单元检测卷(五) 原子核与核能-【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（鲁科版）

单元检测卷(五)　原子核与核能 (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10小题，每小题3分，共30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．关于核力与结合能，下列说法正确的是(　　) A．比结合能越大表示原子核中核子结合得越松散，原子核越不稳定 B．核力与万有引力性质相同 C．核力只存在于原子核的核子之间 D．核子数越多，原子核越稳定 答案：C 解析：比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项A错误；核力与万有引力性质不同，核力只存在于原子核的核子之间，而万有引力存在于宇宙万物之间，选项B错误，C正确；核子数越多，原子核不一定越稳定，应是比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误。 2．目前我国正在大力发展第四代核电反应堆技术，其中“快中子堆”技术发电的原理是：燃料发生裂变反应时放出来的高速中子(快中子)，被周围的吸收U吸收快中子后变成U发生β衰变变成，使得反应可以持续进行下去，则(　　) A．U经过2次β衰变后变成 B．Pu和中子数相同 C．β衰变放出的电子来自核外电子 D．将温度升高可缩短的半衰期 答案：A 解析：根据质量数和核电荷数守恒可知U经过2次β衰变生成，故A正确；比多两个质子，少两个中子，故B错误；β衰变放出的电子是原子核内中子转化为质子时放出的，故C错误；半衰期与温度无关，故D错误。故选A。 3．幽门螺杆菌可产生高活性的尿素酶，当病人服用碳14标记的尿素后，胃中的尿素酶可将尿素分解为氨和碳14标记的CO2，通过分析呼气中标记的CO2的含量即可判断患者胃中幽门螺杆菌的存在。半衰期是5 730年，而且大部分是β衰变，其衰变方程为―→X＋β。则下列说法正确的是(　　) A．原子核X为 B．β粒子来自于原子核X C．X和的中子数相同 D．含的化合物比单质衰变得可能慢些 答案：A 解析：原子核X的质量数为14，核电荷数为7，为，选项A正确；β粒子是原子核中的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；X的中子数为7,C的中子数为8，则中子数不相同，选项C错误；原子核所处的状态不影响半衰期，则含的化合物与单质衰变的速度相同，选项D错误。故选A。 4．我们所说的太阳中所发生的“氢聚变”的实际过程并不是氢原子核直接聚变为氦原子核，而是借助碳、氮、氧的原子核进行的，其具体反应过程为如图所示的六步循环，请根据六步循环图，判断下列说法正确的是(　　) A．X粒子是电子 B．Y粒子是正电子 C．六步循环的总核反应方程为 D．①处所发生的核反应方程为 答案：D 解析：反应生成的方程为e，故X为，A错误；反应生成的方程为He，故Y粒子为，B错误；六步循环的总核反应方程为，故C错误；①处反应生成的方程为，D正确。 5．中国原子能科学研究院作为我国最早研制和生产放射性同位素的单位，曾陆续研制开发出裂变钼99、氟18、碘125等多种主要医用同位素，以及锝99m发生器、碘131口服液、碘125粒子源等。其中钼99发生β衰变产生锝99m，碘125能发出γ射线，半衰期约为60天。下列说法正确的是(　　) A．医用同位素的周期越短越好 B．γ射线的穿透本领比α射线和β射线强 C．β射线的本质是核外电子脱离原子核形成的 D．100个碘125经过120天剩下25个 答案：B 解析：医用同位素的半衰期一般是几小时或几天，不能太短也不能太长，A错误；γ射线的穿透本领比α射线和β射线强，B正确；β衰变的本质是原子核中的一个中子变为一个质子和一个电子，并不是核外电子脱离原子核形成的，C错误；半衰期为统计规律，对少数原子核不适用，D错误。故选B。 6．2017年8月，位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功，获得中子束流，这标志着中国散裂中子源主体工程顺利完工，进入试运行阶段。对于相关研究，下列说法正确的是(　　) A．查德威克发现中子的方程式n中，x为4 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核裂变反应 C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．属于核聚变反应 答案：A 解析：在核反应中，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，x＋2＝6，故x＝4，故A正确；一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应，故B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，故C错误；属于核裂变反应，故D错误。 7．居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氡，氡会经呼吸道进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线。这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病。一质量为m的大理石含有某种半衰期为T的放射性元素X，经T时间后，这块大理石的质量变为m′。以下说法正确的是(　　) A．m′＝ B．在X原子核衰变时发生质量亏损，亏损的质量转化成能量释放出来 C．X原子核衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时只能放出一些特定频率的 γ射线 D．X原子核的比结合能大于其衰变后的新核的比结合能 答案：C 解析：大理石内放射性元素含量很少，质量亏损更小；大理石整体质量变化基本可以忽略不计，故A错误；核衰变时能量以光子的形式释放出来，故B错误；放射性的原子核在发生衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即γ射线，故C正确；衰变的过程中释放能量，可知生成的新核的比结合能大于衰变前原子核的比结合能，故D错误。 8．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是(　　) A.氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小 B．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线 C．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件有关 D．原子弹爆炸属于重核的裂变，其反应方程可以是n 答案：B 解析：氢原子放出一个光子，原子能量减小，根据k＝，得：mv2＝，电子的动能增大，电势能减小，故A错误；三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故B正确；天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程可以是：n，故D错误。 9．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的半衰期为24 100年，其衰变方程为He＋γ，下列有关说法正确的是(　　) A．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，穿透能力很强 B．X原子核中含有92个中子 C．8个经过24 100年后一定还剩余4个 D．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量不变 答案：A 解析：衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，选项A正确；根据电荷数守恒、质量数守恒可知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143，选项B错误；半衰期具有统计规律，只有对大量的原子核才适用，选项C错误；由于衰变时释放巨大的能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，选项D错误。 10．科研工作者常通过观察原子核在磁场中的运动轨迹来判断原子是否发生衰变以及衰变的性质。静止的原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图1所示；静止的原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图2所示。下列说法正确的是(　　) A．衰变后两个产物的动能相同 B．衰变后两个产物的动量相同 C．图1衰变为β衰变 D．图2中小圆的半径r1与大圆的半径r2的关系为r2＝46r1 答案：C 解析：Bi衰变后两个产物的动量大小相同，但两个产物的质量不相同，所以动能不相同，故A错误；衰变后两个产物的动量大小相同，但方向不同，故B错误；的衰变方程为e，题图1衰变为β衰变，故C正确；的衰变方程为He，衰变前后动量守恒，即m1v1＝m2v2，根据半径公式r＝，可知半径之比等于电荷量的反比，从而求出题图2中小圆的半径r1与大圆的半径r2的关系为r2＝45r1，故D错误。故选C。 二、多项选择题(本题共5小题，每小题5分，共25分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 11．新华社记者2016年11月2日从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院等离子体所承担的国家大科学工程“人造太阳”实验装置EAST在第11轮物理实验中再获重大突破，获得超过60秒的稳态高约束模等离子体放电。“人造太阳”的原理类似太阳内部的核聚变，关于人造太阳的相关知识，下列判断正确的是(　　) A．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放出一定频率的光子，太阳的能量来自这个过程 B．要使氢核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用，这需要非常高的温度 C．太阳内部大量氢核聚变成氦核，释放出巨大的能量 D．氘核和氚核可发生热核聚变，核反应方程是n 答案：BCD 解析：核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，而太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，又称热核反应，并不是核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放出来的能量，故A错误；要使氢核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用，故B正确；氢核聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量，故C正确；氘核和氚核可发生热核聚变，由质量数守恒和核电荷数守恒得，核反应方程是n，故D正确。 12．质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如是的“镜像核”，同样也是的“镜像核”，则下列说法正确的是(　　) A．N和互为“镜像核” B．N和互为“镜像核” C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子 D．核反应n的生成物中有α粒子，该反应是α衰变 答案：BC 解析：根据“镜像核”的定义N和互为“镜像核”，选项B正确，A错误；β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应n的生成物中虽有α粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误。 13.U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，判断下列说法正确的是(　　) A．图中a是84，b是206 B．比的比结合能大 C．②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的 D．②和③是同一种衰变 答案：ABD 解析：由核反应中质量数没变，可知①是β衰变，所以a＝84，由核反应中电荷数减少2，可知②是α衰变，所以b＝206，选项A正确，C错误；由衰变的过程知，比稳定，则比的比结合能大，选项B正确；由及a＝84知，③为α衰变，选项D正确。 14．我国自主研发的聚变－裂变混合反应堆的主体部分由“聚变堆芯”和“裂变包层”组成，“聚变堆芯”中氘、氚燃料发生可控热核聚变反应，输出大量高能中子，“裂变包层”中的在高能中子的作用下可转变为,经过两次衰变后可变成发生裂变反应能够稳定、可控地输出巨大的能量。1个核“捕捉”一个中子发生裂变反应，可产生两个新核X1、X2，同时产生x个中子。已知核、 X1核、X2核和中子的质量分别为m、m1、m2和mn，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是(　　) A．“聚变堆芯”中发生的核反应方程为n B．U衰变为Pu发生了2次β衰变 C．新核X1的比结合能小于核的比结合能 D．1个核发生裂变反应释放的能量ΔE＝－m2－(x－1)mn]c2 答案：BD 解析：核反应方程两边质量数不相等，故A错误；衰变为，衰变前后质量数没有变化，质子数增加了2，所以是发生了2次β衰变，故B正确；1个核“捕捉”一个中子发生裂变反应，可产生两个中等质量的原子核，反应后新核的比结合能都比大，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知ΔE＝[m－m1－m2－(x－1)mn]c2，故D正确。故选BD。 15．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量(取1 u＝×10-26 kg)，以下说法正确的是(　　) 粒子名称 质子(p) α粒子 正电子(e) 中子(n) 质量/u 1.007 3 4.002 6 0.000 55 1.008 7 A.核反应方程为 B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为0.025 5 kg　 C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为4.25×10-29 kg D．聚变反应过程中释放的能量约为3.8×10-12 J 答案：ACD 解析：太阳的能量来源是轻核的聚变，核反应方程为，故A正确；4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为0.025 5 u＝0.025 5××10-26 kg ＝4.25×10-29 kg，故B错误，C正确；聚变反应过程中释放的能量约为E＝Δmc2＝4.25×10-29×(3.0×108)2 J＝3.8×10-12 J，故D正确。 三、非选择题(本题共3小题，共45分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。) 16．(13分)一瓶无害放射性同位素溶液，其半衰期为2天，测得每分钟衰变6×108次。现将这瓶溶液倒入一水库中，6天后认为溶液已均匀分布在水库中，取1 L水测得每分钟衰变10次，则该水库蓄水量为多少？ 答案：7 500 m3 解析：半衰期为2天，6天有3个半衰期，6天后每分钟衰变次数为 N＝3N0＝×6×108＝7.5×107 1升水每分钟衰变N1＝10次，则水库蓄水量为 V＝V0＝×1×10-3 m3＝7 500 m3。 17．(15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。 (1)写出发生α衰变的核反应方程。 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？ 答案：(1)U　(2)263.1年 解析：(1)根据核电荷数和质量数守恒可得衰变方程为U。 (2)半衰期为87.7年，根据m＝ 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。 18．(17分)一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子。已知铀核的质量为 3.853 131×10-25 kg，钍核的质量为3.786 567×10-25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10-27 kg。 (1)在这个衰变过程中释放出的能量为多少？ (2)设上述衰变是在一半径为R＝0.2 m的圆形匀强磁场中发生的，且衰变前铀核静止于圆心，衰变后α粒子的运动方向与磁场方向垂直，衰变过程中释放出的能量全部转化为动能。欲使衰变产物钍核和α粒子均不飞出磁场区域，则该磁场的磁感应强度B至少为多大？(假设可忽略相对论效应，结果保留两位有效数字) 答案：(1)8.7×10-13 J　(2)3.3 T 解析：(1)衰变过程中释放出的能量为 ΔE＝Δmc2＝(3.853 131×10-25－3.786 567×10-25－6.646 72×10-27)×(3×108)2 J＝8.7×10-13 J。 (2)设钍核质量为M，速度大小为v1，α粒子的质量为m，速度大小为v，由动量守恒定律和能量守恒定律得mv＝Mv1 ΔE＝mv2＋Mv12 由上述两式解得α粒子的动能为 mv2＝ΔE 则v＝ ＝1.6×107 m/s α粒子与钍核在磁场中的运动轨迹如图所示， 由qvB＝m得r＝。 欲使α粒子和钍核均不飞出磁场则 r≤，解得B≥＝3.3 T。 学生用书第92页 学科网（北京）股份有限公司 $