人教版高中物理选择性必修三同步讲义第五章《原子核》综合练习（2份，原卷版+解析版）

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第五章《原子核》综合练习一．选择题（共12小题）1．（2023秋•嘉兴月考）如图所示是上海同步辐射光源（SSRF）所在地，其新的光束线——上海激光电子伽玛源（SLEGS）于2021年成功试运行，成为国内首台、全球范围内为数不多的用于核科学研究的高能量伽玛（γ）源设施。关于γ射线，下列说法正确的是（　　）A．γ射线常用于雷达的电磁波定位 B．γ射线的探伤能力比X射线弱 C．γ射线的电离能力比α、β射线都强 D．原子核发生衰变时辐射的γ射线强度与压强无关【解答】解：A．γ射线是由放射性物质辐射的，是一种能量很高的电磁波，穿透能力很强，雷达的电磁波频率要低很多，两者并不能混用，故A错误；B．γ射线的穿透能力更强，因此探伤能力比X射线强，故B错误；C．γ射线的穿透能力比α、β射线都强，γ射线的电离能力比α、β射线都弱，故C错误；D．原子核发生衰变时与环境的温度、压强都无关，因此辐射的γ射线强度与压强无关，故D正确。故选：D。2．（2023秋•奉贤区期中）装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（ 86222Rn）发生一次衰变后生成新核钋（ 84218Po），放出一个粒子X及一个γ光子。氡的半衰期为3.8天，下列说法正确的是（　　）A．X为β粒子 B．X与γ光子均属于实物粒子 C．钋核的比结合能比氡核大 D．石材中氡经过7.6天会全部衰变完【解答】解：A．核反应前后根据电荷数和质量数守恒，可得放出的粒子X的电荷数为2，质量数为4，是α粒子，故A错误；B．γ光子是电磁波，不是实物粒子，故B错误；C．衰变过程有质量亏损，核子的比结合能变大，故C正确；D．每经过一个半衰期，原子核有半数发生衰变，这个一半是指当前的一半，故经过两个半衰期，氡会剩下四分之一，故D错误。故选：C。3．（2023秋•太原期中）下列说法正确的是（　　）A．利用金属晶格作为障碍物观察电子的衍射图样，说明电子具有粒子性 B．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，在电路中形成光电流，光强越小，饱和光电流越大 C．α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 D． 88226Ra衰变为 86222Rn要经过1次α衰变和1次β衰变【解答】解：A．利用金属品格作为障碍物观察电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A错误；B.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，在电路中形成光电流，光强越大饱和光电流越大，故B错误；C.α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，故C正确；D. 88226Ra衰变为 86222Rn，质量数减少4，电荷数减少2，由于β衰变质量数不变，所以经过1次α衰变，不用经过β衰变，故D错误。故选：C。4．（2022秋•沙坪坝区校级期末）以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+ 37Li→2y，y+ 714N→x+ 817O，y+ 49Be→z+ 612C，x、y和z是3种不同的粒子，其中x是（　　）A．中子 B．质子 C．α粒子 D．电子【解答】解：将上述三个方程相加，整理后得 37Li+ 714N+ 49Be→ 817O+ 612C+z，根据电荷数守恒和质量数守恒，z的质量数为1，电荷数为0，为中子。在y+49Be→z+126C中，根据电荷数守恒和质量数守恒，y的质量数为4，电荷数为2，为α粒子；在 x+37Li→2y，根据电荷数守恒和质量数守恒，x的质量数为1，电荷数为1，为质子；故B正确ACD错误。故选：B。5．（2023•河源开学）放射性元素衰变时，通常会放出α、β、γ三种射线，这三种射线穿透本领的示意图如图所示，下列说法正确的是（　　）A．射线x可能为γ射线 B．射线x可以用来消除工业生产中的有害静电 C．射线y的速度约为光速的110 D．射线z的本质为高速电子流【解答】解：AB．α射线的穿透本领最弱，γ射线的穿透本领最强，因此射线x应为α射线，射线y应为β射线，射线z应为γ射线；α射线的电离本领最强，可以用来消除有害静电，故A错误，B正确；C．β射线的本质为高速电子流，其速度可达光速的99%，即接近光速，故C错误；D．γ射线的穿透本领最强，射线z应为γ射线，γ射线的本质是高能光子，故D误。故选：B。6．（2023春•和平区期末）如图所示为研究放射性元素射线性质的实验装置，两块平行放置的金属板A、B分别与电源的正负两极连接。放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，分裂成三束，分别为α、β、γ三种射线。对于三种射线，下列说法正确的是（　　）A．到达A板的射线为α射线，电离能力最强 B．到达B板的射线为α射线，穿透能力最强 C．到达A板的射线为β射线，是原子核内的中子转化为质子时放出的 D．到达B板的射线为γ射线，可以用于治疗肿瘤【解答】解：在同一电场中，α射线带正电，偏向负极，而β射线带负电，偏向正极，由图知，向左偏的为β射线，向右偏的为α射线，即到达A板的为β射线；α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，α射线穿透能力最弱，电离能力最强.AB、到达A板的射线为β射线，电离能力和穿透能力都不是最强，故AB错误；C、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，而b粒子是α射线，故C正确；D、到达B板的射线为α射线，故D错误。故选：C。7．（2023•浙江开学）自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变，又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连续衰变，直至生成一个稳定核素。钍Th系衰变的示意图如图所示，横坐标为质子数，纵坐标为中子数。下列判断中正确的是（　　）A．该图中的始祖元素质量数为228 B．最终生成的稳定核素为 81208Tl C．衰变全过程最终生成稳定核素，共有四种不同的衰变路径 D．衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变【解答】解：A．始祖元素对应最上方的点，横坐标为核电荷数为90，纵坐标为中子数位142，可知质量数为232，故A错误；B．由图可知最终的稳定核素为Pb，故B错误；C．从图中可知有两种衰变路径，故C错误；D．横纵坐标均减小2的路径对应α衰变，横坐标增加1，纵坐标减小1的路径对应β衰变，由图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变，故D正确。故选：D。8．（2023•且末县开学）关于近代物理学的相关知识，下列说法正确的是（　　）A．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子 B．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 C．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定 D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变【解答】解：A．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故A错误。B．放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故B正确；C．比结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故D错误；故选：B。9．（2022秋•福田区校级期末）关于电磁波的特性，下列说法正确的是（　　）A．X射线可深入骨骼，杀死病变细胞 B．验钞机检验钞票真伪体现了紫光的荧光作用 C．红外遥感是利用了红外线波长较长的特点 D．一切物体都在不停地辐射紫外线，温度越高，辐射越强【解答】解：A、在人体内杀死病变细胞是利用了γ射线的放射作用，X射线可用来检查人体器官的，故A错误；C、红外线波长较长，能够发生明显衍射，红外遥感是利用了红外线波长较长的特点，故C正确；D、一切物质都在辐射红外线，辐射本领和物体温度有关，故D错误；B、钞票上有荧光物质，验钞机发出的紫外线具有荧光作用，可以使荧光物质发光，故B错误。故选：C。10．（2023春•靖远县校级期末）2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。下列关于核聚变的说法正确的是（　　）A．核电站采用核聚变技术发电 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的原子核，核子的比结合能变大 D．两个轻核结合成质量较大的原子核，生成核的质量大于两轻核的质量之和【解答】解：A．核电站采用重核裂变技术发电，故A错误；B．最容易实现的聚变反应是氢的同位素，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；C．两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增加，故C正确；D．两个轻核结合成质量较大的原子核，释放能量，生成核的质量小于两轻核的质量之和，故D错误。故选：C。11．（2023秋•萨尔图区校级月考）下列与能量有关的说法正确的是（　　）A．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子动能增大 C．发生光电效应时，入射光强度增大，光电子的最大初动能增大 D．一群氢原子处于n＝4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光【解答】解：A．比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，与A选项描述不符，故A错误；B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，电子的轨道半径增加，电子克服库仑力做功，故动能减小，与B选项描述不符，故B错误；C．发生光电效应时，由爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hv﹣W0知，入射光频率增大，光电子的最大初动能增大，入射光强度与光电子的最大初动能无关，与C选项描述不符，故C错误；D．一群氢原子处于n＝4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光，具体为4→1，4→2，4→3，3→2，3→1，2→1，故D正确。故选：D。12．（2023•坪山区校级模拟）关于以下四幅图说法正确的是（　　）A．图甲，由原子核的比结合能曲线可知， 12H核比 24He核更稳定 B．图乙，说明光具有粒子性 C．图丙，放射性同位素放出的射线为α射线 D．图丁，进行的核反应类型是α衰变【解答】解：A．图甲，由原子核的比结合能曲线，且比结合能越大物质越稳定的特点，可知 24He核比 12H核更稳定，故A错误；B．图乙为康普顿效应，说明光具有粒子性，故B正确；C．图丙，放射性同位素放出的射线为γ射线，故C错误；D．图丁，进行的核反应类型不是衰变，图中使用了中子去轰击B核，不符合衰变反应物特点，故D错误。故选：B。二．多选题（共3小题）（多选）13．（2023春•尖山区校级期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（　　）A． 24He核比 36Li核更稳定 B． 24He核的结合能约为14MeV C．两个 12H核结合成 24He核时释放能量 D． 92235U核中核子的平均结合能比 3689Kr核中的小【解答】解：A、根据原子核的结合能知识可知，平均结合能越大，原子核越稳定，由图可知，氦核的平均结合能大，则 24He核比 36Li核更稳定，故A正确。B、由图可知，氦核的平均结合能大约为7MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28MeV，故B错误。C、两个 12H核结合成 24He核时有质量亏损，释放能量，故C正确。D、由图可知， 92235U核中核子的平均结合能比 3689Kr核中的小，故D正确。故选：ACD。（多选）14．（2023春•思茅区校级期末）关于原子核的有关知识，下列说法正确的是（　　）A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内 B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线 C．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．比结合能越大，原子越容易发生衰变【解答】解：A、β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时产生一个电子，这个电子以β射线的形式释放出去，同时辐射出γ光子。故A正确。B、半衰期是针对于大量原子核的一个统计规律，对个别原子核或少量原子核来说没有意义。故B正确；C、因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，故C错误；D、比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，故D错误。故选：AB。（多选）15．（2023春•隆阳区校级期末） 14C发生放射性衰变为 14N，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内 14C与 12C的比例不变；生命活动结束后， 14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中 14C的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是（　　）A．该古木的年代距今约为11400年 B． 12C、 13C、 14C具有相同的中子数 C． 14C衰变为 14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速 14C的衰变【解答】解：A、设原来 614C的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有：M＝M0（12）n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的14，故n＝2，所以死亡时间为：11400年，故A正确；B、12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数。故B错误；C、14C衰变为14N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线。故C正确；D、放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故D错误。故选：AC。三．计算题（共2小题）16．（2023•盐城一模）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电（PuO2中的Pu是 94238Pu）。已知 94238Pu衰变后变为 92234U和α粒子。若静止的 94238Pu在匀强磁场中发生衰变，α粒子的动能为E，α粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为T0，衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为 92234U和α粒子的动能。已知光在真空中的传播速度c．求：（1） 94238Pu衰变过程中的质量亏损Δm；（2）从开始衰变到 92234U和α粒子再次相遇的最短时间t。【解答】解：（1）α粒子的质量数为4，电荷数为2根据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等，设为p，α粒子的动能Eα=p22m铀核的动能EU=p22M则EUEα=mM=4234=2117所以释放能量为ΔE=Eα+EU=119117E且ΔE＝Δmc2解得Δm=119E117c2（2）根据带电粒子在磁场中运动的周期公式T=2πmBq，则：T0TU=mM⋅qUqα=4234×922=92117所以相遇最短时间：t＝117Tα＝117T017．（2022秋•海淀区校级期末）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和 11H、 24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核（ 11H）聚变成氦核（ 24He），同时放出两个正电子（ 10e）。已知光速c＝3×108m/s，氢核质量mp＝1.6726×10﹣27kg，氦核质量ma＝6.6458×10﹣27kg，正电子质量me＝0.9×10﹣30kg。要求计算结果保留一位有效数字。则：（1）请写出题中所述核聚变的核反应方程；（2）求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）已知地球的半径R＝6.4×106m，日地中心距离r＝1.5×1011m，忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失，每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P＝1.8×1017J，求每秒钟太阳辐射的电子个数。【解答】解：（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则有聚变反应的核反应方程为：411H→ 24He+210e；（2）根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为：ΔE＝（4mp﹣2me﹣mα）c2；代入数据解得：ΔE＝4×10﹣12J；（3）设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N，则每秒钟发生核聚变的次数为N2太阳辐射的能量是以球面波的形式传播，根据能量守恒定律，则有：P•4πr2πR2=N2•ΔE所以有：N=2P⋅4πr2πR2ΔE代入数据解得：N≈2×1038个