第五章 原子与原子核 单元测试 -2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子与原子核 单元测试 一、单选题 1．我国自主设计的全超导托卡马克核聚变的反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．是质子 B．该反应满足质量守恒 C．该反应是原子弹的工作原理 D．的比结合能大于的比结合能 2．具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。关于高温气冷堆核电站说法正确的是（　　） A．利用核聚变发电，所以需要高温 B．通过改变温度控制核反应速度 C．利用核裂变时发生“质量亏损”而提供能量 D．核反应堆中镉棒插入是提高核反应速度 3．氢原子最低的五个能级如图所示，其中为基态，若一个氢原子A处于激发态，一个氢原子B处于激发态，则下列说法正确的是（　　） A．氢原子A可能辐射出2种频率的光子 B．氢原子A可能辐射出3种频率的光子 C．氢原子B可能辐射出6种频率的光子 D．氢原子B可能辐射出4种频率的光子 4．良渚古城遗址是新石器时代晚期文化遗址群，位于浙江省杭州市余杭区瓶窑镇。良渚文化时期稻作农业已相当进步，在遗址中发现了炭化稻谷。在考古中可用碳14测定年代，其衰变方程为，半衰期为5730年。下列说法正确的是（　　） A．β射线来源于原子核外部的电子 B．核反应方程遵循电荷数守恒和质量守恒 C．100个经过5730年剩余50个 D．的比结合能小于的比结合能 5．氟18—氟代脱氧葡萄糖正电子发射计算机断层扫描术是种非创伤性的分子影像显像技术。该技术中的核由质子轰击核生成，并伴随能量释放。下列说法正确的是（　　） A．与中子数相同 B．比的结合能大 C．该核反应方程为 D．轰击后的静质量等于轰击前和的静质量之和 6．海昏侯墓出土了大量珍贵文物，考古学家利用碳-14衰变来测定文物的年代。已知碳-14是一种具有放射性的同位素，它会发生β衰变。以下关于碳-14发生β衰变的方程式是（　　） A． B． C． D． 7．是一种具有放射性的磷的同位素，它能衰变成为一种稳定的硫的同位素，同时产生高频电磁波。下列说法正确的是（　　） A．比的质量大 B．比的结合能小 C．发生的是衰变 D．如果加热含有器的物体，将会缩短器的半衰期 8．2025年3月9日，我国首款基于碳化硅半导体材料的碳14核电池“烛龙一号”研制成功。碳14半衰期长达5730年，理论上使其能持续放电数千年；目前，搭载该电池的LED灯已持续工作近4个月，完成超35000次脉冲闪烁，并成功驱动蓝牙射频芯片发射信号，充分验证了其稳定性和可靠性。碳14核电池“烛龙一号”通过碳14的核衰变释放核能，进而转化为电能。下列说法正确的是（　　） A．碳14的衰变产物为氧16 B．升高温度，可以减小碳14的半衰期 C．衰变的实质是核外电子跃迁 D．经17190年，核电池中碳14的个数变为原来的 9．中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为，已知、、X的比结合能分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．该核反应也叫链式反应，是目前核电站的主要核反应 B．X为 C．、、中最小 D．该核反应释放的能量为 10．如图所示，在边长为l的正方形ABCD区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，粒子经电场加速后垂直AD方向运动，粒子运动至AD中点P时发生衰变，衰变后两粒子的运动轨迹如图所示，其中一粒子从A点射出，另一粒子从DC的中点垂直DC射出。忽略衰变过程质量损失，如果这个粒子没有衰变，它射出磁场的位置（    ） A．在CD边，到D点距离 B．在CD边，到D点距离 C．在AB边，到A点距离 D．在BC边，到C点距离 11．如图所示，不同原子核的比结合能是不一样的，关于图中X、Y、Z三个原子核，下列判断正确的是（　　） A．Z最稳定 B．Z的结合能最大 C．X的比结合能最大 D．Z可能裂变生成X、Y 12．甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、泊松亮斑、重核裂变的结构示意图，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中增大交变电压场的电压可增大粒子的最大动能 B．图乙中磁流体发电机产生的电动势大小与等离子体的浓度无关 C．图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，它是菲涅尔通过实验观察到的 D．图丁所示的核反应属于重核裂变，钡141的平均核子质量、比结合能都比铀235的小 13．我国深空探测器采用钚-238（）核电池作为长效能源。其衰变方程为。利用衰变释放的波长为λ的γ射线，照射探测器表面涂覆的新型钙钛矿材料（逸出功为）引发光电效应为设备供电。已知普朗克常量为h，光速为c。下列说法中正确的是（    ） A．衰变方程中的X为正电子 B．探测器在宇宙空间航行时钚-238的半衰期将会变长 C．的比结合能比的比结合能小 D．γ射线照射钙钛矿材料逸出光电子的最大初动能 14．考古中常利用的半衰期来鉴定文物年份，的衰变方程为。已知的半衰期为5700年，下列说法正确的是（　　） A．该反应是α衰变 B．该反应满足电荷数守恒和质量守恒 C．的比结合能大于的比结合能 D．1g的经过11400年有0.75g的发生了衰变 二、非选择题 15．80g某放射性元素发生衰变，经过9天还剩下，则该元素的半衰期为 天；该衰变产生的射线照射带正电验电器，电荷很快消失，是利用了射线的 （选填：A．穿透本领  B．电离本领）。 16．有心力是指力的作用线始终经过一个定点（力心）的力。行星绕太阳运动时，太阳可视为固定，行星所受引力始终指向太阳中心，即为有心力。万有引力，库仑力都是有心力。理论上可以证明，质点在有心力的作用下运动时，满足面积定律：质点与力心的连线在相等时间内扫过的面积相等。 (1)开普勒从第谷观测火星位置所得资料中总结出来类似的规律，称为开普勒第二定律。如图1所示，将行星绕太阳运动的轨道简化为半径为的圆轨道。 a．设极短时间内，行星与太阳的连线扫过的面积为。求行星绕太阳运动的线速度的大小，并结合开普勒第二定律证明行星做匀速圆周运动；（扇形面积半径弧长） b．若测得行星公转周期为，求行星的向心加速度的大小。 (2)如图2所示，用粒子束入射待测材料靶（例如金箔），通过测量不同角度方向上散射粒子的数目，可确定材料靶原子的种类、浓度及深度分布等信息。 a．粒子可通过放射性元素衰变获得。一个静止的（钋）衰变为（铅），同时放出一个粒子，写出此衰变过程的反应式。 b．如图3所示，质量为、电荷量为、速度为的粒子从足够远处沿某直线入射靶核，该直线与靶核的距离为。在库仑力作用下，粒子最终将被散射远离靶核而去。散射过程中，电荷量为的靶核近似不动，可视为固定的正点电荷。已知当以无穷远处为电势零点时，电荷量为的点电荷在距离自身处的电势为，式中为静电力常量。求粒子接近靶核的最近距离。 17．美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。如下图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负㫣悬浮在两板间保持静止． （1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有 ； A．油滴质量    B．两板间的电压    C．两板间的距离d    D．两板的长度 （2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量 （已知重力加速度为）； （3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的 倍（填：A奇数倍；B偶数倍；C整数倍），这个最小电荷量被认为是元电荷 18．美国物理学家密立根于年利用如图甲所示的实验装置，确定了电荷量的不连续性，并测定了元电荷的数值。 (1)若某次实验中，一质量为的油滴，在场强为的两金属板之间恰好处于平衡状态。则油滴所带电荷量 已知当地的重力加速度为； (2)对许多油滴进行测定，发现各个油滴所带电荷量都是某一最小电荷量的整数倍。密立根断定这一最小电荷量就是电子的电荷量，经过计算得出其数值为。则下列说法中说法正确的是 ； A．在某次实验中，测得油滴所带电荷量为 B．在某次实验中，测得油滴所带电荷量为 C．在某次实验中，若只将两金属板的间距变大，则原来处于静止状态的油滴将向下运动 D．在某次实验中，若只将两金属板的间距变大，则原来处于静止状态的油滴将向上运动 (3)某同学在探究电荷间相互作用力的实验中，如图乙所示，把质量为的带电小球B用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为的带电小球A靠近B，当两个带电小球在同一高度相距时，绳与竖直方向成角，A、B两球均静止，则小球B带 电，所带的电荷量 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．D 【详解】A．由质量数和电荷数守恒可知X的电荷数为0，质量数为1，所以X是中子，故A错误； B．该反应放出核能，有质量亏损，故B错误； C．该反应是氢弹的工作原理，故C错误； D．发生核反应后，原子核越稳定，则的比结合能比的比结合能大，故D正确。 故选D。 2．C 【详解】A．高温气冷堆核电站是将气体作为冷却剂，能够大大提高核电站的安全性。但是目前高温气冷堆核电站采用的是核裂变进行发电，A错误； B．可控核裂变指的是通过隔棒吸收中子，调节参与反应的中子数目以控制反应速度，B错误； C．可控核裂变是利用重核裂变的原理，重核裂变在放出能量的过程中存在质量亏损，C正确； D．核反应堆中镉棒插入吸收中子，降低核反应速度，D错误。 故选C。 3．A 【详解】一个氢原子A处于激发态，向低能级跃迁时，它可能辐射1种频率的光子，即3→1，最多能辐射2种频率的光子，即3→2，2→1；一个氢原子B处于n=4能级时最多能辐射出3种频率的光子，即4→3，3→2，2→1。 故选A。 4．D 【详解】A．原子核内的中子转化成质子和电子，电子发射到核外就是β射线，A错误； B．核反应方程遵循电荷数守恒和质量数守恒，B错误； C．半衰期描述的是大量核子衰变的统计规律，不能计算少数核子衰变的时间，C错误； D．生成物比反应物更稳定且比结合能越大原子核越稳定，则的比结合能大于的比结合能，D正确。 故选D。 5．A 【详解】C．根据质量数守恒和核电荷数守恒可得相应核反应方程式为 故C错误； A．的中子数为17-8=9 的中子数为18-9=9 故A正确； B．原子核的结合能随核子数的增加而增加，所以的结合能小于的结合能，故B错误； D．该核反应有能量产生，故核反应过程存在质量亏损，即轰击前的质量和大于轰击后的质量和，故D错误。 故选A。 6．B 【详解】碳-14发生β衰变的方程式是。 故选B。 7．A 【详解】A．衰变过程有能量放出，有质量亏损，所以比的质量大，故A正确； B．因为衰变放出了一定的能量，产物更加稳定，比结合能更大，所以比的结合能大，故B错误； C．衰变方程为 根据质量数守恒和电荷数守恒分别有 解得X的质量数、电荷数分别为 可得X为，所以发生的是衰变，故C错误； D．温度并不会影响半衰期，故D错误。 故选A。 8．D 【详解】A．碳14的衰变方程为 故A错误； B．半衰期不随温度、压强等因素的改变而改变，故B错误； C．衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，故C错误； D．根据半衰期公式有 故D正确。 故选D。 9．D 【详解】A．该反应为核聚变，不是链式反应，核电站的核反应主要是核裂变，故A错误； B．根据质量数、电荷数守恒，可知X的质量数为4电荷数为2，则X是，故B错误； C．核反应生成物更稳定，故更大，故C错误； D．释放能量为 故D正确。 故选D。 10．A 【详解】由的衰变方程，产物为和 由洛伦兹力提供向心力，有，得 由左手定则可知，从A点射出的是电子，运动半径 从DC的中点垂直DC射出的是，运动半径 可得 衰变过程，总动量守恒，有 可得 则 得的运动半径 轨迹如图所示 则打在CD边上的E点，由勾股定理，其到D点距离 故选A。 11．A 【详解】AC．根据图像，Z的比结合能最大，X的比结合能最小；比结合能越大原子核越稳定，Z原子核最稳定，A正确，C错误； B．组成原子核的核子数越多，结合能越大，X的结合能最大，B错误； D．不管是在裂变还是在聚变中，比结合能都要变大；Z不可能裂变生成X、Y，D错误。 故选A。 12．B 【详解】A．图甲中粒子达到最大动能时， 可知增大交变电压场的电压，粒子的最大动能不变，选项A错误； B．图乙中磁流体发电机当稳定时满足 可得E=Bdv 可知产生的电动势大小与等离子体的浓度无关，选项B正确； C．图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，而菲涅尔通过实验观察到的是圆孔衍射得到的图样，选项C错误； D．图丁所示的核反应属于重核裂变，该核反应的过程中释放大量的能量，存在质量亏损而质量数不变，生成物的平均核子质量更小；因生成物更加稳定，比结合能更大，则钡141的平均核子质量比铀235小、比结合能都比铀235的大，选项D错误。 故选B。 13．D 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知衰变释放的X为α粒子，A错误； B．半衰期由原子核本身性质决定，与环境无关，B错误； C．衰变过程释放核能，比结合能增大，C错误； D．由光电效应方程 D正确。 故选D。 14．D 【详解】AB．根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒，可知X的电荷数为，质量数为0，故该反应是β衰变，满足电荷数和质量数守恒，但不满足质量守恒，AB错误； C．新核比反应核更稳定，即的比结合能小于的比结合能，C错误； D．根据的半衰期为5700年，可知11400年是两个半衰期，故1g的有0.75g的发生了衰变，D正确。 故选D。 15． 3 B 【详解】[1]由 解得元素的半衰期为 天 [2]衰变产生的射线照射带正电验电器，电荷很快消失，是利用了射线的电子与验电器中的正电荷中和，其带电荷将消失，是利用了射线的电离本领，故选B。 16．(1)a. ；b. (2)a．b. 【详解】（1）a．根据扇形面积公式可得，时间内行星扫过的扇形面积为 解得 根据开普勒第二定律，对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，即为常量，则行星绕太阳运动的线速度大小也为常量，所以行星做匀速圆周运动。 b．行星的向心加速度大小为 （2）a．衰变方程为 b．粒子受力始终背离靶核的中心，粒子在同一平面内运动。当粒子最接近靶核时，此时的速度应与粒子与靶核的连线垂直。根据面积定律，有 在散射过程中，只有库仑力做功，系统能量守恒。以无穷远处的电势为零，有 联立以上方程，解得（另一值无物理意义，已舍去） 17． ABC C 【详解】（2）[2]平行板电容器间的电场为匀强电场，液滴处于静止状态，所以电场力与重力平衡即 可得 （1）[1]由（2）中分析可知要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有油滴质量、两板间的电压、两板间的距离d。 故选ABC； （3）[3]在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷。 故选C。 18．(1) (2)AC (3) 负 【详解】（1）依题意，油滴处于平衡状态，可得 解得 （2）A．因为 所以在某次实验中，测得油滴所带电荷量为3.2×10-17C是元电荷的整数倍。故A正确； B．因为 所以在某次实验中，测得油滴所带电荷量为2.3×10-17C不是元电荷的整数倍。故B错误； CD．两金属板之间的电场强度 在某次实验中，若只将两金属板的间距变大，电场强度变小，电场力变小，重力不变，合力向下，原来处于静止状态的油滴将向下运动。故C正确；D错误。 故选BD。 （3）[1]由图可知，两个带电体之间是斥力，所以A、B两带电小球电性相同，小球B带负电。 [2]依题意，B球处于静止状态，受力分析如图 根据力的平衡条件可知 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$