这是人民教育出版社（2019年）高二下学期选修必修新物理教材第3册，第5章末综合考核，核同步检测，共8页。
章末综合评估（五） 原子核（时间：90分钟 分数：100分） 1.（4分）在人类对原子和原子核结构的认识过程中，符合物理学史的是（） A.查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的 B.汤姆逊首先提出原子的核结构模型 C.居里夫人首先发现天然放射性现象 D.玻尔通过人工改造原子核发现质子 A【卢瑟福发现质子并提出原子的核结构模型，B、D错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，C错误；选项A正确。 ] 2.（4分） 关于原子核，下列说法正确的是（） A.原子核能发生β衰变，说明原子核内有电子 B.核反应堆利用镉棒吸收中子来控制核反应的速度 C.轻原子核的聚变反应可以在任意温度下进行 D.一切核反应都只释放核能 B[原子核是由质子和中子组成的，中子放出电子变成质子时，就会发生β衰变。 A错误。 核反应堆利用镉棒吸收中子来控制核反应的速度。 B正确。 轻原子核的聚变要在几百万度的温度下才能进行。 C错误。 核反应并不都是释放能量的反应，也有吸收能量的反应。 D错误。】 3.（4分） 硼10捕获一个α粒子，生成氮13，并放出x粒子，但氮13不稳定，放出y粒子变成碳13。则x粒子与y粒子分别是（） A.中子和正电子 B.中子和电子 C.质子和正电子 D.质子和中子 A【由核反应方程式eq oal(10, 5)B＋eq oal(4,2)He→eq oal(13, 7)N＋eq oal(1,0)n，eq oal(13, 7)N→eq oal(13, 6)C＋eq oal(0,1)e，选项A正确。
]4.（4分） 太阳发射出大量中微子向地球飞来，但实验测得的数量只有理论数量的三分之一。后来科学家发现，中微子在传播到地球的过程中，衰变为一个μ子和一个τ子。如果在衰变过程中，μ子的速度方向和中微子原来的方向一致，那么τ子的运动方向是（）A.一定和μ子的方向相同 B.一定和μ子的方向相反 C.一定和μ子在同一直线上 D.不一定和μ子在同一直线上 C【中微子衰变为μ子和τ子，满足动量守恒定律，μ子的速度方向和中微子原来的方向一致，τ子也一定在这条直线上。C正确。】5. （4 分） 关于核聚变，下列说法正确的是（ ） A.与核裂变相比，轻核聚变的辐射很小，而且更加安全、清洁 B.世界上已经有利用核聚变能发电的核电站 C.轻原子核要发生聚变，必须在10-10 m 以内，核力才能起作用 D.核聚变比核裂变更容易控制。 A[与核裂变相比，核聚变有以下优点：（1）安全、清洁、辐射小；（2）核燃料储量大；（3）核废料易于处理。但核聚变控制起来困难，其发电尚未投入实际运行。 A正确。】 6.（4分） 一个氘核与一个氚核聚变生成氦核的反应方程为eq oal(2,1)H＋eq oal(3,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,0)n。此反应过程产生的质量损失为Δm。
已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c。设1mol氘与1mol氚完全反应生成氦，则这场核反应释放的能量为（）A.eq f(1,2)NAΔmc2B.NAΔmc2C.2NAΔmc2D.5NAΔmc2B[一个氘核与一个氚核结合生成氦核时，释放的能量为Δmc2。1mol氘核与1mol氚核结合生成1mol氦核时释放的能量为NAΔmc2。 B正确。】 7.（4 分） 典型的铀核裂变生成钡和氪，同时释放出x 个中子：eq oal(235, 92)U＋eq oal(1,0)n→eq oal(144, 56)Ba＋eq oal(89,36)Kr＋xeq oal(1,0)n，铀235的质量为m1，中子的质量为m2，钡144的质量为m3，氪89的质量为m4。下列哪项表述是正确的？（） A.该核反应类型属于人工转变 B.该反应释放能量为（m1-2m2-m3-m4）c2 C.x的值为2 D.该核反应对环境的污染比聚变反应小。 B.此核反应为核裂变，并非人工转化，故A错误。在核反应方程式eq oal(235, 92)U＋eq oal(1,0)n→eq oal(144, 56)Ba＋eq oal(89,36)Kr＋xeq oal(1,0)n中，根据质量数守恒定律可得：235＋1＝144＋89＋x，解为：x＝3。根据爱因斯坦质能方程，此反应释放的能量为ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B正确，C错误。此核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故D错误。
]8.(6分) 从图中可知，质子和中子的质量之和为（选择“大于”、“小于”或“等于”）氘核的质量，氘核分解为质子和中子时，必须（选择“释放”或“吸收”）能量。【解析】从图中可知，氘核在分解为质子和中子的过程中，吸收了能量，所以两个核子的质量之和大于氘核的质量。【答案】大于吸收 9.(10分) 太阳能资源不仅包括直接投射到地球表面的太阳辐射能，还包括矿物燃料能、水能、风能等一切间接太阳能资源。严格地说，除了地热能、潮汐能和核能外，地球上的其它能源都来自太阳能。太阳内部不断发生着四个质子聚变成一个氦核的热核反应，这一核反应所释放的能量就是太阳的能量。（1）写出核反应方程式；（2）设mH=1.007 3 u，mHe=4.002 6 u，me=0.000 55 u，则反应中损失的质量是多少？（3）如果1 u相当于931.5 MeV的能量，则反应中释放的能量是多少？（4）由于核反应中质量损失，太阳的质量慢慢减小。很久很久以前，与现在相比，地球公转的周期是“长”了还是“短了”，并说明原因（假设地球轨道半径不变）。 【解析】（1）4eq oal（1,1）H→eq oal（4,2）He＋2eq oal（0,1）e。
（2）核反应的质量损失Δm = 4mH-mHe-2me = 4×1.007 3 u-4.002 6 u-2×0.000 55 u = 0.025 5 u。 （3）核反应释放的能量ΔE = 0.025 5×931.5 MeV = 23.753 25 MeV。 （4）很久很久以前，太阳的质量比现在大，太阳与地球之间的引力比现在大。由F = meq blc(rc)(avs4alco1(f(2π,T)))eq sup12(2)R可知，很久很久以前，地球公转的周期比现在短。 【答案】（1）4eq oal(1,1)H→eq oal(4,2)He＋2eq oal(0,1)e(2)0.025 5 u(3)23.753 25 MeV（4）略10.（10分） 运动原子核eq oal(A,Z)X放出一个α粒子，变为静止原子核Y。X、Y和α粒子的质量分别为M、m1、m2。真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速。计算反应前后总动能与α粒子动能的差值。 【解析】衰变方程为eq oal(A,Z)X→eq oal(A－4,Z－2)Y＋eq oal(4,2)He。设原子核X和α粒子的动量为p0和p2、E0和E2。根据动量守恒定律，p0＝p2。由粒子动能与动量的关系可知物理必修第三册章末综合测评5原子核》 (含解析)，E0＝eq f(poal(2,0),2M)，E2＝eq f(poal(2,2),2m2)。根据能量守恒定律，反应前后总动能之差ΔEk＝E2－E0＝(M－m1－m2)c2。联立以上各方程，可得E2＝eq f(M(M－m1－m2),M－m2)c2。
【答案】ΔEk＝(M－m1－m2)c2eq f(M,M－m2)(M－m1－m2)c211．(4 分)(多选)静止的铝核 eq oal(27,13)Al 俘获一个速度为 1.0×107 米/秒的质子 p 后，变为激发的硅核 eq oal(28,14)Si*，下列说法正确的是()A．核反应方程为 p＋eq oal(27,13)Al→eq oal(28,14)Si*B．核反应过程中体系动量守恒C．核反应前后核子数目相等，故生成物质量等于反应物质量之和D．硅原子核速度的数量级为105米/秒，其方向与质子初速度方向一致。ABD[核反应遵循质量数和电荷数守恒，核反应方程为p + eq oal(27,13)Al→eq oal(28,14)Si*，A正确；核反应遵循动量和能量守恒，B正确；核反应中发生质量损失，生成物质量小于反应物质量之和，C错误；根据动量守恒定律，mpvp =，碰撞后硅原子核速度的数量级为105米/秒，其方向与质子初速度方向一致，D正确。 ] 12.（4分）（多选）关于核力和结合能，下列说法正确的是（）A.核力是一种短程力，与核子之间的距离有关，既可以是吸引的，也可以是排斥的B.核力具有饱和性和短程性，重核中中子数多于质子数C.结合能较小的原子核合成或分解成结合能较大的原子核时，都会释放出核能。D.原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定。ABC【由核力的概念可知，A、B是正确的，原子核的特定结合能越大物理必修第三册章末综合测评5原子核》 (含解析)，核子结合得越牢固，原子核越稳定。当结合能较小的原子核合成或分解为结合能较大的原子核时，会发生质量损失，并释放核能。选项C正确，选项D错误。
]13. (4 分) (多选) 放射性元素 eq oal(238, 92)U 有多种可能的衰变途径，其中之一是先变成 eq oal(210, 83)Bi。eq oal(210, 83)Bi 可以衰变一次变成 eq oal(210, a)X（X 代表某种元素），也可以衰变一次变成 eq oal( b,81)Tl。eq oal(210,a)X 与 eq oal(b,81)Tl 最后都变成 eq oal(206, 82)Pb。衰变途径如图所示。则（）A. a＝84B. b＝206C。 eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 为β衰变，eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl 为 α衰变 D. eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 为 α衰变，eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl 为 β衰变 ABC [由 eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 可知质量数不变，表明发生了β衰变，同时可知a＝84。由eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl可知核电荷数减少2，表明发生了α衰变，同时可知b＝206。
因此A、B、C正确。 14.（4分）（多选） “轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，原子核内的质子变成中子，原子核衰变为新原子核，并放出中微子（其质量小于电子质量，不带电荷）。 如果静止原子核发生“轨道电子俘获”（电子的初动量可以忽略），则（）A.新生成的原子核的质量数与衰变前原子核的质量数相同 B.新生成的原子核的核电荷数增加 C.新生成的原子核是衰变前原子核的同位素 D.生成的新原子核的动量等于中微子的动量。 AD【质子和中子的质量数相同，所以经过“轨道电子俘获”后，新原子核的质量数与原原子核相同，A正确；新原子核的质子数减少，所以核电荷减少，B错误；新原子核的质子数与原原子核不一样，所以它们不能互称为同位素，C错误；以静止原子核与被俘获电子为体系，体系动量守恒，体系初动量为零，故生成的新原子核与中微子的动量大小相等，方向相反，D正确。】 15.（4分）（多选） 月壤中大量存在着一种叫做“氦3（eq oal(3,2)He）”的化学元素，是热核聚变的重要原料。关于“氦3（eq oal(3,2)He）”与氘核的聚变，下列说法正确的是（） A.核反应方程为eq oal(3,2)He＋eq oal(2,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,1)HB。核反应生成物的质量会大于反应物的质量。C.“氦3 (eq oal(3,2)He)”的核子的结合能小于氦4 (eq oal(4,2)He)的核子的结合能 D.“氦3 (eq oal(3,2)He)”的原子核与氘核聚变时会释放能量ACD【选项A中的核反应方程是eq oal(3,2)He与eq oal(2,1)H发生核聚变的方程，在生成eq oal(4,2)He和eq oal(1,1)H的同时，会释放出大量的能量，所以A正确；由于核反应过程中会释放出大量的能量，根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可知生成物的质量小于反应物的质量。因此B错误；中等质量原子核的比结合能最大，所以将重核裂变成两个中等质量的原子核或者将轻核聚变，都可以使原子核更加稳定，释放出能量。oal(3,2)He中核子的结合能小于oal(4,2)He中核子的结合能。因此C、D正确。
16.（6分）我国自行设计研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行取得重大进展，标志着我国在可控热核反应领域进入先进国家行列。该反应聚变过程为eq oal(2,1)H＋eq oal(3,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,0)n。反应原料氘（eq oal(2,1)H）在海水中储量丰富，而氚（eq oal(3,1)H）是一种放射性元素，自然界中并不存在，但可以通过人工核变换将锂核（eq oal(6,3)Li）经中子轰击而获得。 （1）请完成下列人工核聚变方程，用中子轰击一个锂原子核（eq oal(6,3)Li），产生一个氚原子核（eq oal(3,1)H）和一个新的原子核：+eq oal(1,0)n→+eq oal(3,1)H。 （2）在（1）中，每生成1g氚，有多少个eq oal(6,3)Li原子核发生核聚变？（阿伏伽德罗常数NA取为6.0×1023 mol－1）。 （3）一个氘核和一个氚核发生核聚变时，每个核子平均释放的能量为5.6×10－13 J。计算核聚变过程中的质量损失。 【解答】 (1)核反应方程为eq oal(6,3)Li＋eq oal(1,0)n→eq oal(4,2)He＋eq oal(3,1)H。
（2）由于1g氚为eq f(1,3) mol，根据核反应方程，实现核转变的eq oal(6,3)Li也为eq f(1,3) mol，因此有2.0× oal(6,3)Li实现核转变。 （3）根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，参与核聚变反应的核子有5个，5个核子释放的能量总和为ΔE＝5×5.6×10－13 J＝2.8×10－12 J，因此质量损失为Δm＝eq f(ΔE,c2)＝eq f(2.8×10－12,(3×108)2)kg＝3.1×10－29kg。 【答案】 （1）eq oal(6,3) Lieq oal(4,2) He （2）2.0×1023 （3）3.1×10－． （10 分） 为测定某水库中的水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库，已知该溶液每分钟衰变 8×107 次，该同位素的半衰期为 2 天。10 天后，从水库中取出 1m3 水，测得每分钟衰变 10 次，请问水库中的水量是多少？ 【解析】由每分钟衰变的次数与水的质量成正比出发，利用半衰期的知识可算出水的量。设放射性同位素的原始质量为m0，10天后的剩余质量为m，水库水量为Q，10天后每立方米水中放射性元素存量为eq f(m,Q)，则每分钟衰变次数与其质量成正比eq f(m0,m/Q)＝eq f(8×107,10)，即eq f(10Q,8×107)＝eq f(m,m0)。由半衰期公式可得： m＝m0eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)))eq sup10(eq f(t,T))将以上两式代入数据可得 eq f(10Q,8×107)＝eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)))eq sup10(eq f(10,2))＝eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)))eq sup10(5)解得该水库的蓄水量为Q＝2.5×105 m3。
【答案】 2.5×105 m318.（10分） eq oal(3,1) H的质量为3.016 050 u留学之路，一个质子的质量为1.007 277 u，一个中子的质量为1.008 665 u。那么：（1）当一个质子和两个中子结合形成一个氚核时，是吸收能量还是释放能量？这个能量是多少？（2）氚核的结合能和比结合能是多少？（3）如果这个能量以光子的形式释放出来，光子的频率是多少？ 【解析】（1）一个质子和两个中子结合形成氚核的核反应方程为eq oal(1,1)H＋2eq oal(1,0)n→eq oal(3,1)H。反应前核子总质量为mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u。反应后生成新核的质量为mH＝3.016 050 u。质量损失为Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u。由于反应前总质量大于反应后总质量，所以该核反应为放能反应。释放出的核能为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.008 557×931.5 MeV＝7.97 MeV。（2）氚核的结合能为ΔE = 7.97 MeV。它的比结合能为eq f(ΔE,3) = 2.66 MeV。（3）发射光子的频率为ν = eq f(ΔE,h) = eq f(7.97×106×1.6×10－19,6.63×10－34) Hz = 1.92×1021 Hz。【答】（1）释放的核能 7.97 MeV （2）7.97 MeV 2.66 MeV （3）1.92×1021 Hz