1．如图，放射性元素镭在衰变过程中释放 α、β、γ 种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（    ）

A．①⑥表示 β 射线，其穿透能力最强            B．②⑤表示 γ 射线，其穿透能力最弱

C．③④表示 α 射线，其电离能力最强            D．②⑤表示 γ 射线，其电离能力最强

【答案】

C

 

2．已知 ²¹⁰₈₄Po 衰变的方程为 ²¹⁰₈₄→²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He，其衰变曲线如图所示，τ 为半衰期，则（    ）

A．²¹⁰₈₄Po 发生的是 β 衰变               B．²¹⁰₈₄Po 发生的是 γ 衰变

C．k = 3                                                    D．k = 4

【答案】

C

 

3．γ 射线（    ）

A．可以被电场加速              B．是原子核发生衰变时辐射出的光子

C．可以被磁场加速              D．是原子的外层电子跃迁到内层时辐射出来的光子

【答案】

B

 

4．下列说法正确的是（    ）

A．任何元素都具有放射性                  B．同一元素，单质具有放射性，化合物可能没有

C．元素的放射性与温度无关              D．放射性就是该元素的化学性质

【答案】

C

 

5．下列有关实验现象中产生的微观粒子与其他三项不同的是（    ）

A．光电效应中产生的光电流              B．阴极实验中的阴极射线

C．放射现象中产生的 α 射线            D．放射现象中产生的 β 射线

【答案】

C

 

6．关于天然放射现象，下列说法正确的是（    ）

A．原子核发生衰变时，质量数不守恒

B．原子核发生衰变时，电荷数守恒

C．在 α、β、γ 种射线中，γ 射线的电离本领最强

D．在 α、β、γ 三种射线中，α 射线的穿透本领最强

【答案】

B

 

7．如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场 E，通过显微镜可以观察到在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数。若撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为（    ）

A．β 射线和 γ 射线            B．α 射线和 β 射线            C．β 射线和 X 射线             D．α 射线和 γ 射线

【答案】

D

 

8．对于质量为 m₀ 的放射性元素 p，经过时间 t 后剩余 p 的质量为 m，其衰变图像如图所示，从图中可以得到 p 的半衰期为（    ）

A．0.6 d         B．2.2 d          C．3.0 d          D．3.6 d

【答案】

C

 

9．科学家对三星堆 6 个坑的 73 份炭屑样品利用 ¹⁴₆C 年代检测法检测，推断其中 4 号祭祀坑埋藏年代有 95.4% 的概率在距今 3 148 ~ 2 966 年的时间范围内，属商代晚期。¹⁴₆C 的衰变方程为 ¹⁴₆C→¹⁴₇N + ______。地下的压力、温度、湿度等因素_______（选填“全”或“不会”）影响 ¹⁴₆C 的半衰期。

【答案】

⁰₋₁e，不会

 

10．原子核 ²³⁸₉₂U 经放射性衰变①变为原子核 ²³⁴₉₀Th，继而经放射性衰变②变为原子核 ²³⁴₉₁Pa，再经放射性衰变③变为原子核 ²³⁴₉₂U，则放射性衰变①、②和③依次属于______________、______________、______________。

【答案】

α 衰变，β 衰变，β 衰变

 

11．某放射性元素，经过 8 h 后只剩下 \(\frac{1}{16}\) 的核没有衰变，则它的半衰期为________h；若经过 4 h，则已衰变的原子核是原有的____________。

【答案】

2，\(\frac{3}{4}\)

 

12．下列说法正确的是（    ）

A．氦 4 核中有 4 个质子，2 个中子              B．氦 4 核与氦 3 核不是同位素

C．¹⁰₄Be 中的质子数比中子数少 6                    D．³⁰₁₄Si 中的质子数比中子数少 2

【答案】

D

 

13．下列核反应方程中．符号“x”表示电子的是（    ）

A．²³⁸₉₂U→²³⁴₉₀Th + x           B．¹⁴₇N + ⁴₂He→¹⁷₈O + x

C．²₁H + ³₁H→⁴₂He + x         D．⁸²₃₄Sr→⁸²₃₆Kr + 2x

【答案】

D

 

14．下列关于放射性同位素的一些应用的说法中，错误的是（    ）

A．“利用放射性消除静电”利用了射线的穿透作用

B．“利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹”利用了射线的穿透作用

C．“利用射线改良品种”是因为射线可使 DNA 发生变异

D．在研究农作物合理施肥的实验中是以放射性同位素作为示踪原子的

【答案】

A

 

15．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是（    ）

A．利用 γ 射线探伤

B．利用钴 60 治疗肿瘤等疾病

C．利用含有放射性碘 131 的油，检测地下输油管的漏油情况

D．检测古生物化石中碳 14 与非放射性碳的含量比，以确定该生物的死亡年代

【答案】

C

 

16．某元素可表示为 ^A_ZX，则下列可能为该元素的同位素的是（    ）

A．^A_Z+1X         B．^A+1_Z+1X              C．^A+1_ZX         D．^A+1_Z−1X

【答案】

C

 

17．原子 ²³⁴₉₀Th 表示（    ）

A．核内有 90 个质子                  B．核外有 234 个电子

C．核内有 145 个中子                D．核内有 144 个核子

【答案】

A

 

18．下列核反应方程中，错误的是（    ）

A．¹⁴₇N + ⁴₂He→¹⁷₈O + ¹₁H          B．⁹₄Be + ⁴₂He→¹²₆C + ¹₀n

C．²⁷₁₃Al + ⁴₂He→³⁰₁₅P + ¹₁H        D．³⁰₁₅P→³⁰₁₄Si + ⁰₁e

【答案】

C

 

19．科学家用 α 粒子等轰击原子核，实现原子核的转变并研究原子核的结构，还可以发现和制造新元素。关于核反应方程 ⁹₄Be + ⁴₂He→¹²₆C + X，下列说法正确的是（    ）

A．X 是电子         B．X 是质子

C．X 是中子         D．X 粒子由卢瑟福发现

【答案】

C

 

20．某种原子核发生一次 α 衰变和一次 β 衰变而变成一种新核，则新核与原来的核相比（    ）

A．质子数减少 2 个，中子数减少 2 个

B．质子数减少 1 个，中子数减少 3 个

C．质子数减少 4 个，核电荷数减少 1 个

D．质子数减少 5 个，核电荷数减少 2 个

【答案】

B

 

21．将 A 原子核的质子数与中子数互换后得到 B 原子核，物理学中将类似 A、B 这样的两核互称为镜像核。而“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量并带有相同的电荷量，但电荷的符号相反。由以上知识可知，下列说法正确的是（    ）

A．¹³₇N 和 ¹³₆C 互为镜像核                                       B．¹⁵₇N 和 ¹⁶₈O 互为镜像核

C．反 α 粒子的质量数为 4，电荷数为 2            D．反电子的质量数为 0，电荷数为 1

【答案】

A，D？

 

22．首先发现中子的科学家是__________，其核反应方程是；⁹₄Be + ⁴₂He→¹²₆C + _________。实验装置示意图如图所示，图中①为放射源 Po，④为_________，⑥为_________。

【答案】

查德威克，¹₀n，中子，质子

 

23．如图所示为卢瑟福做原子核人工转变实验的装置。容器中充有_________气，放射性物质 A 射出的 α 粒子_________穿过铝箔 F（选填“能”或“不能”）。荧光屏 S 上的亮点是_________打出的，该粒子是 α 粒子轰击氮核而产生的，此核反应方程是_________________。

【答案】

氮，不能，质子，¹⁴₇N + ⁴₂He→¹⁷₈O + ¹₁H

 

24．一个静止的氮核 ¹⁴₇N 俘获一个速度为 2.3×10⁷ m/s 的中子后又变成 B、C 两个新核。设 B、C 的速度方向与中子速度方向相同，B 的质量是中子的 11 倍，B 的速度为 10⁶ m/s，B、C 两原子核的电荷数之比为 5∶2。

（1）C 为何种粒子？写出核反应方程。

（2）求 C 核的速度大小。

【答案】

（1）⁴₂He，¹⁴₇N + ¹₀n→¹¹₅B + ⁴₂He

（2）设中子的质量为 m，则 B 的质量为 11m，C 的质量为 4m，规定中子的速度方向为正方向，根据动量守恒得 mv = 11mv_B + 4mv_C，代入数据解得 v_C = 3×10⁶ m/s。

 

25．关于结合能和平均结合能，下列说法正确的是（    ）

A．中等质量的原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大

B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大

C．与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大

D．核子结合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量称为结合能

【答案】

A

 

26．我国自主研发的“玲龙一号”是全球首个陆上商用小型核反应堆。“玲龙一号”的体积小，高仅 14 m、宽 10 m，但功率强，电功率达到了 127 MW，未来或将应用于我国的核动力航母。“玲龙一号”中核反应方程主要是 ²³⁵₉₂U + ¹₀n→¹⁴⁴₅₆Ba + ⁸⁹₃₆Kr + 3¹₀n + γ，下列说法正确的是（    ）

A．该核反应属于核聚变反应，需要较高温度才能反应

B．²³⁵₉₂U 的平均结合能小于 ¹⁴⁴₅₆Ba 的平均结合能

C．该核反应需要浓缩铀和快中子

D．中子轰击 ²³⁵₉₂U，一定能发生链式反应

【答案】

B

 

27．随着社会的不断进步，人类对能源的需求越来越大。核反应方程 ²₁H + ³₁H→⁴₂He + X + 17.6 MeV 释放的能量巨大，可能成为未来的能量来源。下列说法正确的是（    ）

A．X 粒子带正电

B．该核反应是聚变反应

C．⁴₂He 的结合能是 17.6 MeV

D．²₁H 与 ³₁H 的质量之和小于 ⁴₂He 与 X 的质量之和

【答案】

B

 

28．关于核力与结合能，下列说法正确的是（    ）

A．平均结合能越大表示原子核中核子结合得越松散，原子核越不稳定

B．核力与万有引力性质相同

C．核力只存在于相邻的核子之间

D．核子数越多，原子核越稳定

【答案】

C

 

29．关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法错误的是（    ）

A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功

B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功

C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量

D．不同原子核的结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大

【答案】

D

 

30．扩大核能应用是减少碳排放的有效手段，我国的核电站均采用核裂变的链式反应获取能量，下列说法正确的是（    ）

A．核反应前后，电荷量和质量均守恒

B．核裂变比核聚变效率更高，更清洁安全

C．用减速剂将快中子减速为慢中子有利于裂变反应的发生

D．裂变反应后生成的新核的平均结合能小于反应前原子核的平均结合能

【答案】

C

 

31．2021 年 12 月 6 日，全球第一台“华龙一号”核电机组——中核集团福建福清核电 5 号机组首个燃料循环结束，开始首次换料大修。如图所示为普通核反应堆的结构示意，通过铀 235 链式反应实现核能的可控释放。下列说法正确的是（    ）

A．镉棒通过改变中子的数量来控制反应速度

B．中子速度越快越容易发生链式反应

C．在正常运行的反应堆水泥防护层外可检测到大量 α 粒子

D．铀核裂变时释放能量的多少与产物种类无关

【答案】

A

 

32．已知原子核的平均结合能如图所示，下列说法正确的是（    ）

A．Li 核比 He 核更稳定

B．Ba 核比 Kr 核核子数多，平均结合能大

C．U 核比 Ba 核的结合能大，且比 Ba 核的平均结合能小

D．两个 H 核结合成 He 核，需要吸收大量能量

【答案】

C

 

33．对于核反应 ¹₀n + ¹₁H→²₁H + 2.19 MeV，下列说法正确的是（    ）

A．氘核的结合能为 2.19 MeV

B．氘核的平均结合能为 2.19 MeV

C．核反应过程中质量守恒，电荷数守恒

D．氘核质量大于组成它的核子的质量之和

【答案】

A

 

34．恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，已知氘核 ²₁H 的平均结合能为 E₁，氦核 ⁴₂He 的平均结合能为 E₂，则热核反应 ²₁H + ²₁H→⁴₂He 释放的能量可表示为（    ）

A．E₂ – E₁                   B．E₂ – 2E₁          C．4E₂ – 2E₁        D．4E₂ – 4E₁

【答案】

D

 

35．几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为 3⁴₂He→X，该反应放出的能量为 E，真空中的光速为 c。则下列说法错误的是（    ）

A．该反应属于核聚变                      B．X 核中有 6 个中子

C．X 核的平均结合能为是 \(\frac{E}{{12}}\)         D．该反应的质量亏损为 \(\frac{E}{{c^2}}\)

【答案】

C

 

36．⁵₂Li 核是不稳定的，它会分裂成为一个 α 粒子和 X 粒子，其中 X 粒子是__________，该过程是__________（选填“吸收”或“放出”）能量的过程。

【答案】

质子，放出

 

37．如图，重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这种反应就是链式反应，__________（选填“是”或“不是”）任何铀块只要有中子进入都能发生上述反应，原因是______________________________________________________________________。

【答案】

不是，只有铀块的体积大于临界体积时，才发生链式反应

 

38．中国探月工程“绕、落、回”三步走规划如期完成，同时实现了中国首次月球无人采样返回。月球土壤里存在大量的 ³₂He。两个 ³₂He 原子可以发生核聚变产生 ⁴₂He，该反应方程为 2³₂He→2__________ + ⁴₂He，³₂He 的平均结合能__________（选填“大于”或“小于”）⁴₂He 的平均结合能。

【答案】

¹₁H，小于

 

39．有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为 ²₁H + ³₁H→⁴₂He + ^A_ZX，此反应中释放的核能为 E，已知光速为 c。

（1）求聚变方程中 Z、A 的数值。

（2）求上述聚变反应中的质量亏损 Δm。

（3）轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，结合实际，说明它们的异同点。

【答案】

（1）Z = 0，A = 1

（2）Δm = \(\frac{E}{{{c^2}}}\)

（3）相同点：都能释放核能，都是人类获得核能的重要途径等。不同点：轻核聚变不易控制，重核裂变可控；轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，重核裂变有辐射、有污染等。

 

40． 关于粒子，下列说法错误的是（    ）

A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子

B．质子、中子本身也有复杂的结构

C．质子是带电的强子

D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位

【答案】

A

 

41．下列说法正确的是（    ）

A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子

B．质子和中子都属于强子

C．强子、轻子都有内部结构

D．τ 子质量比核子质量大，τ 子不属于轻子

【答案】

B

 

43．下列物体的尺寸由小到大排列的是（    ）

A．夸克、原子核、质子、原子        B．质子、原子核、原子、夸克

C．夸克、质子、原子核、原子        D．原子、原子核、质子、夸克

【答案】

C

 

44．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（    ）

A．夸克、轻子、胶子等粒子                   B．质子和中子等强子

C．光子、中微子和电子等轻子               D．氦核、氚核、氢核等轻核

【答案】

A

 

45．推理是研究和学习物理的一种重要方法，正电子、反质子、反中子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子、中子相比较，质量相等，电荷量相等，电性相反（中子和反中子都不带电）。科学家已经发现反氦原子（已知氦原子核中有两个质子和两个中子），你推测反氦原子的结构可能（    ）

A．由两个带负电的质子和两个带正电的电子构成

B．由两个带负电的质子、两个电子和两个中子构成

C．由两个质子、两个电子和两个中子构成

D．由两个带负电的质子、两个带正电的电子和两个不带电的反中子构成

【答案】

D

 

46．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中会衰变成一个 μ 子和一个 τ 子。若在衰变过程中 μ 子的速度方向与中微子原来的方向一致，则 τ 子的运动方向（    ）

A．一定与 μ 子同方向                    B．一定与 μ 子反方向

C．一定与 μ 子在同一直线上          D．不一定与 μ 子在同一直线上

【答案】

C

 

47．图甲是用来加速带电粒子的直线加速器，图乙是所用交变电压的图像，下列说法正确的是（    ）

A．带电粒子是在金属筒内被加速的

B．如果仅增大带电粒子的质量，不改变交流电的周期，直线加速器也能正常工作

C．粒子每通过一次缝隙都会增加相同的动能

D．粒子速度越来越快，为使得它每次都能被加速电压加速，筒间的缝隙应设计成越来越大，所以直线加速器也会很长

【答案】

C

 

48．天然放射现象

天然放射现象是指放射性元素自发地放出射线的现象。天然放射现象是 1896 年法国物理学家贝克勒尔发现的，该研究使人们认识到原子核具有复杂的结构。它打开了微观世界的大门，为原子核物理学和粒子物理学的诞生和发展奠定了实验基础。

 

1．某些元素的原子通过核衰变自发地放出射线。

（1）放出的射线中，存在 α 射线、___________和 γ 射线，其中 α 射线的本质是高速运动的___________核（填写元素名称）。

（2）关于天然放射现象，下列说法正确的是（    ）

A．居里夫妇发现了天然放射现象

B．天然放射现象说明原子是可以分割的

C．原子序数大于或等于 83 的元素都具有放射性

D．温度越高，放射性元素的放射性就越强

（3）放射源放出的三种射线在通过匀强磁场时呈现如图所示不同的轨迹 1、2、3，其中（    ）

A．轨迹 2 对应射线的电离本领最强             B．轨迹 3 对应射线的穿透本领最强

C．轨迹 1 对应射线的穿透本领最强              D．轨迹 1 对应射线的电离本领最强

 

２．氡气有天然放射性，其衰变产生的粒子可对人的呼吸系统造成辐射损伤。氡的衰变方程为：²²²₈₆Rn→¹⁸₈₄Po + X，衰变过程中同时产生 γ 射线，其半衰期为 3.8 天，下列说法正确的是（    ）

A．该衰变过程为 β 衰变

B．对一个特定的氡核，在 3.8 天内一定会衰变

C．γ 射线是由处于高能级的 ²¹⁸₈₄Po 核向低能级跃迁时产生的

D．衰变后，²¹⁸₈₄Po 核与 X 粒子的质量之和等于衰变前 ²²²₈₆Rn 核的质量

 

3．自从 1896 年贝克勒尔发现铀的放射性现象以后，科学家___________首先研究了铀放射线的来源，并在 1898 年相继发现了放射性更强的钋和镭两种新元素。放射性元素会连续发生衰变，如图所示是反映铀核衰变的特性曲线，由图可知，经过 4 860 年，铀经历了___________个半衰期。

4．原子核 X 经如图所示的一系列 α、β 衰变后，生成稳定的原子核 Y。在此过程中原子核共经历了___________次 β 衰变，核 X 比核 Y 多___________个核子。

 

5．在 β 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的 ¹₁H 发生核反应，间接地证实了中微子的存在。

（1）中微子与水中的 ¹₁H 发生核反应，产生中子和正电子，即中微子 + ¹₁H→¹₀n + ⁰₁e。可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是（    ）

A．0 和 0            B．0 和 1            C．1 和 0            D．1 和 1

（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇并形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子，即 ⁰₁e + ⁰₋₁e→2γ。已知正电子和电子的质量都为 9.1×10⁻³¹ kg，反应中产生的每个光子的能量约为_________J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_________________________________________。

（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小为 λ_n_______λ_e（选填“>”“<”或“=”）。

【答案】

1．β 射线，氦

（2）C

（3）D

2．C

3．居里夫妇，3

4．6，32

5．（1）A

（2）8.2×10⁻¹⁴，系统的总动量为零，如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒

（3）<

 

49．质子的发现

1919 年，卢瑟福还是卡文迪许实验室的主任时，他做了用 α 粒子轰击氮原子核的实验。当用 α 粒子轰击氮时，卢瑟福注意到一个粒子从氮核中喷射出来，并测量了它的电荷（一个单位）和质量（也是一个单位）。这个全新的粒子被卢瑟福命名为质子。

 

1．将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是（    ）

A.万有引力             B．库仑力              C.核力             D．分子力

 

2．如图所示为卢瑟福发现质子的实验装置。M 是显微镜，S 是荧光屏，窗口 F 处装有银箔，氮气从阀门 T 充入，A 是放射源。下列说法正确的是（    ）

A．放射源 A 放出的是质子

B．充入氮气前，调整银箔厚度，使在 S 上能见到质子引起的闪烁

C．充入氮气后，会在 S 上见到 α 粒子引起的闪烁

D．该实验的核反应方程为 ⁴₂He + ¹⁴₇N→¹⁷₈O + ¹₁H

 

3．近代物理学研究表明，质子是由 2 个上夸克和 1 个下夸克组成，中子是由 1 个上夸克和 2 个下夸克组成，质子与中子间发生转变的实质就是上、下夸克发生了转变。已知上夸克的电荷量为 \(\frac{2}{3}\)e，下夸克的电荷量为 − \(\frac{e}{3}\)。当发生 β 衰变时（    ）

A．原子核内的 1 个中子转变为 1 个质子，同时放出 1 个电子

B．原子核内的 1 个质子转变为 1 个中子，同时放出 1 个电子

C．从夸克模型看，质子内的 1 个上夸克转变为 1 个下夸克

D．从夸克模型看，中子内的 1 个上夸克转变为 1 个下夸克

 

4．1919年，卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为 α 粒子轰击氮原子核的示意图。

（1）α 粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？

（2）多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？中子的提出者和验证者分别是谁？

（3）有的同学认为“原子核的电荷数就是电荷量，原子核的质量数就是原子核的质量”，这种说法正确吗？为什么？

【答案】

1．C

2．D

3．A

4．（1）说明了质子是原子核的组成部分。

（2）多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了原子桉内可能还存在着另外的粒子。

中子的提出者是卢瑟福，验证者是查德威克（卢瑟福的学生）。

（3）这种说法不正确。原子核由中子与质子组成，由于中子不带电，原子核的电荷量就等于核内质子电荷量的总和。所以，原子核的电荷量总是一个质子的电荷量的整数倍，把这个整数称为原子核的电荷数。可知，原子核的电荷数等于质子数。原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数。可知，原子核的质量数等于核子数。

 

50．核能

核能是通过核反应从原子核释放的能量。核能是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期科学家们的探索，他们为核能的发现和应用奠定了基础。从 19 世纪末英国物理学家汤姆孙发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

 

1．096 型核潜艇是我国海军的第三代弹道导弹核潜艇，主要动力是两座一体化压水式核子反应器。关于核潜艇中的核反应，下列说法正确的是（    ）

A．核燃料可能是 ²₁H 和 ³₁H

B．该核反应可能是 α 衰变

C．该核反应需要极高的温度才能发生

D．核潜艇主要动力来源于重核发生裂变释放的能量

 

2．铀核受到_______轰击而发生裂变时，能放出 2 ~ 3 个中子，这 2 ~ 3 个中子又引起其余铀核的裂变，这样裂变就会不断地持续下去，释放出越来越多的能量，这种反应称为_________。

 

3．我国自主研发制造的核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际核聚变项目的重大贡献。核聚变的一种反应方程为 ²₁H + ³H→⁴₂He + X，其中粒子 X 是_________，⁴₂He 的平均结合能_________（选填“大于”“等于”或“小于”）³₁H 的平均结合能。

 

4．如图所示是描述原子核核子的平均质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线，下列说法正确的是（    ）

A．原子核 A 比原子核 B 的平均结合能大

B．原子核 B 比原子核 C 更稳定

C．由原子核 A 分裂出原子核 B、C 的过程没有质量亏损

D．由原子核 D、E 结合成原子核 F 的过程一定释放能量

 

5．1964 年 10 月 16 日，中国第一颗原子弹试爆成功。该原子弹核反应的主要成分是 ²³⁵₉₂U，天然 ²³⁵₉₂U 是不稳定的，它通过七次 α 衰变和四次 β 衰变最终成为稳定的元素 A，则下列说法正确的是（    ）

A．元素 A 为 ²⁰⁶₈₂Pb                           B．元素 A 的中子数为 123

C．α、β 衰变过程中会释放能量        D．²³⁵₉₂U 的平均结合能大于元素 A 的平均结合能

 

6．某种传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式传播模型，类似于核裂变链式反应模型。铀裂变核反应方程为 ¹₀n + ²³⁵₉₂U→¹⁴¹₅₆B + ⁹²₃₆Kr + 3¹₀n，若裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”，下列说法正确的是（    ）

A．从铀裂变核反应方程看，“传染系数”为 2

B．核反应堆中通过镉棒吸收中子以降低“传染系数”

C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为 3

D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关

 

7．两个氘核以相等的动能 E_k = 0.5 MeV 相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核。已知氘核的质量 m_D = 2.013 6 u，氦核的质量 m_He = 3.015 0 u，中子的质量 m_n = 1.008 7 u，阿伏加德罗常数 N_A = 6.0×10²³ mol⁻¹。（1 u= 931.56 MeV/c²，c 表示真空中的光速）

（1）该核反应的方程为________________。

（2）求该过程释放的核能。

（3）若该反应发生后释放的核能全部转化为粒子的动能，求中子和氦核的动能。

（4）若其有 1 kg 的氘完全反应，求放出的总能量。

【答案】

1．D

2．中子，链式反应

3．中子，大于

4．D

5．C

6．B（提示：A 选项，从裂变核反应方程可判定其“传染系数”为 3。B 选项，镉棒又称为控制棒，吸收中子的能力很强，通过控制镉棒插入的深浅来控制吸收中子的多少，链式反应的快慢就可以控制。C 选项，在链式反应中，当实际“传染系数”R ≥ 1 时，反应才能持续发展下去；当实际“传染系数”R < 1 时，反应将趋于停滞，即 R = 1 是链式反应持续下去的临界值。D 选项，核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制“传染系数”）

7．（1）²₁H + ²₁H→¹₀n + ³₂He

（2）3.26 MeV

（3）E_kn = 3.195 MeV，E_kHe = 1.065 MeV

（4）7.8×10¹³ J

 

51．液体

液体是三大物质形态之一。它没有确定的形状，往往受容器的影响。但它的体积在压力及温度不变的环境下是固定不变的。液体分子间的距离较远，分子运动也较剧烈，分子间的吸引力较小。增温或减压一般能使液体汽化，成为气体。

 

1．下列与液体有关的自然现象中，对其物理分析正确的是（    ）

A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿，这属于毛细现象

B．诗句“霏微晓露成珠颗”中荷叶和露水表现为浸润

C．小昆虫能在水面上自由走动与表面张力无关

D．保存地下的水分要把地面的土壤锄松，这是为了破坏土壤中的毛细管

 

2．如图，“天宫课堂”中，航天员王亚平先做了一个水球，然后她将女儿用纸做的小花轻轻放在水球表面，纸花迅速绽放。纸花绽放的原因是（    ）

A．水球表面分子力表现为引力          B．水球表面分子力表现为斥力

C．纸花分子间分子力表现为引力      D．纸花分子间分子力表现为斥力

 

3． 取两杯体积相同的清水，同时分别滴入一滴红墨水，出现如图（a）、（b）所示的情景。这个实验观察到的现象是___________________________________________。由此可似判断水的温度较高的是图_______。从分子动理论的角度分析，这个实验揭示的物理规律是__________________________。

 

4．夏天的清晨在荷叶上滚动着晶莹剔透的小露珠，这是由______________导致的物理现象。分子势能 E_p 和分子间距离 r 的关系图像如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子 E_p 的是图中__________（选填“A”“B”或“C”）的位置。

【答案】

1．D

2．A

3．乙中的墨水扩散得快，乙，温度越高，水分子运动越剧烈

4．表面张力，C

 

52．热现象

自然界中与物体冷热程度（温度）有关的现象称为热现象。但温度并不是热，温度表示物体的冷热程度。我们说物体吸热和放热，这里的热，指的是能量。热力学第一定律告诉我们：热可以转变为功，功也可以转变为热，消耗一定的功，必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。

 

1．从冰箱中拿出的空瓶，一段时间后瓶塞弹出，其原因是（    ）

A．瓶内气体分子数增加

B．瓶塞所受合外力变小

C．瓶塞所受气体分子的平均作用力变大

D．瓶内所有气体分子的运动都更剧烈

 

2．在无外界影响的情况下，容积不变的密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体（    ）

A．分子的无规则运动停息下来          B．每个分子的速度大小均相等

C．分子的平均动能保持不变              D．每个分子的温度保持不变

 

3．如图，一定质量的某种理想气体从状态 A 变化到状态 B，则（    ）

A．气体的体积减小                      B．气体的内能减小

C．气体一定从外界吸热              D．外界一定对气体做正功

 

4．如图，将加热后的玻璃杯反扣在冷水中，会出现“杯子吸水”现象，在液面缓慢上升的过程中，杯中封闭气体单位体积内的分子数_________（选填“不变”“增大”或“减小”），外界对封闭气体做_________（选填“正功”或“负功”）。

 

5．我们可以从宏观与微观两个角度来研究热现象。一定质量的理想气体由状态 A 经过状态 B 变为状态 C，其中状态 A→状态 B 的过程为等压变化，状态 B→状态 C 的过程为等容变化。已知 V_A = 0.3 m³，T_A = 300 K，T_B = 400 K，T_C = 300 K。

（1）求气体在状态 B 时的体积 V_B。

（2）气体分别处于状态 A 和状态 B 时，分子热运动速率的统计分布情况如图所示，其中对应状态 B 的是曲线__________（选填“①”或“②”）。

（3）说明在状态 B→状态 C 的过程中，气体压强变化的微观原因。

（4）设在状态 A →状态 B 的过程中气体吸收热量为 Q₁，在状态 B→状态 C 的过程中气体放出热量为 Q₂，比较 Q₁、Q₂ 的大小并说明依据。

【答案】

1．C

2．C

3．C

4．增大，正功

5．（1）V = 0.4 m³

（2）②

（3）气体的压强与气体分子的平均动能、气体分子的密集程度有关，状态 B→状态 C 的过程为等容变化，气体体积不变，气体分子的密集程度不变，气体的温度降低，气体分子的平均动能变小，因此气体的压强变小。

（4）一定质量理想气体的内能只与温度有关。

状态 A→状态 B 的过程：气体温度升高，内能增大 ΔE₁；气体体积增大，气体对外做功 W₁，由热力学第一定律可知．气体吸收热量 Q₁ = ΔE₁ + W₁。状态 B→状态 C 的过程：气体温度降低，内能减少 ΔE₂；气体体积不变，既没有气体对外做功，也没有外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量 Q₂ = ΔE₂。由题知 T_A = T_C，ΔE₁ = ΔE₂，因此 Q₁ > Q₂。

 

53．放射性

放射性是自然界存在的一种自然现象。世界上一切物质都是由一种叫“原子”的微小粒子构成的，每个原子的中心有一个“原子核”。大多数物质的原子核是稳定不变的，但有些物质的原子核不稳定，会自发地发生某些变化，这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象就是人们常说的“放射性”。

 

1．第一次发现原子核的组成中有质子的是（    ）

A．光电效应现象                  B．天然放射现象

C．人工转变实验                  D．α 粒子散射实验

 

2．核反应堆是人类和平利用核能的主要方式，在核反应堆中，核燃料发生裂变反应释放出核能。下列关于核反应堆的描述正确的是（    ）

A．核反应堆中的核燃料可能是；²₁H 和 ³₁H

B．核反应堆中发生的是链式反应

C．核反应堆中新核的平均结合能比反应前原子核的平均结合能小

D．在核反应堆中可通过石墨、重水使慢中子变成快中子

 

3．放射性元素的原子核 X 发生两次 α 衰变和六次 β 衰变，变成原子核 Y，则 Y 比 X 的（   ）

A．中子数减少 8         B．质子数减少 2          C．质子数增加 2          D．核子数减少 10

 

4．某同学用几种不同的障碍物分别挡在固定的放射源与计数器之间，测得每分钟进入计数器的粒子数并记录在表格中。由表中数据推测，该放射源所放出的射线应包含_______射线；为进一步明确射线的组成，该同学可以_______________________________________________________。

障碍物	每分钟进入计数器的粒子数／个
纸（0.1 mm 厚）	421
铝板（5 mm 厚）	362
铅板（20 mm 厚）	178

 

5．核电池又叫“放射性同位素电池”，是利用同位素在衰变过程中释放的核能转变为电能制造而成的。某核电池由放射性同位素 ²³⁸₉₄Pu 制成，已知 ²³⁸₉₄Pu 衰变为铀核和 α 粒子，其半衰期为 88 年，光速 c = 3×10⁸ m/s，不考虑其他衰变。

（1）该衰变方程为_________________________。

（2）若该电池在第一个 88 年内释放核能 3×10¹¹ J，求该过程亏损的质量（结果保留一位有效数字）。

（3）若核电池内放射性同位素 ²³⁸₉₄Pu 的质量为 2×10⁻⁴ kg，则经过 176 年后该电池内放射性同位素 ²³⁸₉₄Pu 的质量约为多少？

【答案】

1．C

2．B

3．C

4．Β，将射线置于磁场中，根据射线的偏转进行判断

5．（1）²³⁸₉₄Pu→²³⁴₉₂U + ⁴₂He

（2）Δm = 3×10⁻⁶ kg

（3）m = 5×10⁻⁵ kg

 

54．量子力学

量子力学是研究物质世界的微观粒子运动规律的物理学分支，是主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

 

1．康普顿效应表明光子除具有能量外，还具有_________，深入揭示了光的_________性的一面。

 

2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（    ）

A．改用频率更小的紫外线照射                  B．改用 X 射线照射

C．改用强度更大的原紫外线照射              D．延长原紫外线的照射时间

 

3．如图，①、②两条线表示 α 粒子散射实验中某两个 α 粒子运动的轨迹，则沿轨迹③射向原子核的 α 粒子经过原子核附近后可能的运动轨迹为_________（选填“a”“b”“c”或“d”），理由是_____________________________________________________。

 

4．氢原子处于基态时，原子的能级为 E₁，普朗克常量为 h，光速为 c。当氢原子处在 n = 4 的激发态时，要使氢原子电离，入射光子的最小能量为_________，能放出的光子的最小波长为_________。

 

5．如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K 是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为 ν₀，若将频率为 ν（大于 ν₀）的光照射在阴极上，电子电量的大小为 e，则：

（1）_________（选填“A”或“K”）是阴极，阴极材料的逸出功等于_________。

（2）当加在 A、K 间的正向电压为 U 时，到达阳极的光电子的最大动能为_________（用 h、ν₀、ν、e、U 表示）。

（3）为了阻止光电子到达阳极，在 A、K 间应加上 U_反 = _________的反向电压。（用 h、ν₀、ν、e 表示）

（4）下列方法一定能够增加光电流的饱和值的是（    ）

A．照射光频率不变，增加光的强度          B．照射光的强度不变，增加光的频率

C．增大 A、K 电极间的电压                     D．减小 A、K 电极间的电压

【答案】

1．动量，粒子

2．B

3．a，沿轨迹③运动的粒子比沿轨迹①运动的粒子更靠近原子核，α 粒子所受斥力更大，故偏转角度也就更大

4．− \(\frac{1}{{16}}\)E₁，− \(\frac{{16hc}}{{15{E_1}}}\)

5．（1）K，hν₀

（2）hν – hν₀ + eU

（3）\(\frac{{h\nu  - h{\nu _0}}}{e}\)

（4）A

 

55．气体实验定律

气体实验定律是关于气体热学行为的 5 个基本实验定律，也是建立理想气体概念的实验依据。这 5 个定理分别是玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律、阿伏加德罗定律、道尔顿分压定律。研究气体压强、体积和温度之间的变化关系时运用了一种物理研究方法——控制变量法。

 

1．如图，一定质量的气体，从状态 Ⅰ 变化到状态 II，其 p – 图像为过 O 点的倾斜直线，下列说法正确的是（    ）

A．密度不变               B．压强不变        C．体积不变        D．温度不变

 

2．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度由 0℃ 升高到 10℃ 时，其压强的增加量为 Δp₁，温度由 100℃ 升高到 110℃ 时，其压强的增加量为 Δp₂，则 Δp₁ 与 Δp₂ 之比为（    ）

A．1∶1        B．1∶10              C．10∶110          D．110∶10

 

3．如图，在竖直放置的两端开口的 U 形管中，一段空气柱被水银柱 a 和水银柱 b 封闭在右管内，水银柱 b 的两个水银面的高度差为 h。若将 U 形管放入热水槽中，则系统再度达到平衡的过程中（水银没有溢出，外界大气压保持不变）（    ）

A．空气柱的长度不变                      B．空气柱的压强不变

C．水银柱 b 左边液面要上升          D．水银柱 b 的两个水银面的高度差 h 变大

 

4．宇航员的航天服内充有气体，若出舱前航天服内气体的压强为 p，体积为 V，进入太空后，气体体积变为 2V，温度不变，此时航天服内气体的压强为__________。1965 年 3 月 18 日，苏联航天员列昂诺夫在返回飞船时遇到了意想不到的困难，他的航天服有些向外膨胀，很难从密封舱的接口处钻回舱内，他启动了应急装置减小航天服的体积后才安全地回到密封舱内。你认为该应急装置可以如何减小航天服体积？答：__________________________________________________________________________。

 

5．在“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到如图所示的 p – V 图像（其中实线是实验所得图线，虚线为双曲线的一支，实验过程中环境温度保持不变）。

（1）在此实验操作过程中，注射器内的气体分子的平均动能如何变化？答：___________，因为____________________________________________________（简述理由）。

（2）仔细观察不难发现，该图像与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是___________________________________________________________。

（3）把图像改为 p – \(\frac{1}{V}\) 图像，则 p – \(\frac{1}{V}\) 图像应是（    ）

（4）若实验操作过程一切正常，在注射器中放入了一颗糖丸，问如何确定糖丸的体积？

___________________________________________________________。

【答案】

1．D

2．A

3．B

4．\(\frac{p}{2}\)，降低航天服内气体的温度或排出一些航天服内的气体

5．（1）不变，缓慢推动活塞，气体温度保持不变，而温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子的平均动能不变

（2）推动活塞过程中漏出了一些气体

（3）A

（4）作出 \(\frac{1}{V}\) – p 图像，由图像的纵截距可以确定糖丸的体积