单元检测卷(五) 原子核-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

单元检测卷(五)　原子核 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1.下列关于人类对原子核的研究探索过程中的说法正确的是(　　) A.J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是原子核中的中子变为质子时产生的β射线 B.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核有复杂的结构 C.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 D.查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了质子 答案：C 解析：J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是带负电的粒子，且质量非常小，但并未发现该射线是中子变为质子时产生的β射线，故A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，但他没有揭示原子核有复杂的结构，故B错误；玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故C正确；查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了中子，故D错误。 2.(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X＋NY＋O、YLi2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　) A.Z＝1，A＝1 B.Z＝1，A＝2 C.Z＝2，A＝3 D.Z＝2，A＝4 答案：D 解析：设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的质量数和电荷数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的质量数和电荷数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4。故选D。 3.(2024·浙江6月选考)发现中子的核反应方程为BeXn，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为PuU＋Y，下列正确的是(　　) A.核反应方程中的X为C B.衰变方程中的Y为He C.中子n的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量 答案：A 解析：根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，X为C，Y为He，故A正确，B错误；中子的质量数为1，故C错误；衰变过程中质量亏损，释放能量，故D错误。 4.“中国环流三号”是我国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，由于可控核聚变能源产生能量的原理与太阳发光发热的原理一样，它也被称为新一代“人造太阳”。关于核聚变反应，下列说法正确的是(　　) A.核聚变反应原理简单，比核裂变反应容易实现 B.两个轻核结合成质量较大的核，原子核的比结合能增加 C.太阳目前正在进行的核反应既有核聚变反应，也有核裂变反应 D.核聚变反应的核反应方程可能是HHHe＋n 答案：B 解析：核聚变反应原理简单，但需要极高的温度，所以比核裂变反应更难实现，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，原子核的结合能增加，核反应过程中核子数不变，所以原子核的比结合能增加，故B正确；太阳目前正在进行的核反应是核聚变反应，故C错误；核反应方程应遵循质量数守恒和电荷数守恒，故D错误。 5.核污水中含有多种放射性成分，其中有一种难以被清除的同位素氚含量非常高。氚H发生β衰变后转变成稳定的氦He，氚H半衰期为12.5年，下列说法正确的是(　　) A.β衰变说明原子核内存在电子 B.经过50年，氚H含量为初始的 C.通过升高海水温度可以改变氚H的半衰期 D.氚H衰变的本质是由弱相互作用引起的中子转变为质子并释放出电子 答案：D 解析：β衰变中原子核内一个中子转化为一个质子的同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，原子核内并不存在电子，故A错误；依题意，氚核经过50年即4个半衰期，则剩余氚核为m余＝m0＝m0，可知氚H含量为初始的，故B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，所以升高海水温度不会改变氚H的半衰期，故C错误；弱相互作用是引起β衰变的原因，所以氚H衰变的本质是由弱相互作用引起的中子转变为质子并释放出电子，故D正确。故选D。 6.(2025·山东威海市高二联考)已知Th半衰期为1.2 min，其衰变方程为ThPa＋X＋ΔE，X是某种粒子，ΔE为释放的核能。真空中光速为c，用质谱仪测得Th原子核质量为m。下列说法正确的是(　　) A.Th发生的是α衰变 BPa与X原子核的质量和等于m C.100个Th原子核经过2.4 min，一定有75个发生了衰变 D.若中子质量为mn，质子质量为mp，则Th核的比结合能为 答案：D 解析：根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，X是e，发生的是β衰变，A错误；衰变的过程中有质量亏损，故Pa与X原子核的质量和小于m，B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不成立，C错误；若中子质量为mn，质子质量为mp，则Th核的比结合能为＝＝，D正确。故选D。 7.一个静止的放射性同位素的原子核P衰变为Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核Th衰变为Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是(　　) A.电子PaSi、正电子 BPa、电子、正电子Si CSi、正电子、电子Pa D.正电子SiPa、电子 答案：B 解析P的衰变方程为PSie(正电子)，产生的两个粒子都带正电，径迹是外切圆，由动量守恒及r＝可知，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是SiTh的衰变方程为ThPae(电子)，产生的两个粒子一个带正电，一个带负电，径迹是内切圆，同理可知，1是Pa，2是电子，故B正确。 8.(2025·江苏徐州高二期末)如图为原子核的比结合能图像，下列说法正确的是(　　) A.He的比结合能比Li小 BHe的结合能约为14 MeV CC的结合能等于He结合能的三倍 DU的结合能比Ba大，但是Ba更稳定 答案：D 解析：由题图可知He的比结合能比Li大，故A错误He的比结合能约为7 MeV，则He的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，故B错误；由题图可知C的比结合能大于He的比结合能，而C的核子数是He的核子数的3倍，则C的结合能一定大于He结合能的三倍，故C错误U的结合能比Ba大，但是U的比结合能比Ba的比结合能小Ba更稳定，故D正确。 二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 9.氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。已知Rn的半衰期约为3.8天。则(　　) A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B.经过15.2天，16 g的Rn衰变后还剩1 g未衰变 CRn发生一次α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2 D.一个U原子核衰变为一个Rn原子核的过程中，发生β衰变的次数为2次 答案：BCD 解析：半衰期由原子核自身决定，与温度等外界因素无关，故A错误；经过15.2天，即4个半衰期，16 g的Rn衰变后还剩的原子核没有衰变，即还剩1 g的Rn没有衰变，故B正确；原子核经过一次α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，中子数减少2，故C正确；一个U原子核衰变为一个Rn原子核的过程中，质量数减少16，发生了4次α衰变，电荷数减少6，则发生β衰变的次数为2次，故D正确。 10.(2025·安徽巢湖市高二联考)医学上，放射性同位素电池已广泛应用于心脏起搏器和人工心脏中，某植入人体的微型核电池内部装有150 mg钚Pu)，体积仅18 mm3。已知钚238的半衰期为88年，钚238衰变时放出α射线和γ射线，生成新核X，若钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，则下列说法正确的是(　　) A.经过两个半衰期，150 mg钚全部发生衰变 B.钚238以不同化合物形态存在时，其半衰期可能发生变化 C.该核反应中释放的能量为(m1－m2－m3)c2 D.新核X的中子数为142 答案：CD 解析：经过两个半衰期，剩余钚的质量为m＝m0＝m0＝37.5 mg，故A错误；半衰期与元素所处的化学状态无关，只由元素本身决定，故B错误；该反应的质量亏损Δm＝m1－m2－m3，由质能方程可知释放的能量为(m1－m2－m3)c2，故C正确；根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒得X的质量数A＝238－4＝234，质子数Z＝94－2＝92，所以中子数n＝234－92＝142，故D正确。故选CD。 11.某核电站建设了两台125万千瓦的核电机组。已知U在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，mU＝235.043 9 u，mn＝1.008 7 u，mSr＝89.907 7 u，mXe＝135.907 2 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，NA＝6.02×1023 mol－1，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，铀235的摩尔质量为235 g/mol，铀矿石中U的含量为3％。下列说法正确的是(　　) A.该核反应方程为USrXe＋n B.一个铀核裂变放出的能量约为140 MeV CU的比结合能比Sr和Xe的都大 D.该核电站一年消耗铀矿石约46吨 答案：BD 解析：中子轰击U发生核裂变，该核反应方程为UnSrXe＋1n，故A错误；裂变过程的质量亏损Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.150 7 u，释放的能量ΔE＝0.150 7×931.5 MeV≈140 MeV，故B正确U裂变生成Sr和Xe，生成物比反应物更稳定，比结合能越大原子核越稳定，则可知U的比结合能比Sr和Xe的都小，故C错误；该核电站一年的发电量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60 J＝7.884×1016 J，由E＝NΔE＝NAΔE可得m＝，代入数据解得m≈46 t，故D正确。故选BD。 12.(2025·河北邯郸市高二联考Cu原子核静止时有19％的可能发生β＋衰变，方程为CuNie(正电子)，并放出能量为Eγ的γ光子。已知Cu和e的质量分别为m1、m2和m3，衰变放出光子的动量可忽略，该过程释放的核能除去γ光子的能量Eγ外全部转化为Ni和e的动能。在匀强磁场中衰变产生的Ni和e，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，光在真空中的速度为c，则下列说法正确的是(　　) A.Ni和e在磁场中做匀速圆周运动的轨迹为内切圆 BNi的比结合能大于Cu的比结合能 C.生成物的总动能为Ek＝(m1－m2－m3)c2－Eγ D.Ni的动能为EkNi＝[(m1－m2－m3)c2－Eγ] 答案：BC 解析Cu原来静止，由动量守恒可知Ni和e速度方向相反，又二者电性相同，故两粒子在同一匀强磁场中运动轨迹外切，故A错误；由于衰变时放出核能，比结合能增大，所以Ni的比结合能大于Cu的比结合能，故B正确；由能量守恒可知E＝Ek＋Eγ，由爱因斯坦质能方程可知E＝(m1－m2－m3)c2，解得Ek＝(m1－m2－m3)c2－Eγ，故C正确；根据动量守恒定律有0＝m2vNi＋m3ve，Ek＝EkNi＋Eke＝m2＋m3，联立可得EkNi＝，故D错误。故选BC。 三、非选择题(本题共3小题，共44分) 13.(12分)(2025·河北唐山市高二月考)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代。 (1)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CC很不稳定，易发生β衰变，其半衰期为5 730年。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)若测得一古生物体遗骸中C含量只有活体中的6.25％，则此遗骸的年代约有多少年？ 答案：(1) NnCHCNe 　(2)22 920年 解析：(1)根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒可得NnCHCNe 由爱因斯坦质能方程可得E＝Δmc2 解得Δm＝。 (2)由题知古生物体遗骸中C含量只有活体中的6.25％，即＝6.25％ 又m余＝m0 代入数据解得n＝4 则有t＝4T＝4×5 730年＝22 920年。 14.(16分U受中子轰击发生裂变，产生Ba和Kr，同时释放200 MeV的能量。现要建设一座1.0×106 kW的核电站，用铀235作为核燃料。 (1)写出核反应方程式； (2)假设核裂变释放的能量40％被用来发电，则该核电站每天需要纯铀235的质量是多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol－1，e＝1.6×10－19 C，铀235的摩尔质量为235 g/mol，结果保留两位小数) 答案：(1UnBaKr＋n (2)2.63 kg 解析：(1)根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程式为UnBaKr＋n。 (2)由题可得，每天需要的电能为E＝Pt＝1.0×106×103×24×3 600 J＝8.64×1013 J 则每天核裂变需要释放的总能量为E总＝＝2.16×1014 J 需要裂变的铀原子数目为n＝＝＝6.75×1024 则该核电站每天需要纯铀235的质量为m＝M＝×235×10－3 kg≈2.63 kg。 15.(16分)(2025·河南郑州市高二检测)原子核的衰变过程遵守一系列的守恒定律，如电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒和能量守恒等，利用磁场研究原子核衰变是一种常用的方法，可以研究各种基本粒子的性质。现有一个在匀强磁场中原来速度几乎为0的放射性原子核W衰变为两个粒子A和B，衰变后粒子A和B运动速度方向和磁场方向垂直，粒子A和B均做匀速圆周运动。已知粒子A和B的电荷数之比与质量数之比分别为qA∶qB＝1∶45，mA∶mB＝2∶117。已知该衰变过程中的质量亏损为Δm，光速为c，设该衰变过程释放的核能都转化为粒子的动能。 (1)该衰变为α衰变还是β衰变？衰变后两个粒子形成的运动轨迹是外切圆还是内切圆？ (2)求粒子A和B做匀速圆周运动的半径之比。 (3)求粒子A的动能EkA。 答案：(1)α衰变　外切圆　(2) 45∶1　(3) Δmc2 解析：(1)由于β粒子的质量数为零，所以根据质量数之比为mA∶mB＝2∶117，可判断该衰变为α衰变，衰变后两个粒子形成的运动轨迹是外切圆。 (2)根据洛伦兹力提供向心力可得qvB＝m 解得r＝ 根据动量守恒定律可知，二者的动量大小相等，所以rA∶rB＝qB∶qA＝45∶1。 (3)由动能和动量的关系Ek＝ 可得＝ 衰变后总动能Ek＝Δmc2＝EkA＋EkB 可得EkA＝Ek＝Δmc2。 学科网（北京）股份有限公司 $