变方程之一为：C．氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长D．核的比结合能小于核的比结合能13．下列说法正确的是（　　）A．核聚变反应方程可能为＋→＋2B．铀核裂变的核反应方程可能为＋→＋＋2C．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分D．中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc214．天然放射性物质的射线包含三种成分，下列说法正确的是（　　）A．射线的本质是高速氦核流B．射线是不带电的光子流C．三种射线中电离作用最强的是射线D．一张厚的黑纸可以挡住射线，但挡不住射线和射线15．下列关于核反应及衰变的表述正确的有：(       )A．＋→＋是轻核聚变B．X＋→＋中，X表示 C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D．衰变成 要经过6次α衰变和4次β衰变二、填空题16．结合能原子核是_________凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要_________，这就是原子核的结合能。17．工作原理核燃料发生________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的________传输出去，用于________，同时也使反应堆冷却。18．辐射与安全（1）人类一直生活在放射性的环境中。（2）过量的射线对人体组织有____作用。在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止_______对水源、空气、用具等的污染。19．用加速后动能为Ek0的质子轰击静止的原子核X，生成两个动能均为Ek的核，并释放出一个频率为ν的γ光子．写出上述核反应方程________________，并计算核反应中的质量亏损__________．（光在真空中传播速度为c）三、综合题20．静止在匀强磁场中的放射性原子核X发生衰变，衰变后带电粒子运动速度和磁感线垂直，两轨迹圆半径之比，带电粒子在轨迹圆上运动的周期之比．设衰变过程释放的核能全部转化成射线粒子和反冲核的动能，已知该衰变过程前后原子核的质量亏损为m．(1)该衰变为          衰变．(填“”或“”)(2)写出核反应方程(反冲核的元素符号可用Y表示)：          ．(3)计算射线粒子和反冲核的动能．21．中国科学院某实验室工作人员，用初速度为v0的α粒子，轰击静止的氮原子核，产生了质子。若某次碰撞可看做对心正碰，碰后释放的核能全部转化为动能，新核与质子同方向运动，且垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶17。①写出核反应方程。②求出质子的速度。（质子中子的质量均为m）③估算核反应中的质量亏损。22．静止的原子核X，自发发生反应，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，这对光子的能量均为E。已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，求：（1）反应放出的核能；（2）新核Z的动能Ekz。23．一静止的原子核发生衰变后变成原子核Y，且知X、Y和a粒子的质量分别是M、m1和m2和真空中的光速为c。（1）请写出该核反应的方程式；（2）求所得粒子的速度(设核反应所释放的核能全部转化为系统的动能）。
参考答案：1．C【详解】由左手定则可知，a是α射线，b是β射线，c是γ射线，电离能力，穿透能力，选项C正确。故选C。2．A【详解】A．根据电荷数守恒和质量数守恒，可知氚的衰变方程为故A正确；B．由A可知发生的衰变是β衰变，而在β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故B错误；C．半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故C错误；D．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故D错误。故选A。3．C【详解】由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内。故选C。4．B【详解】该反应中释放的核能为ΔE=E3－（E1＋E2）根据爱因斯坦质能方程有ΔE=Δmc2联立解得该核聚变反应中质量亏损为Δm=故选B。5．A【详解】A．康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面，表明光子具有能量之外还具有动量，故A正确；B．根据可知发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故B错误；C．原子核的能量是不连续的，能级越高，越不稳定，故C错误；D．射线是高速运动的氦原子核，电离能力最强，而穿透能力最弱，不能穿透铅板，故D错误。故选A。6．B【详解】A．汤姆生发现电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，A错误；B．光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，光电效应说明光子具有能量，康普顿效应可以说明光子具有动量，B正确；C．β射线是高速电子流，来自原子核内部中子的衰变，C错误；D．该核反应方程中，质量数不守恒，D错误。故选B。7．D【详解】A．原子从低能级向高能级跃迁时，可能吸收光子，也可能是吸收实物粒子如自由电子使原子获得能量，不吸收光子也能实现，A错误；B．根据质能方程可知，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，B错误；C．放射性β射线其实质是高速电子流；放射性γ射线可用于医学的放射治疗，C错误；D．核电站可通过控制慢中子的数目来控制核反应剧烈程度，D正确。故选D。8．D【详解】A．半衰期与环境无关，A错误；B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，B错误；C．静止的原子核发生α衰变时合外力为零，根据动量守恒定律，α粒子和反冲核动量大小相等，而动能并不相等，C错误；D．比结合能小的原子核结合或裂变成比结合能大的原子核时释放核能，D正确。故选D。9．A【详解】试题分析：核衰变过程动量守恒，反冲核与释放出的粒子的动量大小相等，根据左手定则判断粒子与反冲核的电性关系．结合带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得粒子与反冲核的电荷量之比．原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是衰变，此粒子是粒子，符号为．可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有，即动量大小之比为1:1，由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得，可见r与q成反比．由题意，大圆与小圆的直径之比为7：1，半径之比为7：1，A正确BC错误；衰变前后质量守恒，根据质能方程可知一部分质量转化为能量，D错误．10．C【详解】A．卢瑟福根据α粒子散射实验结果，提出原子核式结构学说，说明原子内部有复杂结构，A错误；B．从n=3的能级向低能级跃迁能放出三种不同频率的光，它们分别是从n=3到n=2、n=3到n=1以及n=2到n=1跃迁放出的，B错误；C．比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成，C正确；D．半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关，所以随地球环境的变化，其半衰期不变，D错误。故选C。11．D【详解】A．核反应方程式是聚变，A错误；B．核反应方程式是人工核反应，B错误；C．核反应方程式是衰变，实质是原子核中的中子转变为质子和电子，C错误；D．核反应方程式是核裂变，D正确。故选D。12．D【详解】A．根据可知，逸出的电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，A错误；B．不是的裂变方程，B错误；C．氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的频率小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的频率，波长则更大一些，C错误；D．因为核裂变时释放能量，所以核的比结合能小于核的比结合能，D正确。故选D。13．BD【详解】A．根据核聚变中质量数守恒和电荷数守恒可知核聚变反应方程为选项A错误；B．根据重核裂变中质量数守恒和电荷数守恒可知铀核裂变的核反应方程可能为＋→＋＋2选项B正确；C．β衰变时原子核内部中子衰变为质子并释放出高速电子，电子并不是原子核的组成部分，选项C错误；D．根据质能方程可知，中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc2，选项D正确。‍故选BD。14．AD【详解】A．射线的本质是高速氦核流，A正确；B．射线是高速电子流，B错误；C．三种射线中电离作用最强的是射线，C错误；D．一张厚的黑纸可以挡住射线，但挡不住射线和射线，D正确。故选AD。15．AD【详解】A．轻核聚变是把两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称轻核聚变反应，故A正确；B．根据质量数守恒、电荷数守恒，可以知道X质量数是4，电荷数是2，因此X表示，故选项B错误；C．β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故C错误；D．衰变成时，质量数减小24，而质子数减小8，对于β衰变质量数不变，质子数在增加1，而α衰变质量数减小4，质子数减小2，因此要经过6次α衰变，4次β衰变，D正确。故选AD。16．     核子     能量【详解】原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量这就是原子核的结合能。17．     核裂变     循环流动     热量     发电【详解】核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。18．     破坏     放射性物质【详解】（2）过量的射线对人体组织有破坏作用。在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。19．          【详解】试题分析：根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，通过爱因斯坦质能方程求出质量亏损．解：根据电荷数守恒、质量数守恒有：→．根据能量守恒知释放的核能△E=2Ek+hv﹣Ek0根据爱因斯坦质能方程得，．答：核反应方程为：→．在核反应中的质量亏损为．20．(1) (2) (3) 【详解】(2)回旋半径， a和b初动量大小相等，回旋周期该核反应是衰变；b的电荷数2，质量数4；a的电荷数90，质量数234衰变方程(3)由得又得21．①；②；③【详解】①由质量数守恒及电荷数守恒可得：核反应方程为②α粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，选取α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得解出③核反应中放出的核能为由爱因斯坦质能方程有联立解得22．（1）（m1－m2－m3）c2；（2）【详解】（1）根据爱因斯坦质能方程反应放出的核能（2）根据能量守恒定律新核Y、Z的总动能为由于动量守恒可知故可知 所以新核Z的动能23．（1） （2）【详解】（1）根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为（2）由质能方程可得，该核反应释放的能量为设衰变后反冲核的速度大小为v1，α粒子的速度大小为v2，由动量守恒定律可知又因核反应所释放的核能全部转化为系统的动能，则有联立解得α粒子的速度为