2025年大学核工程与核技术（核物理）试题及答案.doc

2025年大学核工程与核技术（核物理）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）
A. 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B. 一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C. 铯原子核（$^{133}_{55}Cs$）的结合能小于铅原子核（$^{208}_{82}Pb$）的结合能
D. 比结合能越大，原子核越不稳定
2. 下列说法正确的是（ ）
A. 汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构
B. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C. 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
D. 按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子动能减小，原子总能量增加
3. 在核反应方程$^{4}_{2}He + ^{27}_{13}Al → ^{30}_{15}P + X$中，X表示的是（ ）
A. 质子
B. 中子
C. 电子
D. α粒子
4. 关于天然放射性，下列说法正确的是（ ）
A. 所有元素都可能发生衰变
B. 放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C. 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D. α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
5. 用频率为$ν_0$的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为$ν_1$、$ν_2$、$ν_3$的三条谱线，且$ν_3>ν_2>ν_1$，则（ ）
A. $ν_0<ν_1$
B. $ν_3 = ν_1 + ν_2$
C. $ν_0 = ν_1 + ν_2 + ν_3$
D. $\frac{1}{ν_1}=\frac{1}{ν_2}+\frac{1}{ν_3}$
6. 一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为$^{238}_{92}U → ^{234}_{90}Th + ^{4}_{2}He$。下列说法正确的是（ ）
A. 衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B. 衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C. 铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D. 衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
7. 下列核反应方程中，属于核聚变的是（ ）
A. $^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H → ^{4}_{2}He + ^{1}_{0}n$
B. $^{234}_{90}Th → ^{234}_{91}Pa + ^{0}_{-1}e$
C. $^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n → ^{144}_{56}Ba + ^{89}_{k}Kr + 3^{1}_{0}n$
D. $^{4}_{2}He + ^{27}_{13}Al → ^{30}_{15}P + ^{1}_{0}n$
8. 一质子束入射到能止靶核$^{27}_{13}Al$上，产生如下核反应：$p + ^{27}_{13}Al → X + n$，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核。由反应式可知，新核X的质子数为（ ）
A. 12
B. 13
C. 14
D. 15
9. 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为$ν_1$，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为$ν_2$，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则（ ）
A. 吸收光子的能量为$hν_1 + hν_2$
B. 辐射光子的能量为$hν_1 + hν_2$
C. 吸收光子的能量为$hν_2 - hν_1$
D. 辐射光子的能量为$hν_2 - hν_1$
10. 下列说法正确的是（ ）
A. 放射性元素的半衰期是针对大量原子核的统计规律
B. α、β、γ射线比较，α射线的电离作用最弱
C. 光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显
D. 原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学采用了如图所示的“碰撞实验器”验证动量守恒定律。
（1）实验中，斜槽轨道末端需水平，目的是____________________。
（2）入射小球在斜槽上释放点的高低对实验结果______（填“有”或“无”）影响。
（3）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射小球m1多次从斜槽上S位置静止释放，找到其平均落地点P，测量平抛射程OP；然后，把被碰小球m2静置于轨道末端，再将入射小球m1从斜槽上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是______（填选项前的字母）。
A. 用天平测量两个小球的质量m1、m2
B. 测量小球m1开始释放高度h
C. 测量抛出点距地面高度H
D. 分别找到m1、m与m2相碰后平均落地点的位置M、N，并测量平抛射程OM、ON
（4）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______（用（3）中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为______（用（3）中测量的量表示）。
12. （15分）如图，光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C。B的左侧固定一轻弹簧（弹簧左侧的挡板质量不计）。设A以速度v0朝B运动，压缩弹簧；当A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中：
（1）整个系统损失的机械能；
（2）弹簧被压缩到最短时B的速度。
13. （15分）如图所示，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电。整个系统置于方向水平的匀强电场中。已知静电力常量为k。
（1）若三个小球均处于静止状态，求匀强电场场强的大小；
（2）若将小球a从静止释放，求其刚释放时的加速度大小。
14. （15分）材料：在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速。假设减速剂的原子核质量是中子的k倍。中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰。设每次碰撞前原子核可认为是静止的。
问题：求N次碰撞后中子速率与原速率之比。
15. （15分）材料核物理研究中，常利用云室探测射线。云室置于磁场中，通过射线在云室中产生的径迹来分析射线的性质。
问题若有一束射线在云室中产生的径迹如图所示，已知射线粒子带正电，且初速度方向水平向右。请分析射线粒子在磁场中的运动轨迹及相关物理量。

答案：
1. ABC
2. D
3. A
4. BCD
5. B
6. B
7. A
8. C
9. D
10. ACD
11. （1）使小球离开斜槽末端时速度水平（2）无（3）AD（4）m1·OP = m1·OM + m2·ON；m1·OP² = m1·OM² + m2·ON²
12. （1）1/6mv0²（2）1/3v0
13. （1）2kq²/√3l²（2）2kq²/√3ml²
14. （k - 1）^N/（k + 1）^N
15. 射线粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据左手定则，其轨迹为逆时针方向的圆弧。设粒子质量为m，电荷量为q，初速度为v，磁场磁感应强度为B，由qvB = mv²/r可得轨迹半径r = mv/qB 。通过径迹可大致判断粒子运动轨迹的弯曲程度等情况，进而分析粒子的速度、电荷量等相关物理量的大小关系 。