寒假作业 第五章 原子核 （单元检测） 单元检测 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第三册

高中物理选择性必修第三册寒假作业 第五章《原子核》（单元检测）答案 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　) A.②来自原子核外的电子 B.①的电离作用最强，是一种电磁波 C.③的电离作用较强，是一种电磁波 D.③的电离作用最弱，是一种电磁波 答案　D 解析　①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，①射线是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，选项B错误；②射线的穿透能力较强，说明它是β射线，β射线是高速电子流，β射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，选项A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，③射线是γ射线，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故选项C错误，D正确。 2.用中子轰击氧原子核的核反应方程为O＋n→N＋X，对式中X、a、b的判断正确的是(　　) A.X代表中子，a＝17，b＝1 B.X代表电子，a＝17，b＝－1 C.X代表正电子，a＝17，b＝1 D.X代表质子，a＝17，b＝1 答案　C 解析　根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为e，即为正电子，故选项C正确，A、B、D错误。 3.氢原子的能级示意图如图所示，用光子能量为12.75 eV的一束光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是(　　) A.这些处于基态的氢原子会被电离 B.这些处于基态的氢原子会跃迁到n＝3能级 C.照射后可能观测到氢原子发射有3种不同波长的光 D.照射后可能观测到氢原子发射有6种不同波长的光 答案　D 解析　能量12.75 eV等于n＝1和n＝4间的能级差，故处于基态的氢原子吸收能量为12.75 eV的光子后，会跃迁到n＝4能级，不会被电离，A、B错误；照射后可能观测到氢原子发射C＝6种波长的光波，C错误，D正确。 4.关于核力，下列说法正确的是(　　) A.核力的作用范围只有约10－15 m B.核力本质上属于电磁相互作用 C.中子和中子之间不会有核力作用 D.核力减小是发生β衰变的原因 答案　A 解析　核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约10－15 m，A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，C错误；弱相互作用才是引起β衰变的原因，D错误。 6.元素钍Th的半衰期是24天，那么在经过了下列天数之后的情况是(　　) A.1 g钍234经过48天将全部衰变 B.1 g钍234经过48天，有0.25 g发生了衰变 C.1 g钍234经过48天，有0.75 g发生了衰变 D.在化合物中，钍234的半衰期比24天要短些，1 g钍234要完全衰变用不了48天 答案　C 解析　放射性元素衰变时可用下式计算剩下元素的质量m＝m0，n是半衰期的个数，利用上式计算可知C正确。 7.原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　　) A.He核比Li核更稳定 B.He核的结合能约为14 MeV C.两个H核结合成He核时吸收能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 答案　A 解析　比结合能越大，核越稳定，He核比Li核比结合能大，则更稳定，选项A正确；根据图像知He核的比结合能约为7 MeV，所以结合能ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故B错误；由题图可知H的比结合能约为1 MeV，则H核结合能为2 MeV，He核的比结合能为7 MeV，结合能为28 MeV，则两个H核结合成He核时放出能量，选项C错误；由题图图像可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，选项D错误。 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是(　　) A.a为α射线、b为β射线 B.a为β射线、b为γ射线 C.b为γ射线、c为α射线 D.b为α射线、c为γ射线 答案　BC 解析　由题图可知电场线方向向右，α射线带正电，所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电，所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电，不发生偏转，即b为γ射线。故选项B、C正确。 9.如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知(　　) A.若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量 B.若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量 C.若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定会释放能量 D.若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量 答案　AC 解析　D和E结合成F，核子平均质量减少，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故A正确，B错误；若A分裂成B和C，核子平均质量减少，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故C正确，D错误。 10.天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列论断中正确的是(　　) A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变 B.铅核比钍核少8个质子 C.β衰变所放出的电子来自原子核外轨道 D.钍核比铅核多24个中子 答案　AB 解析　由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为x＝＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足2x－y＝90－82＝8⇒y＝2x－8＝4。钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，D错误；β衰变所放出的电子来自原子核内n→H＋e，C错误，故A、B正确。 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11.在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应(衰变)方程的横线上。 (1)U→Th＋________； (2)Be＋He→C＋________； (3)Th→Pa＋________； (4)P→Si＋________； (5)U＋________→Sr＋Xe＋10n； (6)N＋He→O＋________。 答案　(1)He　(2)n　(3)e　(4)e　(5)n　(6)H 解析　在核反应(衰变)过程中，遵循电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反应的所有粒子用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。如(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(He)，同理确定其他粒子分别为：中子(n)，电子(e)，正电子(e)，中子(n)，质子(H)。 12.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)N＋n→C＋________； (2)N＋He→O＋________； (3)B＋n→________＋He； (4)Be＋He→________＋n； (5)Fe＋H→Co＋________。 答案　(1)H　(2)H，发现质子的核反应方程　(3)Li　(4)C，发现中子的核反应方程　(5)n 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。1 u相当于931.5 MeV的能量，求：(计算结果保留3位有效数字) (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 答案　(1)放出能量　7.97 MeV　(2)7.97 MeV 2.66 MeV　(3)1.92×1021 Hz 解析　(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是H＋2n→H 反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u 反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u 质量亏损为 Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量 释放的核能为ΔE＝0.00 855 7×931.5 MeV＝7.97 MeV。 (2)氚核的结合能为ΔE＝7.97 MeV，它的比结合能为＝2.66 MeV。 (3)放出光子的频率为ν＝＝ Hz＝1.92×1021 Hz。 14.(14分)氢原子内有一个氢原子核和一核外电子，电子和原子核都带一个元电荷，电子带负电，原子核带正电，电子质量为m，设电子绕原子核运动的轨道半径为r，求： (1)电子的运动周期； (2)电子的动能Ek； (3)等效电流的大小。 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)氢原子核对电子的库仑力提供了电子运动的向心力，k＝m，解得电子做匀速圆周运动的速度v＝e，电子做匀速圆周运动的周期T＝，联立得T＝。 (2)由(1)可知电子做匀速圆周运动的速度，故电子的动能Ek＝mv2＝。 (3)等效电流为I＝＝。 15.(17分)在用铀235作燃料的反应堆中，铀235核吸收一个动能约为0.025 eV的慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和2～3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将快中子减速，有一种减速的方法是用石墨(碳12)作减速剂。设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，没有机械能损失。 (1)求快中子与碳原子发生一次碰撞后的速度v与原来的速度v0的比值； (2)一个动能为E0＝2.5 MeV的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次，才能减速成为0.25 eV的慢中子？ 附部分常用对数 N 1.1 1.2 1.3 1.4 lg N 0.041 4 0.079 2 0.113 9 0.146 1 答案　(1)11∶13　(2)56次 解析　(1)设中子与碳核的质量分别为m和M，碰前中子速度为v0，碰后中子与碳核的速度分别为v和v′，碰撞前后动量、机械能均守恒 mv0＝mv＋Mv′ mv＝mv2＋Mv′2 由得v＝v0 因M＝12m，所以v＝－v0。 (2)经一次碰撞后中子的能量为E1＝mv2＝()2E0 经2，3，…，n次碰撞后中子的能量依次为E2，E3，…，En，即E2＝mv＝E0 En＝mv＝E0 n＝＝＝55.2 故快中子需要与静止的碳原子碰撞56次，才能减速成为0.025 eV的慢中子。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第三册寒假作业 第五章《原子核》（单元检测） 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　) A.②来自原子核外的电子 B.①的电离作用最强，是一种电磁波 C.③的电离作用较强，是一种电磁波 D.③的电离作用最弱，是一种电磁波 2.用中子轰击氧原子核的核反应方程为O＋n→N＋X，对式中X、a、b的判断正确的是(　　) A.X代表中子，a＝17，b＝1 B.X代表电子，a＝17，b＝－1 C.X代表正电子，a＝17，b＝1 D.X代表质子，a＝17，b＝1 3.氢原子的能级示意图如图所示，用光子能量为12.75 eV的一束光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是(　　) A.这些处于基态的氢原子会被电离 B.这些处于基态的氢原子会跃迁到n＝3能级 C.照射后可能观测到氢原子发射有3种不同波长的光 D.照射后可能观测到氢原子发射有6种不同波长的光 4.关于核力，下列说法正确的是(　　) A.核力的作用范围只有约10－15 m B.核力本质上属于电磁相互作用 C.中子和中子之间不会有核力作用 D.核力减小是发生β衰变的原因 6.元素钍Th的半衰期是24天，那么在经过了下列天数之后的情况是(　　) A.1 g钍234经过48天将全部衰变 B.1 g钍234经过48天，有0.25 g发生了衰变 C.1 g钍234经过48天，有0.75 g发生了衰变 D.在化合物中，钍234的半衰期比24天要短些，1 g钍234要完全衰变用不了48天 7.原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　　) A.He核比Li核更稳定 B.He核的结合能约为14 MeV C.两个H核结合成He核时吸收能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是(　　) A.a为α射线、b为β射线 B.a为β射线、b为γ射线 C.b为γ射线、c为α射线 D.b为α射线、c为γ射线 9.如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知(　　) A.若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量 B.若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量 C.若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定会释放能量 D.若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量 10.天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列论断中正确的是(　　) A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变 B.铅核比钍核少8个质子 C.β衰变所放出的电子来自原子核外轨道 D.钍核比铅核多24个中子 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11.在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应(衰变)方程的横线上。 (1)U→Th＋________； (2)Be＋He→C＋________； (3)Th→Pa＋________； (4)P→Si＋________； (5)U＋________→Sr＋Xe＋10n； (6)N＋He→O＋________。 12.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)N＋n→C＋________； (2)N＋He→O＋________； (3)B＋n→________＋He； (4)Be＋He→________＋n； (5)Fe＋H→Co＋________。 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。1 u相当于931.5 MeV的能量，求：(计算结果保留3位有效数字) (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 14.(14分)氢原子内有一个氢原子核和一核外电子，电子和原子核都带一个元电荷，电子带负电，原子核带正电，电子质量为m，设电子绕原子核运动的轨道半径为r，求： (1)电子的运动周期； (2)电子的动能Ek； (3)等效电流的大小。 15.(17分)在用铀235作燃料的反应堆中，铀235核吸收一个动能约为0.025 eV的慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和2～3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将快中子减速，有一种减速的方法是用石墨(碳12)作减速剂。设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，没有机械能损失。 (1)求快中子与碳原子发生一次碰撞后的速度v与原来的速度v0的比值； (2)一个动能为E0＝2.5 MeV的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次，才能减速成为0.25 eV的慢中子？ 附部分常用对数 N 1.1 1.2 1.3 1.4 lg N 0.041 4 0.079 2 0.113 9 0.146 1 学科网（北京）股份有限公司 $