第五章 原子核 章末检测卷 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

章末检测卷（第五章）——原子核 物理试题 一、单项选择题：本题共11小题，每小题4分，共44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.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列关于核反应方程的说法，正确的是(　　) A.HHen是α衰变 B.nXeSr+1n是目前人类获得核能的主要方式 C.Pa+X中的X是质子 D.HHen是核聚变，反应后的总质量较聚变前增加 答案　B 解析　核反应方程HHHen是轻核聚变，故A错误；核反应方程UnXeSr+1n属于重核裂变，是目前人类获得核能的主要方式，故B正确；由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方 程ThPa+X中的X质量数为0，电荷数为-1，为电子，故C错误；核反应方程HHHen是核聚变，反应过程中放出能量，由质能关系可知反应后的总质量较聚变前减少，故D错误。 2.硼中子俘获治疗技术(BNCT)的治疗原理是向患者体内注入含硼药剂，这种药剂对肿瘤细胞有很强的亲和力，当足够浓度的硼元素进入肿瘤细胞后，再用中子束照射肿瘤部位，中子被肿瘤细胞内的硼B)俘获后，释放出射线I和新的原子核，这种射线能使肿瘤细胞DNA双股螺旋断裂，从而消灭肿瘤细胞，并且射线的穿透距离均小于细胞半径，不会对相邻的正常细胞产生过多的影响，因此，BNCT疗法被认为是治疗肿瘤的新希望。已知新核是Li，则射线I应该是(　　) A.α射线 B.β射线 C.γ射线 D.X射线 答案　A 解析　根据核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可得到核反应方程为Bn→He，则射线I应该是α射线，故选A。 3. 1930年，赵忠尧先生独立发现γ射线在重元素中的“反常吸收”。同年，又发现了γ射线在重元素中的“额外散射”，这是对正负电子对产生和湮灭的最早观察。关于γ射线的描述正确的是(　　) A.带正电，穿过气室时可以使空气电离 B.穿透能力比伦琴射线强 C.波长比红外线长 D.是由原子核外电子的能级跃迁产生的 答案　B 解析　γ射线是一种频率较高的电磁波，不带电，其穿透本领强，电离能力弱，因此γ射线可以穿过气室，但不能使空气电离，A错误；γ射线的频率比伦琴射线(即X射线)的频率高，则γ射线的穿透能力比伦琴射线强，B正确；γ射线的频率比红外线的频率高，根据c=λf可知，γ射线的波长比红外线的波长短，C错误；放射性元素的原子核在发生衰变时，产生的新原子核由高能级跃迁至低能级时向外辐射出γ射线，即γ射线是由原子核的能级跃迁产生的，D错误。 4我国科研人员及合作者首次合成了新原子核Ac。原子核存在一种衰变链，其中第1次由Ac衰变成原子核Fr，第2次由Fr衰变成原子核At。下列说法正确的是(　　) A.第1次为α衰变，第2次为β衰变 B.α射线的穿透能力最强 C.两次均为α衰变 D.通过增加温度可以加快衰变速度 答案　C 解析　由电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变AcFrHe，第二次衰变FrAtHe，两次均为α衰变，故A错误，C正确；α射线的穿透能力较弱，电离能力强，故B错误；半衰期与外界环境无关，与所处状态无关，故D错误。 5.下列说法正确的是(　　) A.图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的 B.图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子 C.图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚 D.图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变 答案　C 解析　题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；题图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿透本领，题图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，对于少量的原子核不适用，故D错误。 6.随着高功率激光技术的持续进步，目前在实验室已可获得超过1022 W/cm2的激光聚焦强度，为超高强度激光脉冲触发核过程和核应用开辟了新方向。某次使用高功率激光研究轻核聚变的核反应方程为HH→ +X，发生质量亏损并释放能量，下面说法正确的是(　　) A.X是中子 B.轻核聚变在普通温度的情况下发生 C.轻核聚变发生质量亏损，因此轻核聚变过程中质量数不守恒 D.目前的核电站反应堆使用的是轻核聚变 答案　A 解析　根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X为中子n，故A正确；该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，但反应过程中会释放更大的能量，故B错误；轻核聚变发生质量亏损，但轻核聚变过程中质量数守恒，故C错误；目前的核电站反应堆使用的是重核裂变，故D错误。 7.把一块铀矿石放在一只玻璃管内，过几天在管内发现了氦气，已知矿石中存在铀核U，则在此过程中(　　) A.涉及到反应方程式为UThHe B.放入矿石后至少需等待一个半衰期才有氦气产生 C.矿石中的铀核发生α衰变生成氦原子 D.矿石必须达到一临界质量才有氦气产生 答案　A 解析　铀核自发进行α衰变和β衰变，衰变方程即，ThHe，故A正确；半衰期是原子核半数发生衰变所需要的时间，是一种针对大量原子核的统计规律，因此无需等待一个半衰期才产生氦气，故B错误；铀核自发进行α衰变和β衰变，放出电子和氦核，两种微粒组合会形成氦原子，大量的氦原子就形成了氦气，故C错误；只要存在铀核便会发生α衰变和β衰变，无需达到一定质量，故D错误。 8.铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为：n→XKr+n，衰变方程为：→YHe，则下列说法正确的是(　　) A.X的质量数为146，Y的电荷数为90 B.的比结合能小于Kr的比结合能 C.裂变过程温度升高，铀235的半衰期会变小 D.反应堆中镉棒(吸收中子)插入深一些将会加快核反应速度 答案　B 解析　根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得X的质量数为144，Y的电荷数为90，故A错误；由于不稳定，裂变时释放核能，所以的比结合能小于Kr的比结合能，故B正确；裂变过程温度升高，但铀235的半衰期不变，故C错误；由于镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，可以在反应堆中将镉棒插入深一些，让其多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，即减慢反应速度，故D错误。 9.如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是(　　) A.根据图甲可知，核的结合能约为7 MeV B.根据图甲可知，核比Kr核更稳定 C.根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大 D.根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量 答案　C 解析　分析图像可知，核的比结合能为7 MeV，根据结合能=比结合能×核子数(即质量数)，故He核的结合能约为28 MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，分析图像可知，核比U核的比结合能大，故Kr核比U核更稳定，B错误；核D分裂成核E、F，平均核子质量减小，会有质量亏损，释放出核能，核子的比结合能将增大，C正确；若A、B能结合成C，平均核子质量减少，会有质量亏损，释放出核能，D错误。 10.太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为839.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 答案　C 解析　由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；根据能量关系可知mXc2=(1 876.1+2 809.5-3 728.4-17.6) MeV，解得mX=939.6 MeV/c2，选项B错误；太阳每秒放出的能量E=Pt=4×1026 J，则太阳每秒因辐射损失的质量Δm== kg≈4.4×109 kg，选项C正确；因为E=4×1026 J= eV=2.5×1045 eV=2.5×1039 MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm==2.5×1039 MeV/c2，选项D错误。 11.如图所示，在匀强磁场中静止着一个原子核U，某一时刻发生了一次α衰变，放出的α粒子与生成的新核在与磁场方向垂直的平面内做匀速圆周运动，得到α粒子与新核的轨迹是外切圆。已知磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，α粒子的质量数为4，电荷量为2e，则下列说法正确的是(　　) A.新核与α粒子的轨迹半径之比为1∶45 B.衰变后产生的新核与α粒子的动能之比为4∶117 C.衰变后产生的新核与α粒子所受的洛伦兹力之比为117∶90 D.放出的α粒子对应的轨迹是大圆，α粒子和新核绕行的方向均为顺时针 答案　A 解析　根据动量守恒定律可知，两粒子动量等大反向，根据R==可知，带电荷量较小的α粒子对应的轨迹圆半径较大，根据左手定则可知α粒子和新核绕行的方向均为逆时针，D错误；因α粒子带电荷量为2e，可知新核带电荷量为90e，根据R=可知，新核与α粒子的轨迹半径之比为1∶45，A正确；对α粒子有Ek==，因新核的质量数为234，则质量m2=m1，对新核分析有Ek'===Ek=Ek，故衰变后产生的新核做圆周运动的动能与α粒子的动能之比为2∶117，B错误；α粒子所受的洛伦兹力为F1=q1v1B=，因新核的核电荷数为90，则电荷量q2=45q1，新核所受的洛伦兹力为F2=q2v2B==F1，C错误。 二、非选择题：共5题，共56分，其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 12.(8分)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：NiCuH+X，该反应中的X是　　　(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是　　　　(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。  答案　中子　核裂变 解析　根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，核电荷数为零，所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 13.(8分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求： (1)(4分)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子N后，会形成C，C很不稳定，易发生β衰变，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少(真空中光速为c)？ (2)(4分)若测得一古生物体遗骸中C含量只有活体中的12.5%，C的半衰期为5 730年，则此遗骸的年代约有多少年？ 答案　(1NnCH，C Ne　　(2)17 190年 解析　(1)根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得NnCH，CNe 由爱因斯坦质能方程得E=Δmc2 可得Δm= (2)由题知古生物体遗骸中C含量只有活体中的12.5%，故有m余=m0()n 代入数据解得n=3 则有t=3T1/2=5 730×3年=17 190年。 14.(10分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子H轰击静止的Li，生成两个He，Li和He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c。 (1)(2分)写出核反应方程； (2)(3分)求出释放的核能ΔE； (3)(5分)求出质子的质量m。 答案　(1HLi→He　(2)2E2-E1　(3)-m1+2m2 解析　(1)核反应方程为HLi→He (2)释放的核能ΔE=2E2-E1 (3)根据ΔE=Δmc2=(m1+m-2m2)c2 解得m=-m1+2m2。 15.(14分)原子弹和核反应堆都利用了原子核裂变产生的能量。前者可以给人类带来灾难，后者却能用来发电为人类造福。用一个中子轰击，可发生裂变反应生成Ba和Kr，并释放出几个中子，已知每个中子的质量m1=1.008 u，的质量m2=235.043 u，Ba的质量m3=140.913 u，Kr的质量m4=91.897 u，质量亏损1 u相当于释放931 MeV的能量，光速c=3×108 m/s。 (1)(4分)请写出上述裂变中的核反应方程； (2)(5分)求一个U在裂变反应中释放的核能ΔE的表达式(用m1、m2、m3、m4、c表示)； (3)(5分)若某原子弹装料为60 kg的U，其中大约有1.2%发生裂变，真实的裂变情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏加德罗常数NA=6×1023 mol-1，求这颗原子弹释放的能量约为多少MeV(结果保留两位有效数字)。 答案　(1UnBaKr+n　(2)ΔE=(m2-m3-m4-2m1)c2　(3)3.7×1026 MeV 解析　(1)由质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为nBaKr+n (2)反应前后质量亏损为 Δm=m1+m2-m3-m4-3m1=m2-m3-m4-2m1 根据爱因斯坦质能方程得 ΔE=(m2-m3-m4-2m1)c2 (3)一个在裂变反应中的质量亏损为 Δm=(235.043+1.008-140.913-91.897-3×1.008) u=0.217 u 根据爱因斯坦质能方程： ΔE=Δmc2=0.217×931 MeV≈202 MeV 原子弹中发生裂变的铀235的质量约为 m=60×1.2% kg=0.72 kg=720 g 释放的能量：E总=NA·ΔE≈3.7×1026 MeV 16.(16分)(2023·南通市高二月考)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核X发生了一次α衰变，放射出的α粒子He)在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，其轨迹半径为R。已知α粒子的质量为m，电荷量为q，光速为c。 (1)(6分)若新核的元素符号用Y表示，原子核X的比结合能为E1，新核Y的比结合能为E2，α粒子的比结合能为E3，写出该α衰变的核反应方程及衰变过程中释放的核能ΔE； (2)(10分)若该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。 答案　(1XYHe　(A-4)E2+4E3-AE1 (2)+ 解析　(1)根据质量数和电荷数守恒可得，衰变方程为XYHe 由能量守恒可得 ΔE=(A-4)E2+4E3-AE1 (2)α粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qv1B=m 解得v1= 由动量守恒得mv1=Mv2 解得v2= 由题意知ΔE=m+M 即ΔE=+ 又ΔE=Δmc2 解得Δm=+。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 章末检测卷（第五章）——原子核 物理试题 一、单项选择题：本题共11小题，每小题4分，共44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.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列关于核反应方程的说法，正确的是(　　) A.HHHen是α衰变 BUnXeSr+1n是目前人类获得核能的主要方式 CThPa+X中的X是质子 DHHHen是核聚变，反应后的总质量较聚变前增加 2.硼中子俘获治疗技术(BNCT)的治疗原理是向患者体内注入含硼药剂，这种药剂对肿瘤细胞有很强的亲和力，当足够浓度的硼元素进入肿瘤细胞后，再用中子束照射肿瘤部位，中子被肿瘤细胞内的硼B)俘获后，释放出射线I和新的原子核，这种射线能使肿瘤细胞DNA双股螺旋断裂，从而消灭肿瘤细胞，并且射线的穿透距离均小于细胞半径，不会对相邻的正常细胞产生过多的影响，因此，BNCT疗法被认为是治疗肿瘤的新希望。已知新核是Li，则射线I应该是(　　) A.α射线 B.β射线 C.γ射线 D.X射线 3. 1930年，赵忠尧先生独立发现γ射线在重元素中的“反常吸收”。同年，又发现了γ射线在重元素中的“额外散射”，这是对正负电子对产生和湮灭的最早观察。关于γ射线的描述正确的是(　　) A.带正电，穿过气室时可以使空气电离 B.穿透能力比伦琴射线强 C.波长比红外线长 D.是由原子核外电子的能级跃迁产生的 4.我国科研人员及合作者首次合成了新原子核Ac。原子核存在一种衰变链，其中第1次由Ac衰变成原子核Fr，第2次由Fr衰变成原子核At。下列说法正确的是(　　) A.第1次为α衰变，第2次为β衰变 B.α射线的穿透能力最强 C.两次均为α衰变 D.通过增加温度可以加快衰变速度 5.下列说法正确的是(　　) A.图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的 B.图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子 C.图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚 D.图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变 6.随着高功率激光技术的持续进步，目前在实验室已可获得超过1022 W/cm2的激光聚焦强度，为超高强度激光脉冲触发核过程和核应用开辟了新方向。某次使用高功率激光研究轻核聚变的核反应方程为HH→ +X，发生质量亏损并释放能量，下面说法正确的是(　　) A.X是中子 B.轻核聚变在普通温度的情况下发生 C.轻核聚变发生质量亏损，因此轻核聚变过程中质量数不守恒 D.目前的核电站反应堆使用的是轻核聚变 7.把一块铀矿石放在一只玻璃管内，过几天在管内发现了氦气，已知矿石中存在铀核U，则在此过程中(　　) A.涉及到反应方程式为UThHe B.放入矿石后至少需等待一个半衰期才有氦气产生 C.矿石中的铀核发生α衰变生成氦原子 D.矿石必须达到一临界质量才有氦气产生 8.铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为：nXKr+n，衰变方程为：YHe，则下列说法正确的是(　　) A.X的质量数为146，Y的电荷数为90 BU的比结合能小于Kr的比结合能 C.裂变过程温度升高，铀235的半衰期会变小 D.反应堆中镉棒(吸收中子)插入深一些将会加快核反应速度 9.如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是(　　) A.根据图甲可知，核的结合能约为7 MeV B.根据图甲可知，核比Kr核更稳定 C.根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能增大 D.根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量 10.太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为839.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 11.如图所示，在匀强磁场中静止着一个原子核U，某一时刻发生了一次α衰变，放出的α粒子与生成的新核在与磁场方向垂直的平面内做匀速圆周运动，得到α粒子与新核的轨迹是外切圆。已知磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，α粒子的质量数为4，电荷量为2e，则下列说法正确的是(　　) A.新核与α粒子的轨迹半径之比为1∶45 B.衰变后产生的新核与α粒子的动能之比为4∶117 C.衰变后产生的新核与α粒子所受的洛伦兹力之比为117∶90 D.放出的α粒子对应的轨迹是大圆，α粒子和新核绕行的方向均为顺时针 二、非选择题：共5题，共56分，其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 12.(8分)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：NiCuH+X，该反应中的X是　　　(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是　　　　(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。  13.(8分)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古代生物体的年代。求： (1)(4分)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子N后，会形成C，C很不稳定，易发生β衰变，放出β射线，写出有关的2个核反应方程；若β衰变过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为多少(真空中光速为c)？ (2)(4分)若测得一古生物体遗骸中C含量只有活体中的12.5%，C的半衰期为5 730年，则此遗骸的年代约有多少年？ 14.(10分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子H轰击静止的Li，生成两个He，Li和He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c。 (1)(2分)写出核反应方程； (2)(3分)求出释放的核能ΔE； (3)(5分)求出质子的质量m。 15.(14分)原子弹和核反应堆都利用了原子核裂变产生的能量。前者可以给人类带来灾难，后者却能用来发电为人类造福。用一个中子轰击U，可发生裂变反应生成Ba和Kr，并释放出几个中子，已知每个中子的质量m1=1.008 u，U的质量m2=235.043 u，的质量m3=140.913 u，的质量m4=91.897 u，质量亏损1 u相当于释放931 MeV的能量，光速c=3×108 m/s。 (1)(4分)请写出上述裂变中的核反应方程； (2)(5分)求一个U在裂变反应中释放的核能ΔE的表达式(用m1、m2、m3、m4、c表示)； (3)(5分)若某原子弹装料为60 kg的U，其中大约有1.2%发生裂变，真实的裂变情况有很多种，假设发生的都是上述裂变反应，已知阿伏加德罗常数NA=6×1023 mol-1，求这颗原子弹释放的能量约为多少MeV(结果保留两位有效数字)。 16.(16分)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核X发生了一次α衰变，放射出的α粒子He)在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，其轨迹半径为R。已知α粒子的质量为m，电荷量为q，光速为c。 (1)(6分)若新核的元素符号用Y表示，原子核X的比结合能为E1，新核Y的比结合能为E2，α粒子的比结合能为E3，写出该α衰变的核反应方程及衰变过程中释放的核能ΔE； (2)(10分)若该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$