第五章 原子核 单元测试 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第五章综合测试 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 一、 单项选择题 1 (2025镇江开学考试)某种微型核电池利用镅243(Am)的衰变进行发电，Am的衰变方程为 Am→Np＋X，则X表示(　　) A. α粒子 B. 质子 C. 电子 D. 中子 2 (2025宿迁模拟)太阳中存在一种核反应H＋H→He＋X，下列说法正确的是(　　) A. He中有两个中子 B. He中有四个中子 C. X为质子 D. X为电子 3 (2023镇江模拟)人工放射性原子核P衰变时的核反应方程为P→Si＋X，同时放出γ射线，下列说法正确的是(　　) A. X是正电子e B. P的结合能大于Si的结合能 C. γ射线由原子核P释放 D. γ射线在真空中的速度可达0.99c 4 (2025宿迁模拟)恒星内部发生多种“氦燃烧”核反应，其中一种核反应方程为He＋He→Be＋γ，Be不稳定，其半衰期为T，则下列说法正确的是(　　) A. Be的衰变需要外部作用激发才能发生 B. 经过2T，剩下的Be粒子占开始时的 C. A＝8 D. 该核反应类型为人工转变 5 (2023宿迁期末)磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子．将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中．如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为(　　) A. 28天 B. 14天 C. 7天 D. 3.5天 6 (2025苏州模拟)目前放射性元素镅应用广泛，是火灾自动报警器等设备内重要的放射源，其衰变方程为Am→Np＋X＋γ，已知Am核的质量为m1，Np核的质量为m2，X的质量为m3，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　) A. Am的比结合能小于Np的比结合能 B. Am的结合能为(m1－m2－m3)c2 C. X为α粒子，钼的衰变会随环境温度降低逐渐变慢 D. 衰变后Np核外电子处于高能级，向低能级跃迁发出γ射线 7 (2024盐城模拟预测)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 8 (2024南通模拟)核污染水中的放射性元素锶(Sr)会发生β衰变，半衰期为28.8年，则(　　) A. β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 B. 海水稀释不能改变锶的半衰期 C. 秋冬气温逐渐变低时，锶的衰变速度会变慢 D. 经过约57.6年，核污染水中的锶(Sr)将全部衰变结束 9 (2025扬州模拟)黄旭华院士团队成功研制了我国第一代核潜艇，为我国核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献，他曾说：“自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路．”潜艇的核反应堆的某种核反应方程式为U＋n→Xe＋X＋10n，下列说法中正确的是(　　) A. 原子核X有38个质子，90个中子 B. 该核反应发生前、后原子核的总质量保持不变 C. U的比结合能小于Xe的比结合能 D. U的核子数比Xe的核子数多，核力使U结合得比Xe更稳定 10 (2025盐城模拟预测)如图所示，碘131治疗通常用于甲状腺功能亢进症．碘131的衰变是β衰变，半衰期是8天，碘131治疗以后，不能够和他人一米以内的近距离接触，一般要经过4个半衰期才可以与儿童、孕妇接触．下列说法中正确的是(　　) A. β射线不能穿透皮肤 B. 碘131衰变时仅放出β射线 C. 碘131在4个半衰期中衰变了治疗所用质量的 D. 碘131衰变产生的新核的比结合能比碘131的大 11 (2024南京模拟)近期，江南造船集团发布我国首艘熔盐堆核动力集装箱船的设计方案，如图所示，其涉及的核反应包含Th(钍)衰变为Pa(镤)，下列关于此衰变说法正确的是(　　) A. 衰变方程为Th→Pa＋e B. 衰变产生的新核的比结合能变小 C. 衰变放出的电子来自于原子的核外电子 D. 随着反应堆温度升高，会加快钍核的衰变 二、 非选择题 12 在正负电子对撞机中，一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对γ光子．设正、负电子的质量在对撞前均为m，对撞前的动能均为Ek，光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h. (1) 求出电子的物质波波长，写出反应方程式； (2) 求γ光子的频率． 13 (2025常州一模)一个氘核(H)与一个氚核(H)聚合成一个氦核(He)的同时放出一个粒子，释放17.6 MeV的能量，不计生成物的动能．已知氘核、氚核的比结合能分别为1.09 MeV、2.78 MeV. (1) 请写出核反应方程； (2) 求氦原子核的比结合能． 14 (2025宿迁阶段测试)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电(PuO2中的Pu是Pu).已知Pu衰变后变为U和一个X粒子．若静止的Pu在磁感应强度大小为B的匀强磁场中发生衰变，衰变后产生的两粒子速度方向相反并与匀强磁场的方向垂直，其中X粒子的速度大小为v.已知X粒子的质量为m，电荷量为q，衰变释放的能量全部转化为两粒子的动能，光在真空中的传播速度为c. (1) 写出Pu发生衰变的核反应方程； (2) 求U与X粒子做圆周运动的周期之比； (3) 求该核反应释放的能量和质量亏损． 15 我国首艘攻击核潜艇，代号091型，西方称其为汉级攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，如图所示，用一个动能约为0.025 eV的热中子(慢中子)轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和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，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其他铀235.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．试求：(可能用到的数据lg 7≈0.845、lg ≈－0.072 6) (1) 核反应方程式； (2) 一个动能为E0＝1.75 MeV的快中子与静止的碳原子碰撞一次后损失的动能为原来动能的多少倍；(结果保留三位有效数字) (3) 一个动能为E0=1.75 MeV的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次,才能减速成为慢中子? 1. A　由电荷数守恒得95＝93＋a，由质量数守恒的243＝239＋b，解得a＝2，b＝4，所以X的电荷数为2，质量数为4，X为α粒子．故A正确． 2. A　由于He的质子数为2，质量数为4，则中子数为2，故A正确，B错误；根据核反应前后质量数、电荷数守恒可得，X的电荷数是0，质量数为1，所以X为中子，故C、D错误． 3. A　由核衰变前后的电荷数与质量数守恒可得，X的电荷数为15－14＝1，X的质量数为30－30＝0，则X是正电子e，故A正确；生成的 Si的比结合能大于 P，核子数相同，所以 P的结合能小于 Si的结合能，故B错误；衰变过程产生的γ光子是从新核中放出的，不是 P核释放的，是由衰变形成的Si 核释放的，故C错误；γ射线是电磁波，γ射线在真空中的速度等于光速，故D错误． 4. C　原子核的衰变是由于其不稳定导致的自发过程，不需要外部作用激发也可以发生，故A错误；经过2T，剩下的Be粒子占开始时的 ，故B错误；根据核反应方程和质量数守恒可知A＝8，故C正确；该核反应类型为恒星内部的核聚变反应，不属于人工转变，故D错误． 5. B　根据题意，设开始磷31和磷32的质量均为m，衰变后磷32的质量为m′，则有 ＝20%，解得m′＝m，可知，磷32经过了2个半衰期，则磷32的半衰期为14天．B正确． 6. A　比结合能也叫平均结合能，比结合能越大原子核越稳定，故A正确；根据质能方程可知ΔE＝(m1－m2－m3)c2，该能量为衰变释放的能量，不是Am的结合能，故B错误；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Am→Np＋He＋γ，所以X为α粒子，半衰期与原子所处环境无关，温度变化不会改变原子核的半衰期，故C错误；衰变后Np核处于高能级，向低能级跃迁发出γ射线，故D错误． 7. C　由电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变Ac→Fr＋He，第二次衰变Fr→At＋He可知，两次均为α衰变，A错误，C正确；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，B错误；半衰期与外界环境无关，与所处状态无关，D错误． 8. B　β衰变的本质是原子核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，A错误；半衰期由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，B正确，C错误；半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间，经过57.6年，即两个半衰期，剩余锶为原来的四分之一，并没有完全衰变完，D错误． 9. C　根据反应方程满足质量数和电荷数守恒可知，原子核X的质量数为90，电荷数为38，则原子核X有38个质子，52个中子，故A错误；核裂变过程释放能量，所以存在质量亏损，则该核反应发生前原子核的总质量大于发生后原子核的总质量，故B错误；核裂变过程释放能量，反应后的原子核比反应前的原子核更稳定，原子核的比结合能越大，原子核更稳定，则U的比结合能小于Xe的比结合能，Xe比U更稳定，故C正确，D错误． 10. D　由题意，可知β射线能穿透皮肤，故A错误；碘131的衰变是β衰变，衰变时除放出β射线外，同时伴随着释放γ射线，故B错误；根据半衰期定义，可知碘131在4个半衰期中衰变了治疗所用质量的1－＝，故C错误；衰变是原子核从不稳定衰变为较为稳定的新核，所以碘131衰变产生的新核的比结合能比碘131的大，故D正确． 11. A　衰变的方程为Th→Pa＋e，A正确；衰变时放出核能，产生的新核的比结合能变大，B错误；衰变辐射出的电子来自于中子转变为质子时释放出的电子，C错误；外部条件无法改变半衰期，D错误． 12. (1) 根据Ek＝mv2， 有v＝， 故λ＝＝. 反应方程式为e＋e→2γ. (2) 由能量守恒定律有2Ek＋2mc2＝2hν， 解得ν＝. 13. (1) 根据质量数守恒、核电荷数守恒规律可知，该核反应方程为H＋H→He＋n. (2) 设氘核比结合能为E1，氚核比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，释放的能量为ΔE，由能量守恒定律可得 2E1＋3E2＋ΔE＝4E3， 代入数据可得氦原子核的比结合能为 E3＝7.03 MeV. 14. (1) 根据质量数与电荷数有 238－234＝4，94－92＝2， 可知，X是氦核，Pu的衰变方程为 Pu→U＋He. (2) 两粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有qvB＝，T＝， 解得T＝， 其中q1＝46q，q2＝q，m1＝m，m2＝m， 解得T1∶T2＝117∶92. (3) 根据动量守恒定律可知，静止的Pu发生α衰变生成的α粒子和U粒子动量大小相等，方向相反，即有mv＝m1v1， 其中m1＝m， 解得v1＝， 根据能量守恒释放的核能有 ΔE＝mv2＋m1v＝mv2， 根据质能方程ΔE＝Δmc2， 解得Δm＝. 15. (1) 根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程式为 U＋n→Ba＋Kr＋3n. (2) 设中子和碳核的质量分别为m和M，碰撞前中子的速度为v0，碰撞后中子和碳核的速度分别为v和v′，因为碰撞是弹性碰撞，所以在碰撞前后，动量和机械能均守恒，又因v0、v和v′沿同一直线，故有mv0＝mv＋Mv′， mv＝mv2＋Mv′2， 联立解得v＝v0， 因M＝12m， 代入上式解得v＝－v0， 所以E1＝mv2＝(－)2E0＝E0， ＝≈0.284. (3) 第一次碰撞后E1＝(－)2E0， 那么设经过2 、3 、4…n次碰撞后，中子的能量依次为E2 、E3 …En ，则有 E2＝(－)2E1＝(－)4E0， E3＝(－)6E0， … En＝(－)2nE0， 所以 n＝＝＝＝≈54. 学科网（北京）股份有限公司 $