章末检测5 第5章 原子核（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

章末检测卷（五） （时间：90分钟　满分：100分） 一、单项选择题（本题共9小题，每小题3分，共计27分，每小题只有一个选项符合题意） 1.物理学是一门以实验为基础的学科，任何理论和学说的建立都离不开实验，下面有关物理理论或学说关系的说法中正确的是(　　) A．α粒子散射实验表明了原子具有核式结构 B．康普顿效应证实了光具有波动性 C．电子的发现表明了电子是构成物质的最小微粒 D.天然放射现象的发现证实了玻尔原子理论 解析：选A　A．卢瑟福通过α粒子散射实验证实原子具有核式结构，故A正确； B．光具有波粒二象性，而康普顿效应说明光具有粒子性，故B错误； C．电子的发现表明原子不是构成物质的最小微粒，故C错误； D．天然放射现象的发现证实了原子核内部有复杂结构，故D错误。 故选A。 2.关于天然放射现象，下列说法正确的是(　　) A．γ射线在磁场中不能发生偏转 B．α射线是由氦原子核衰变产生的 C．β射线是原子核外的电子受激跃迁而产生的 D．工业上常用α射线来探测塑料板或金属板的厚度 解析：选A　A．γ射线不带电，为电磁波，故其在磁场中运动时不会发生偏转，故A正确； B．α射线是由α衰变产生的氦原子核组成的，故B错误； C．β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子，即β粒子，故C错误； D．γ射线的穿透性较强，工业上常用γ射线来探测塑料板或金属板的厚度，故D错误。 故选A。 3.核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是(　　) A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽 B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒 C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期 D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 解析：选D　A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误； B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误； C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误； D．过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确； 故选D。 4.2021年9月在甘肃武威，全球首台第四代核电技术基熔盐核反应堆试运行，反应堆工作原理如图所示，钍232（Th）吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变铀233（），下列说法正确的是(　　) A．Pa核比233U核多一个质子 B．核反应堆是通过核聚变把核能化为电能 C．核镤233（Pa）从高能级向低能级跃迁时，会伴随α辐射 D．镤233变成铀233的核反应方程式是Pa→U＋e 解析：选D　AD.由题意可知，镤233变成铀233的核反应方程式是Pa→U＋e 则Pa核比233U核少一个质子，选项A错误，D正确； B．在核电站核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，选项B错误； C．核镤233（Pa）从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，选项C错误。 故选D。 5.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌的风险。已知钚的一种同位素Pu的衰变方程为：Pu→X＋He＋γ，半衰期为24 100年，则下列说法中正确的是(　　) A．衰变时发出的γ射线是波长很短的实物粒子，穿透能力很强 B．X原子核中含有143个中子 C．10个Pu经过24 100年后一定还剩余5个 D．Pu的质量和衰变后的X原子核与He的总质量相等 解析：选B　A．衰变时发出的γ射线是电磁波，穿透能力很强，A错误； B．根据反应过程满足电荷数和质量数守恒可知，X原子核中的电荷数为92，质量数235，则X原子核中的中子数为235－92＝143 B正确； C．半衰期只适用于大量原子核发生衰变时，对于少数原子核衰变不适用，C错误； D．衰变过程存在质量亏损，故Pu的质量大于衰变后的X原子核与He的总质量，D错误。 故选B。 6.上海市洋山的海关首次在进口板材中检测出人工核素铯137（Cs），且铯137活度浓度超过了国家规定的免管浓度值，199.5吨被放射性污染的樟子松板材被退运出境。已知人工核素铯137的半衰期长达30年，衰变时会辐射γ射线，其衰变方程为Cs→Ba＋X。则下列说法正确的是(　　) A．衰变方程中的X来自源Cs内的质子向中子的转化 B．升高温度，经过大约60年铯Cs将衰变殆尽 C．X的质量等于衰变过程中亏损的质量 D．该反应产生的新核Ba的比结合能大于铯Cs的比结合能 解析：选D　A．衰变方程中的X来自源Cs内的中子向质子的转化，A错误； B．根据半衰期公式，经过大约60年后，铯核会衰变，剩余，B错误； C．Cs与Ba和电子X的质量差等于衰变过程中亏损的质量，C错误； D．比结合能越大，原子核越稳定，该反应产生的新核Ba的比结合能大于铯Cs的比结合能，D正确。 故选D。 7.有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置取得新突破，成功实现可重复的。2亿摄氏度101s和1.6亿摄氏度20s等离子体运行。其内部发生的一种核聚变反应方程式为H＋X→He＋n＋17.6 MeV，已知H的质量为2.0136u，He的质量为4.0026u，n的质量为1.0087u，1u相当于931 MeV。则X的核子平均质量为(　　) A．3.0166 u　　　　　　B．1.5083 u C．1.0055 u D．1.0087 u 解析：选C　由核反应质量数守恒和核电荷数守恒可知X为H，设H的核子平均质量为m，由爱因斯坦质能方程得(3m＋2.0136－4.0026－1.0087)×931MeV＝17.6MeV 解得m＝1.0055u ABD错误，C正确。故选C。 8.我国自主研发的“玲珑一号”是全球首个陆上商用小型核反应堆。“玲珑一号”的体积小，高仅十四米、宽十米，但功率强，电功率达到了一百二十七兆瓦，未来或将应用于我国的核动力航母。“玲珑一号”中核反应方程主要是U＋n→Ba＋Kr＋3n＋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．U核的比结合能小于Ba核的比结合能 C．该核反应需要浓缩铀和快中子 D．中子轰击U，一定能发生链式反应 解析：选B　A．该核反应属于核裂变反应，不属于核聚变反应，故A错误； B．核裂变过程，由于核力做正功释放核能，因此Ba核的比结合能比U核的比结合能要大，故B正确； C．核裂变反应需要浓缩铀和慢中子，故C错误； D．中子从铀块中通过时，必须是慢中子，且铀块的体积必须超过临界体积，才能发生链式反应，故D错误。 故选B。 9.2022年8月9日，中核集团漳州核电2号机组反应堆压力容器顺利吊装就位，向投产发电迈出了重要一步，该核电项目投产后核反应堆中存在如下核反应，U＋n→Ba＋Kr＋3n，则(　　) A．该反应为核聚变反应 B．该核反应过程没有质量亏损 C．该核反应方程式中A＝144 D．U的质子数是235，中子数是92 解析：选C　A．该反应为核裂变反应，A错误； B．核裂变会产生大量能量，则该核反应过程发生质量亏损，B错误； C．根据质量数相同235＋1＝A＋89＋3 解得A＝144　故C正确； D．U的质子数是92，核子数为235，则中子数为143，D错误。故选C。 二、多项选择题（本题共5小题，每小题4分，共计20分，每小题有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分） 10.日本东部海域9.0级大地震所引发的福岛核电站泄漏事故，让全世界都陷入了恐慌。下列关于核辐射说法正确的是(　　) A．核泄漏中放射性物质都是天然放射性元素 B．放射性辐射对人类不一定都是有害的 C．α、B、γ三种射线中只有γ射线是不带电的 D．可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性元素衰变的快慢 解析：选BC　A．核泄漏中放射性物质有的是人工合成的放射性同位素，并非都是天然放射性元素，故A错误； B.合理应用放射性辐射可以造福人类，如示踪原子、人工育种等，并非都是有害的，故B正确； C．α射线带正电，β带负电，γ是高频电磁波不带电，故C正确； D．放射性衰变的快慢即半衰期是由元素本身决定的，与外部环境无关，故D错误。 故选BC。 11.中子活化是指将样品用中子照射后，样品中的原子经中子俘获而变得具有放射性的过程。俘获中子后的原子核通常会立即衰变，释放出粒子同时生成新的活化产物。Mg经中子n照射后发生反应，最终生成Na并释放一粒子X，若n、Mg、Na和X的质量分别为1.0087 u、23.9850 u、23.9910 u、1.0078 u、1u相当于931.5 MeV，下列说法正确的是(　　) A．反应方程式： n＋Mg→Na＋e B．Mg具有放射性，能衰变成Na和X C．生成物的质量减少0.0051 u D．反应将吸收能量约4.75 MeV 解析：选BD　A．反应方程式为 n＋Mg→Na＋H 故A错误； B．由题意知，Mg俘获中子后，生成的Mg具有放射性，故B正确； C．反应前后生成物质量变化为Δm＝23.9910 u＋1.0078 u－1.0087u－23.9850 u＝0.0051 u 说明生成物的质量增加0.0051 u，故C错误； D．生成物的质量增加，所以吸收的能量为 E＝Δm×931.5MeV＝4.75065 MeV 故D正确。 故选BD。 12.原子能电池是利用放射性同位素衰变过程释放的热能转换成电能，具有尺寸小、重量轻、性能稳定可靠、工作寿命长、环境耐受性好等特点，能为空间及各种特殊恶劣环境条件下的自动观察站或信号站等提供能源。其中Sr是原子能电池的放射源之一，会发生β衰变，半衰期为28.5年。Sr主要来源于U的裂变，其核反应方程为U＋n→Sr＋Xe＋2n。下列说法中正确的是(　　) A．U的平均结合能比裂变产物Xe的平均结合能小 B．Sr的β衰变方程为Sr→＋Y＋e C．Sr衰变产生的β射线是其核外电子吸收能量后跃迁产生的 D．密闭容器中装有1gSr，经过28.5年容器中剩余物质质量为0.5g 解析：选AB　A．该裂变反应放出能量，则U的平均结合能比裂变产物Xe的平均结合能小，A正确； B．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，Sr的β衰变方程为 Sr→＋Y＋e B正确； C．Sr衰变产生的β射线是其核内的中子转化为质子时放出的电子，C错误； D．1 g的Sr经过28.5年后，有0.5 g的Sr发生衰变转化为其他元素，并没有消失，故剩余物质质量大于0.5 g，D错误。 故选AB。 13.2021年12月中国科学院等离子体物理研究所发布了一条核聚变领域的突破性消息：EAST全超导托卡马克装置（东方超环）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。在聚变反应中，一个氘核（H）和一个氚核（H）结合为一个氦核（He），并放出一个X粒子，同时释放能量，关于核聚变下列说法正确的是(　　) A．X粒子是中子 B．高温剧烈的热运动使原子核有足够的动能克服库仑斥力发生聚变 C．氚核的比结合能大于氦核的比结合能 D．若该装置每秒释放的能量为4×108J，则每秒参与反应的氘核和氚核质量约为4.4×10-9kg 解析：选AB　A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，即X为中子，A正确； B．热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，故B正确； C．氚核的比结合能小于氦核的比结合能，C错误； D．由质能方程得核聚变每秒损失的质量约为 Δm＝＝≈4.4×10-9kg 则每秒参与反应的氘核和氚核质量大于4.4×10-9kg，D错误。 故选AB。 14.放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，例如氡222经过一次衰变成为钋218，如图所示。结合这些信息可以判定下列说法正确的是(　　) A.若氡222衰变为钋218，衰变方式为α衰变 B．若氡222衰变为钋218，衰变方式为β衰变 C．当已生成的钋218数量是氡222剩余数量的7倍时，氡222衰变所经历时间为11.4天 D．20个氡222原子核在经过一个半衰期后，一定还剩10个 解析：选AC　AB.氡原子序数为86，钋原子序数为84，根据质量数守恒、电荷数守恒，氡222衰变为钋218，放出粒子质量数为4，电荷数为2，为α粒子，衰变方式为α衰变，故A正确，B错误； C．由图像知，当＝时，经历的时间为一个半衰期，则氡222半衰期为τ＝3.8天 当已生成的钋218数量是氡222剩余数量的7倍时，即已经衰变的氡222是氡222剩余数量的7倍，此时＝ 根据m＝m0（）　解得t＝11.4天故C正确； D．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。 故选AC。 三、计算题（本题共4小题，共53分。解答应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） 15.（11分）氢4是氢的一种同位素，在实验室里，用氘核（H）轰击静止的氚核生成氢4的原子核。已知H、H的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，方向相同： (1)请写出合成H的核反应方程式，并求出反应后生成的另一粒子的动量大小； (2)氘原子的能级与氢原子类似，已知其基态的能量为E1，量子数为n的激发态能量En＝，普朗克常量为h。则氚原子从n＝3跃迁到n＝1的过程中，辐射光子的频率v为多少？ 解析：(1)由质量数守恒与核电荷数守恒可知，核反应方程式为H＋H→H＋H 核反应过程动量守恒，取H的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得 m1v1＝m2v2＋p 解得另一粒子的动量大小为p＝m1v1－m2v2 (2)由波尔原子理论可知，氘原子跃迁过程中有hv＝－E1 解得光子的频率v＝－ 答案：(1) H＋H→H＋H；p＝m1v1－m2v2 (2)v＝－ 16.（12分）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu。 (1)写出Pu发生α衰变的核反应方程。 (2)Pu的半衰期是87.7年，大约要经过多少年会有87.5%的原子核发生衰变？ 解析：(1)根据电荷数和质量数守恒得到衰变方程为Pu→He＋U (2)半衰期为87.7年，根据m＝m0（） 其中m0为衰变前的质量，m是衰变后剩余质量，有87.5%的原子核衰变，剩余质量为m＝0.125m0 可得t＝263.1年 答案：(1) Pu→He＋U (2) t＝263.1年 17.（14分）H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665.1u相当于931.5MeV，c为光速，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，则： (1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程。 (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果释放的核能是以射出2个相同光子的形式释放，则每个光子的频率是多少？ 解析：(1)核反应方程式是H＋2n→H (2)反应前各核子总质量为 mp＋2mn＝1007277u＋2×1.008665u＝3.024607u 反应后新核的质量为mH＝3.016050u 质量亏损为Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u 释放的核能为ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5Mev＝0.08557×931.5Mev＝7.97MeV 氚核的结合能即为ΔE＝7.97MeV 它的比结合能为 ＝2.66MeV (3)由题意可知ΔE＝2hν 放出光子的频率为 ν＝＝Hz＝9.6×1020Hz 答案：(1) H＋2n→H　(2)7.97MeV　2.66MeV　(3)9.6×1020 Hz 18.（16分）太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个He生成一个C，瞬间释放大量的核能。已知C的质量是mc＝12.0000u，He的质量是mHe＝4.0026u，1uc2＝931.5MeV，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字） (1)写出氦闪时的核反应方程式； (2)计算一次氦闪过程释放的能量； (3)求4 kg的He发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知1kg的标准煤燃烧释放的能量约为2.9×107J，1MeV＝1.6×10-13 J。 解析：(1)核反应方程为3He→C (2)由题可知，在此核反应的瞬间会释放大量的的核能，所以这个核反应瞬间会有质量亏损。那么氦闪过程中质量亏损Δm＝3mHe－me＝0.0078u 由爱因斯坦质能方程E＝mc2 得，释放的能量为ΔE＝Δmc2 解得ΔE＝7.27MeV (3)设4kg的He的物质的量为n， 则n＝ M＝4g/moL 设4kg的He中含有He的个数为N， 则N＝nNA NA＝6.02×1023 结合核反应方程，反应释放总能量为 E＝·ΔE 设对应标准煤的质量为m0， 则m0＝ 联立解得m0＝8.05×106 kg 答案：(1)3He→C　(2)ΔE＝7.27 MeV (3)m0＝8.05×106 kg 学科网（北京）股份有限公司 $