這是人民教育出版社（2019年）高二下學期選修必修新物理教材第3冊，第5章末綜合考核，核同步檢測，共8頁。
章末綜合評估（五） 原子核（時間：90分鐘 分數：100分） 1.（4分）在人類對原子和原子核結構的認識過程中，符合物理學史的是（） A.查德威克通過實驗證實了盧瑟福關于中子的猜想是正確的 B.湯姆遜首先提出原子的核結構模型 C.居里夫人首先發現天然放射性現象 D.玻爾通過人工改造原子核發現質子 A【盧瑟福發現質子并提出原子的核結構模型，B、D錯誤；貝克勒爾發現天然放射性現象，說明原子核具有復雜結構，C錯誤；選項A正確。 ] 2.（4分） 關于原子核，下列說法正確的是（） A.原子核能發生β衰變，說明原子核內有電子 B.核反應堆利用鎘棒吸收中子來控制核反應的速度 C.輕原子核的聚變反應可以在任意溫度下進行 D.一切核反應都只釋放核能 B[原子核是由質子和中子組成的，中子放出電子變成質子時，就會發生β衰變。 A錯誤。 核反應堆利用鎘棒吸收中子來控制核反應的速度。 B正確。 輕原子核的聚變要在幾百萬度的溫度下才能進行。 C錯誤。 核反應并不都是釋放能量的反應，也有吸收能量的反應。 D錯誤。】 3.（4分） 硼10捕獲一個α粒子，生成氮13，并放出x粒子，但氮13不穩定，放出y粒子變成碳13。則x粒子與y粒子分別是（） A.中子和正電子 B.中子和電子 C.質子和正電子 D.質子和中子 A【由核反應方程式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，選項A正確。
]4.（4分） 太陽發射出大量中微子向地球飛來，但實驗測得的數量只有理論數量的三分之一。后來科學家發現，中微子在傳播到地球的過程中，衰變為一個μ子和一個τ子。如果在衰變過程中，μ子的速度方向和中微子原來的方向一致，那么τ子的運動方向是（）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子在同一直線上 D.不一定和μ子在同一直線上 C【中微子衰變為μ子和τ子，滿足動量守恒定律，μ子的速度方向和中微子原來的方向一致，τ子也一定在這條直線上。C正確。】5. （4 分） 關于核聚變，下列說法正確的是（ ） A.與核裂變相比，輕核聚變的輻射很小，而且更加安全、清潔 B.世界上已經有利用核聚變能發電的核電站 C.輕原子核要發生聚變，必須在10-10 m 以內，核力才能起作用 D.核聚變比核裂變更容易控制。 A[與核裂變相比，核聚變有以下優點：（1）安全、清潔、輻射小；（2）核燃料儲量大；（3）核廢料易于處理。但核聚變控制起來困難，其發電尚未投入實際運行。 A正確。】 6.（4分） 一個氘核與一個氚核聚變生成氦核的反應方程為eq oal(2,1)H＋eq oal(3,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,0)n。此反應過程產生的質量損失為Δm。
已知阿伏伽德羅常數為NA，真空中的光速為c。設1mol氘與1mol氚完全反應生成氦，則這場核反應釋放的能量為（）A.eq f(1,2)NAΔmc2B.NAΔmc2C.2NAΔmc2D.5NAΔmc2B[一個氘核與一個氚核結合生成氦核時，釋放的能量為Δmc2。1mol氘核與1mol氚核結合生成1mol氦核時釋放的能量為NAΔmc2。 B正確。】 7.（4 分） 典型的鈾核裂變生成鋇和氪，同時釋放出x 個中子：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，鈾235的質量為m1，中子的質量為m2，鋇144的質量為m3，氪89的質量為m4。下列哪項表述是正確的？（） A.該核反應類型屬于人工轉變 B.該反應釋放能量為（m1-2m2-m3-m4）c2 C.x的值為2 D.該核反應對環境的污染比聚變反應小。 B.此核反應為核裂變，并非人工轉化，故A錯誤。在核反應方程式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，根據質量數守恒定律可得：235＋1＝144＋89＋x，解為：x＝3。根據愛因斯坦質能方程，此反應釋放的能量為ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B正確，C錯誤。此核反應生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯誤。
]8.(6分) 從圖中可知，質子和中子的質量之和為（選擇“大于”、“小于”或“等于”）氘核的質量，氘核分解為質子和中子時，必須（選擇“釋放”或“吸收”）能量。【解析】從圖中可知，氘核在分解為質子和中子的過程中，吸收了能量，所以兩個核子的質量之和大于氘核的質量。【答案】大于吸收 9.(10分) 太陽能資源不僅包括直接投射到地球表面的太陽輻射能，還包括礦物燃料能、水能、風能等一切間接太陽能資源。嚴格地說，除了地熱能、潮汐能和核能外，地球上的其它能源都來自太陽能。太陽內部不斷發生著四個質子聚變成一個氦核的熱核反應，這一核反應所釋放的能量就是太陽的能量。（1）寫出核反應方程式；（2）設mH=1.007 3 u，mHe=4.002 6 u，me=0.000 55 u，則反應中損失的質量是多少？（3）如果1 u相當于931.5 MeV的能量，則反應中釋放的能量是多少？（4）由于核反應中質量損失，太陽的質量慢慢減小。很久很久以前，與現在相比，地球公轉的周期是“長”了還是“短了”，并說明原因（假設地球軌道半徑不變）。 【解析】（1）4eq oal（1,1）H→eq oal（4,2）He＋2eq oal（0,1）e。
（2）核反應的質量損失Δm = 4mH-mHe-2me = 4×1.007 3 u-4.002 6 u-2×0.000 55 u = 0.025 5 u。 （3）核反應釋放的能量ΔE = 0.025 5×931.5 MeV = 23.753 25 MeV。 （4）很久很久以前，太陽的質量比現在大，太陽與地球之間的引力比現在大。由F = meq blc(rc)(avs4alco1(f(2π,T)))eq sup12(2)R可知，很久很久以前，地球公轉的周期比現在短。 【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） 運動原子核eq oal(A,Z)X放出一個α粒子，變為靜止原子核Y。X、Y和α粒子的質量分別為M、m1、m2。真空中的光速為c，α粒子的速度遠小于光速。計算反應前后總動能與α粒子動能的差值。 【解析】衰變方程為eq oal(A,Z)X→eq oal(A－4,Z－2)Y＋eq oal(4,2)He。設原子核X和α粒子的動量為p0和p2、E0和E2。根據動量守恒定律，p0＝p2。由粒子動能與動量的關系可知物理必修第三冊章末綜合測評5原子核》 (含解析)，E0＝eq f(poal(2,0),2M)，E2＝eq f(poal(2,2),2m2)。根據能量守恒定律，反應前后總動能之差ΔEk＝E2－E0＝(M－m1－m2)c2。聯立以上各方程，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)(多選)靜止的鋁核 eq oal(27,13)Al 俘獲一個速度為 1.0×107 米/秒的質子 p 后，變為激發的硅核 eq oal(28,14)Si*，下列說法正確的是()A．核反應方程為 p＋eq oal(27,13)Al→eq oal(28,14)Si*B．核反應過程中體系動量守恒C．核反應前后核子數目相等，故生成物質量等于反應物質量之和D．硅原子核速度的數量級為105米/秒，其方向與質子初速度方向一致。ABD[核反應遵循質量數和電荷數守恒，核反應方程為p + eq oal(27,13)Al→eq oal(28,14)Si*，A正確；核反應遵循動量和能量守恒，B正確；核反應中發生質量損失，生成物質量小于反應物質量之和，C錯誤；根據動量守恒定律，mpvp =，碰撞后硅原子核速度的數量級為105米/秒，其方向與質子初速度方向一致，D正確。 ] 12.（4分）（多選）關于核力和結合能，下列說法正確的是（）A.核力是一種短程力，與核子之間的距離有關，既可以是吸引的，也可以是排斥的B.核力具有飽和性和短程性，重核中中子數多于質子數C.結合能較小的原子核合成或分解成結合能較大的原子核時，都會釋放出核能。D.原子核的結合能越大，核子結合得越牢固，原子核越穩定。ABC【由核力的概念可知，A、B是正確的，原子核的特定結合能越大物理必修第三冊章末綜合測評5原子核》 (含解析)，核子結合得越牢固，原子核越穩定。當結合能較小的原子核合成或分解為結合能較大的原子核時，會發生質量損失，并釋放核能。選項C正確，選項D錯誤。
]13. (4 分) (多選) 放射性元素 eq oal(238, 92)U 有多種可能的衰變途徑，其中之一是先變成 eq oal(210, 83)Bi。eq oal(210, 83)Bi 可以衰變一次變成 eq oal(210, a)X（X 代表某種元素），也可以衰變一次變成 eq oal( b,81)Tl。eq oal(210,a)X 與 eq oal(b,81)Tl 最后都變成 eq oal(206, 82)Pb。衰變途徑如圖所示。則（）A. a＝84B. b＝206C。 eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 為β衰變，eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl 為 α衰變 D. eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 為 α衰變，eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl 為 β衰變 ABC [由 eq oal(210, 83)Bi→eq oal(210,a)X 可知質量數不變，表明發生了β衰變，同時可知a＝84。由eq oal(210, 83)Bi→eq oal( b,81)Tl可知核電荷數減少2，表明發生了α衰變，同時可知b＝206。
因此A、B、C正確。 14.（4分）（多選） “軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，即原子核俘獲一個核外電子，原子核內的質子變成中子，原子核衰變為新原子核，并放出中微子（其質量小于電子質量，不帶電荷）。 如果靜止原子核發生“軌道電子俘獲”（電子的初動量可以忽略），則（）A.新生成的原子核的質量數與衰變前原子核的質量數相同 B.新生成的原子核的核電荷數增加 C.新生成的原子核是衰變前原子核的同位素 D.生成的新原子核的動量等于中微子的動量。 AD【質子和中子的質量數相同，所以經過“軌道電子俘獲”后，新原子核的質量數與原原子核相同，A正確；新原子核的質子數減少，所以核電荷減少，B錯誤；新原子核的質子數與原原子核不一樣，所以它們不能互稱為同位素，C錯誤；以靜止原子核與被俘獲電子為體系，體系動量守恒，體系初動量為零，故生成的新原子核與中微子的動量大小相等，方向相反，D正確。】 15.（4分）（多選） 月壤中大量存在著一種叫做“氦3（eq oal(3,2)He）”的化學元素，是熱核聚變的重要原料。關于“氦3（eq oal(3,2)He）”與氘核的聚變，下列說法正確的是（） A.核反應方程為eq oal(3,2)He＋eq oal(2,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,1)HB。核反應生成物的質量會大于反應物的質量。C.“氦3 (eq oal(3,2)He)”的核子的結合能小于氦4 (eq oal(4,2)He)的核子的結合能 D.“氦3 (eq oal(3,2)He)”的原子核與氘核聚變時會釋放能量ACD【選項A中的核反應方程是eq oal(3,2)He與eq oal(2,1)H發生核聚變的方程，在生成eq oal(4,2)He和eq oal(1,1)H的同時，會釋放出大量的能量，所以A正確；由于核反應過程中會釋放出大量的能量，根據愛因斯坦質能方程ΔE=Δmc2可知生成物的質量小于反應物的質量。因此B錯誤；中等質量原子核的比結合能最大，所以將重核裂變成兩個中等質量的原子核或者將輕核聚變，都可以使原子核更加穩定，釋放出能量。oal(3,2)He中核子的結合能小于oal(4,2)He中核子的結合能。因此C、D正確。
16.（6分）我國自行設計研制的“人造太陽”——托卡馬克實驗裝置運行取得重大進展，標志??著我國在可控熱核反應領域進入先進國家行列。該反應聚變過程為eq oal(2,1)H＋eq oal(3,1)H→eq oal(4,2)He＋eq oal(1,0)n。反應原料氘（eq oal(2,1)H）在海水中儲量豐富，而氚（eq oal(3,1)H）是一種放射性元素，自然界中并不存在，但可以通過人工核變換將鋰核（eq oal(6,3)Li）經中子轟擊而獲得。 （1）請完成下列人工核聚變方程，用中子轟擊一個鋰原子核（eq oal(6,3)Li），產生一個氚原子核（eq oal(3,1)H）和一個新的原子核：+eq oal(1,0)n→+eq oal(3,1)H。 （2）在（1）中，每生成1g氚，有多少個eq oal(6,3)Li原子核發生核聚變？（阿伏伽德羅常數NA取為6.0×1023 mol－1）。 （3）一個氘核和一個氚核發生核聚變時，每個核子平均釋放的能量為5.6×10－13 J。計算核聚變過程中的質量損失。 【解答】 (1)核反應方程為eq oal(6,3)Li＋eq oal(1,0)n→eq oal(4,2)He＋eq oal(3,1)H。
（2）由于1g氚為eq f(1,3) mol，根據核反應方程，實現核轉變的eq oal(6,3)Li也為eq f(1,3) mol，因此有2.0× oal(6,3)Li實現核轉變。 （3）根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，參與核聚變反應的核子有5個，5個核子釋放的能量總和為ΔE＝5×5.6×10－13 J＝2.8×10－12 J，因此質量損失為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） 為測定某水庫中的水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫，已知該溶液每分鐘衰變 8×107 次，該同位素的半衰期為 2 天。10 天后，從水庫中取出 1m3 水，測得每分鐘衰變 10 次，請問水庫中的水量是多少？ 【解析】由每分鐘衰變的次數與水的質量成正比出發，利用半衰期的知識可算出水的量。設放射性同位素的原始質量為m0，10天后的剩余質量為m，水庫水量為Q，10天后每立方米水中放射性元素存量為eq f(m,Q)，則每分鐘衰變次數與其質量成正比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))將以上兩式代入數據可得 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)解得該水庫的蓄水量為Q＝2.5×105 m3。
【答案】 2.5×105 m318.（10分） eq oal(3,1) H的質量為3.016 050 u留學之路，一個質子的質量為1.007 277 u，一個中子的質量為1.008 665 u。那么：（1）當一個質子和兩個中子結合形成一個氚核時，是吸收能量還是釋放能量？這個能量是多少？（2）氚核的結合能和比結合能是多少？（3）如果這個能量以光子的形式釋放出來，光子的頻率是多少？ 【解析】（1）一個質子和兩個中子結合形成氚核的核反應方程為eq oal(1,1)H＋2eq oal(1,0)n→eq oal(3,1)H。反應前核子總質量為mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u。反應后生成新核的質量為mH＝3.016 050 u。質量損失為Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u。由于反應前總質量大于反應后總質量，所以該核反應為放能反應。釋放出的核能為ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.008 557×931.5 MeV＝7.97 MeV。（2）氚核的結合能為ΔE = 7.97 MeV。它的比結合能為eq f(ΔE,3) = 2.66 MeV。（3）發射光子的頻率為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）釋放的核能 7.97 MeV （2）7.97 MeV 2.66 MeV （3）1.92×1021 Hz