2022-2023学年粤教版选择性必修第三册 第五章 原子与原子核 单元测试

第五章   原子与原子核

(时间：75分钟　分值：100分)

一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)

1．下列选项中，不能由α粒子散射实验得出的结论是(　　)

A．原子中绝大部分是空的

B．原子中全部正电荷集中在原子核上

C．原子内有中子

D．原子的质量几乎全部集中在原子核上

C　解析：卢瑟福由α粒子散射实验得到结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外的空间运动．

2．(2021·南京六十六中月考)关于核力与结合能，下列说法错误的是(　　)

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

B．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结合成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

D　解析：由核力的性质易知A、B正确；原子核的比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，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核时一定发生质量亏损释放核能，选项C正确，D错误．

3．(2021·日照一中月考)太阳中所发生的“氢聚变”实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，这个循环被称为“碳循环”，太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的．据图可判断下列说法正确的是(　　)

A．X粒子是电子

B．Y粒子是中子

C．①处所发生的核反应方程为N＋H→O

D．一个“碳循环”的总核反应方程为4H→He＋2e

C　解析：由质量数守恒、电荷数守恒，可知两个包含了X的核反应方程为O→N＋e、N→C＋e，包含了Y的核反应方程为N＋H→C＋He，故可知X为e，Y为He，A、B错误；①处所发生的核反应方程为N＋H→O，C正确；经过一个“碳循环”，碳、氮、氧的原子核都复原，有4个H被吸纳，释放出了1个He和2个e，故全过程的总核反应为4H→He＋2e，D错误．

4．1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)

A．15和28　　　　　　 B．15和30

C．16和30   D．17和31

B　解析：将核反应方程式改写成He＋Al→n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为X.

5．(2021·北京四中期末)下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是 (　　)

A．图甲：大量氢原子处于n＝4能级时，向低能级跃迁能发出8种频率的光子

B．图乙：根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线

C．图丙：天然放射性元素的半衰期由原子核内部的自身因素决定，跟所处的化学状态和外部条件有关

D．图丁：原子弹爆炸属于重核的裂变，其反应方程可以有U→Ba＋Kr＋2n

B　解析：大量氢原子处于n＝4能级时，向低能级跃迁能发出6种频率的光子，故A错误；三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故B正确；天然放射性元素的半衰期由原子核内部的自身因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程可以有U＋n→Ba＋Kr＋3n，故D错误．

6．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　)

A.H＋H→He＋n

B.N＋He→O＋H

C.He＋Al→P＋n

D.U＋n→Ba＋Ke＋3n

A　解析：H＋H→He＋n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；N＋He→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；He＋Al→P＋n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．

7．(2021·桂林中学月考)K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切．它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出．由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为(　　)

A．1∶1   B．1∶2

C．1∶3   D．1∶6

C　解析：K－介子与π－介子均做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有eBv＝，故动量p＝mv＝eBR，因而pK－∶pπ－＝2∶1.根据动量守恒定律，有pK－＝pπ0－pπ－，故pπ0＝3pπ－，选项C正确．

二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)

8．(2021·遵义一中期末)如图甲为研究光电效应的电路图，如图乙为静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核X衰变后产生的新核Y和某种射线的径迹，下列说法正确的是(　　)

A．图甲利用能够产生光电效应的两种(或多种)频率已知的光进行实验可测出普朗克常量

B．图甲的正负极对调，在光照不变的情况下，可研究得出光电流存在的饱和值

C．图乙对应的衰变方程为X→He＋Y

D．图乙对应的衰变方程为X→e＋Y

ABD　解析：根据光电效应方程，得Ek1＝hν1－W0＝eU1，Ek2＝hν2－W0＝eU2，联立两式，解得h＝，所以分别测出两次电流表读数为零时电压表的示数U1和U2，即可测得普朗克常量，选项A正确；题图甲的电源的正负极对调，此时光电管中所加电压为正向电压，在光照不变的情况下，通过调节滑动变阻器可调节光电管两端的电压，可研究得出光电流存在的饱和值，选项B正确；由题图乙，可知发生的是β衰变，故衰变方程为X→e＋Y，选项C错误，选项D正确．

9．(2021·荆州中学月考)烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素Am来探测烟雾，Am发生衰变反应后变成Np.当正常空气分子穿过探测器时，Am会释放出射线将它们电离，从而产生电流．烟尘一旦进入探测腔内，烟尘中的微粒会干扰电离产生的带电粒子的正常运动，导致电流减小，从而触发警报．则下列说法正确的是(　　)

A.Am发出的是α射线

B.Am发出的是β射线

C.Am发出的是γ射线

D．0.2 mg的Am经864年将衰变掉0.15 mg

AD　解析：写出衰变方程，可知Am发出的是α射线，选项A正确，B、C错误；0.2 mg的Am经864年(2个半衰期)将衰变掉0.15 mg，选项D正确．

10．(2021·安徽师大附中单元检测)质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如He是H的“镜像核”，同样H也是He的“镜像核”，则下列说法正确的是(　　)

A.N和O互为“镜像核”

B.N和C互为“镜像核”

C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子

D．核反应H＋H→He＋n的生成物中有α粒子，该反应是α衰变

BC　解析：根据“镜像核”的定义，N和C互为“镜像核”，选项A错误，B正确；β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应H＋H→He＋n的生成物中虽有α粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误．

三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)

11．(8分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．

(1)He＋________→He＋H，是________变．

(2)Na→Mg＋________，是________变．

(3)Na＋________→Na＋H，是________变．

(4)U＋n→Ba＋Kr＋3____________，是____________变．

解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类．

答案：(1)H　聚　(2)e　β衰　(3)H　人工转　(4)n　裂

12．(8分)(1)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程为：He＋_____________________→

Be＋γ.

(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的Be，经7.8×10－16 s后所剩Be占开始时的________．

(3)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为__________________．

该反应放出的能量为Q，则氘核的平均结合能为____________．

(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．

解析：(1)根据电荷数、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为He.

(2)半衰期为2.6×10－16 s，经7.8×10－16 s，即3个半衰期，根据＝＝知，剩余Be占开始时的＝12.5%.

(3)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：

n＋H→H；氘核的平均结合能为.

(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．

答案：(1)He　(2)12.5%　(3)n＋H→H　

(4)污染　光电

13．(11分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是235 92U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n.

(1)在括号内填写n前的系数；

(2)用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？

(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)

解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知n前的系数为3.

(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2.

(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，

同时E＝NAΔE，解得m＝≈22 kg.

答案：(1)3　(2)(m1－m2－m3－2m)c2　(3)22 kg

14．(2021·常州中学月考)(12分)已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He核的质量为3.015 0 u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能．(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍)

(1)写出该核反应的反应方程．

(2)该核反应释放的核能是多少？

(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少？

解析：(1)由核反应中质量数与核电荷数守恒，可知核反应方程为H＋H→He＋n.

(2)质量亏损为

Δm＝2.013 6×2 u－(3.015 0＋1.008 7) u＝0.003 5 u.

释放的核能为

ΔE＝931.5×0.003 5 MeV＝3.26 MeV.

(3)设中子和He的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能是E0，反应后生成的中子和He的动能分别为Ek1、Ek2，核反应过程系统动量守恒，以中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0.

由能量守恒定律，得2E0＋ΔE＝Ek1＋Ek2.

又Ek1＝m1v＝3.12 MeV，

Ek2＝m2v，m2＝3m1，

联立解得E0＝0.45 MeV.

答案：(1)H＋H→He＋n　(2)3.26 MeV

(3)0.45 MeV

15．(15分)氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢原子．

(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？

(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？

解析：(1)一群处于n＝4能级的氦离子跃迁时，一共发出N＝＝6种光子．

由频率条件hν＝Em－En知6种光子的能量分别是

由n＝4到n＝3，hν1＝E4－E3＝2.6 eV，

由n＝4到n＝2，hν2＝E4－E2＝10.2 eV，

由n＝4到n＝1，hν3＝E4－E1＝51.0 eV，

由n＝3到n＝2，hν4＝E3－E2＝7.6 eV，

由n＝3到n＝1，hν5＝E3－E1＝48.4 eV，

由n＝2到n＝1，hν6＝E2－E1＝40.8 eV，

由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν63种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．

(2)由光电效应方程Ek＝hν－W0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W0＝13.6 eV代入Ek＝hν－W0，得Ek＝37.4 eV.

答案：(1)3种　(2)37.4 eV