人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核综合与测试导学案及答案

培优提升练

一、选择题

1．(2020·安徽高二月考)2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献．物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是(　　)

A．1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线、X射线、γ射线

B．汤姆孙通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子

C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念

D．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子

答案　D

解析　1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线和γ射线，没有X射线，A错误；查德威克通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子，B错误；玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念，C错误；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，D正确．

2．(2020·浙江1月选考)下列说法正确的是(　　)

A．α射线的穿透能力比γ射线强

B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构

C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小

D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关

答案　D

3．(多选)(2020·全国卷Ⅰ)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)

A.H＋H→n＋X1

B.H＋H→n＋X2

C.U＋n→Ba＋Kr＋3X3

D.n＋Li→H＋X4

答案　BD

解析　H＋H→n＋He，A错．

H＋H→n＋He，B对．

U＋n→Ba＋Kr＋3n，C错．

n＋Li→H＋He，D对．

4．(2020·上海市南洋模范中学高二月考)有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡，而氡会发生一系列的放射性衰变，放出α、β、γ射线，下列说法正确的是(　　)

A．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强

B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4

C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的

D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核

答案　C

解析　γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，A错误；发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了4，质子数减少了2，所以中子数减少了2，B错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的，C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，研究个别原子核无意义，D错误．

5.(2020·承德市第一中学高二月考)原子核的比结合能与质量数的关系如图1所示，核子组合成原子核时(　　)

图1

A．小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大

B．中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大

C．大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大

D．不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同

答案　B

解析　由题图可知，中等质量数的原子核的比结合能最大，因此中等质量数的核子的平均质量最小，中等质量数的核子组合成原子核时质量亏损最大，故B正确，A、C、D错误．

6．(多选)(2020·福建高二期末)2018年8月23日，我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首——“中国散裂中子源”项目，正式投入运行，这标志着我国成为继英美日三国之后，第四个拥有散裂中子源的国家．散裂中子源除了在科学研究方面有极为重要作用外，其产生的中子还能用来治疗癌症．下列关于中子的说法正确的是(　　)

A．卢瑟福用α粒子轰击Be，产生C，发现了中子

B．放射性β射线的实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗

C．氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为H＋H→He＋n

D．核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度

答案　CD

解析　查德威克用α粒子轰击铍核，发现了中子；卢瑟福发现了质子，故A错误．放射性β射线的实质是高速电子流，选项B错误；氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为H＋H→He＋n，选项C正确；核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度，选项D正确．

7．(多选)核电站的核能来源于U核的裂变，下列说法中正确的是(　　)

A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理

B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和Sr，反应方程式为U＋n→Xe＋Sr＋2n

C.U原子核中有92个质子、143个中子

D．一个U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，则释放的核能约是201 MeV

答案　BCD

解析　反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B正确；92为U元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE＝0.215 5×931.5 MeV≈

201 MeV，故D正确．

8．(多选)(2020·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：He＋Al→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e，则(　　)

A．X的质量数与Y的质量数相等

B．X的电荷数比Y的电荷数少1

C．X的电荷数比Al的电荷数多2

D．X的质量数与Al的质量数相等

答案　AC

解析　发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，A正确，B错误．X的电荷数比Al的电荷数多2，X的质量数比Al的质量数多3，C正确，D错误．

9．(2020·广东省高三月考)我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”(又被称为“人造太阳”)所发生的可控核聚变方程是H＋H→He＋X，已知H、H、He和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)

A．X是质子

B．大亚湾核电站利用核聚变发电

C．该核反应所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2

D.H的比结合能大于He的比结合能

答案　C

解析　由质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应方程为H＋H→He＋n，则X为中子，故A错误；大亚湾核电站利用核裂变发电，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知，该核反应所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；比结合能大的原子核稳定，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，同时释放能量，则He更稳定，比结合能大，故D错误．

10．(2020·广东省执信中学高二月考)我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于2019年9月29日获颁“共和国勋章”．核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn＋ΔE(其中ΔE为释放出的核能)．下列说法正确的是(　　)

A．该核反应属于原子核的衰变

B．核反应方程式中x＝2

C．U的比结合能为

D．U核的比结合能小于Ba核的比结合能

答案　D

解析　用中子轰击铀核的核反应方程为原子核的裂变，故A错误；由核反应遵循质量数与电荷数守恒，可知x＝3，故B错误；ΔE是该核反应释放的能量，不是U核的结合能，U的比结合能不等于，故C错误；中等质量原子核的比结合能较大，U核的比结合能小于Ba核的比结合能，故D正确．

11．(多选)用质子轰击锂核(Li)生成两个α粒子，以此进行验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子初动能是0.6 MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.007 3 u、4.001 5 u和7.016 0 u．已知1 u相当于931.5 MeV的能量，反应过程中释放的核能全部转化为新生核的动能，则下列叙述中正确的是(　　)

A．此反应过程质量减少0.010 3 u

B．生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV，与实验相符

C．核反应中释放的能量是18.9 MeV，与实验相符

D．生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV，与实验相符

答案　CD

解析　题中所对应的核反应方程为H＋Li→2He，由计算可知此反应的质量亏损为0.020 3 u，所释放的能量为931.5×0.020 3 MeV≈18.9 MeV，故A错误，C正确；根据能量守恒定律可知，生成的两个α粒子的动能和应为0.6 MeV＋18.9 MeV＝19.5 MeV，故D正确，B错误．

12．(多选)(2020·浙江7月选考)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应．在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量．下列说法正确的是(　　)

A．X粒子是质子

B．X粒子的质量为939.6 MeV/c2

C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg

D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2

答案　BC

解析　该聚变反应方程为H＋H→He＋n，X为中子，故A错误；该核反应中质量的减少量Δm1＝17.6 MeV/c2，由质能方程知，m氘＋m氚＝m氦＋mX＋Δm1，代入数据知1 876.1 MeV/c2＋2 809.5 MeV/c2＝3 728.4 MeV/c2＋mX＋17.6 MeV/c2，故mX＝939.6 MeV/c2，故B正确；太阳每秒辐射能量ΔE＝PΔt＝4×1026 J，由质能方程知Δm＝，故太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝ kg≈4.4×109 kg，故C正确；因为ΔE＝4×1026 J＝ eV＝2.5×1045 eV＝2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm＝＝2.5×

1039 MeV/c2，故D错误．

13．(2020·全国卷Ⅱ)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝ 1.6×10－13 J，则M约为(　　)

A．40 kg   B．100 kg

C．400 kg   D．1 000 kg

答案　C

解析　根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M＝ kg≈400 kg.

二、非选择题

14．(2020·岢岚县中学高二月考)一个静止在匀强磁场中的Ra(镭核)，发生α衰变后转变为氡核(元素符号为Rn)．已知衰变中释放出的α粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直．设镭核、氡核和α粒子的质量依次是m1、m2、m3，衰变释放的核能都转化为氡核和α粒子的动能，真空中的光速为c.

(1)写出衰变方程；

(2)求氡核和α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径的比值；

(3)求氡核的动能Ek.

答案　(1)Ra→Rn＋He　(2)

(3)

解析　(1)由质量数和电荷数守恒得衰变方程为

Ra→Rn＋He

(2)根据qvB＝m

得r＝

两个粒子动量等大，由半径公式r＝知r∝，得＝＝.

(3)由质能方程得ΔE＝(m1－m2－m3)c2，因为Ek＝，

可知两粒子的动能跟质量成反比，因此氡核的动能为Ek＝.