第5章 原子核 B卷 素养提升卷-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂单元双测卷（人教版）

参考 11.CD[3射线是电子流，Y射线才是电磁波，选项A 错误：半衰期的意义只有对大量原子核所表现的统 计规律有意义，选项B错误；28U衰变成2Pb,质量 数减少了32，因此发生了婴-8次亲变a表变8次 则核电荷数要减少16，实际核电荷数减少10，因此发 生了16-10=6次3衰变，C正确：3衰变时所释放的 电子是原子核内的中子转化为质子时产生的， D正确.] 12.AD[氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸 收的能量不能小于其结合能2.2MeV,故A正确：光 子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为 零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成 的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零， 所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2， 2MeV,故D正确，B、C错误.] 13.解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程式 为He+8Ni→粥Cu+{H+X,即X是中子}n:目前 人类获得核能的主要方式是核裂变. 答案：中子核裂变 14.解析：(1)由质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应 方程为：H+H→号He十bn (2)反应过程中亏损的质量为 △m=2×2.0136u-1.0087u-3.0150u=0.0035 反应过程中释放的核能为 △E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV. 答案：(1)}n(2)3.26MeV 15.解析：(1)反应方程为2U→2Th十He. (2)△E=△mc2=(mU-mTh-ma)c2,代入数据得△E =8.7×10-13J. 答案：(1)U→2酷Th+He(2)8.7×10-13J 16.解析：(1)由△m=mN十mHe一mo一mp得： △m=-0.00129u 所以这一核反应是吸收能量的反应， 吸收能量△E=|△mc2=0.00129uc2 ≈l.2MeV. (2)由动量守恒定律可得：mHeo=m氧V氧十mpp 又v氧：p=1：50 可解得v童≈1.8×106m/s. 答案：(1)吸收能量1.2MeV(2)1.8×105m/s 17.解析：衰变方程是2X→2-4Y十He, 设原子核X和α粒子的动量、动能分别为p和p2、 E。和E2,根据动量守恒定律有p0=p2, 由子动龙与功量的关系风一氛=盛 根据能量守恒，反应后与反应前的总动能之差 AEk=E2-Eo=(M-m1-m2)c2, 联立以上各式解得EMMm-m2 M-m2 M-(M-m一 答案：△Ek=(M-m-m2)c2M二m m2)c2 答案 18.解析：(1)衰变方程：2翻Pu→U十a, 2U*→28U+Y, 或合起来有Pu→2U+a十Y. (2)上述衰变过程的质量亏损△m=mpu一mU一m ⑦ 放出的能量△E=△mc2 ② 这些能量是铀核U的动能Ev、a粒子的动能E。 和Y光子的能量Ey之和，即△E=Eu十E。十Ey③ 由①②③式得Eu+E。=(mpu-mu一m。)c2-E.④ 设衰变后的铀核和a粒子的速度分别为vU和Ya,则 由动量守恒定律有mUU=maa ⑤ 又由动能的定义知EU=2mU呢 E。=m,g ⑥ 由⑤⑥式得=m E。mu ⑦ 由@0天得E=干m.m。ume-B 代入数据得E.≈5.034MeV. 答案：(1)29Pu→2U*+α，2U*→2U+Y 或2Pu→2U+a+Y(2)5.034MeV 第五章原子核(B卷) 1,A[3衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子 和一个电子，A正确；比结合能越大，原子核中核子结 合得越牢固，原子核越稳定，B错误；要使轻核发生聚 变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能 起作用，C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规 律，对个别原子核不适用，D错误，」 2.D[利用放射线消除有害静电利用的是α射线的电 离性使空气分子电离成导体，将静电放出，故A错误； 利用Y射线照射植物的种子，使产量显著增加，故B 错误；利用Y射线来治疗肺癌、食道癌等疾病，故C错 误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素 参与化学反应可以起到示踪的作用，故D正确.] 3.D[同位素具有相同的质子数和不同的中子数，故A 错误；2弱U有146个中子，2程Pu有145个中子，28U 比2醒Pu多一个中子，故B错误；该核反应堆输出能量 的反应为裂变反应，故C错误：根据质量数和电荷数 守恒可知，2翻U经过2次3衰变生成2Pu,故D正 确.门 4.A[半衰期是由放射性元素原子核内部本身的因素 决定的，与原子核所处的物理、化学状态无关，所以 m1=m2=m3=m4.经过10天即2个半衰期，则剩余 的铋的质量为m0· 2-子-7×4g=4g /1121 2 A正确.] 5.B[根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒 可知X的质量数为1，电荷数为零，X是中子，Y的质 量数为3，电荷数为1，Y是氚核，A错误，B正确：X与 Y的质子数不同，不是同位素，C错误；①②两个核反 应都属于聚变反应，D错误，门 物理·选择性 6.A[根据核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒 知，X的核电荷数为15，质量数为30，可知X的中子 数为30-15=15，A正确，B、C、D均错误.] 7.A[根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核 时放出的能量叫作原子核结合能，所以原子核的结合 能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，A 正确；爱因斯坦质能方程告诉我们质量和能量之间的 关系，并不是指质量可以转化为能量，B错误：放射性 元素发生3衰变时是核内的一个中子衰变成一个质子 同时放出一个电子，C错误：核力是短程力，只在很短 的距离内有作用，D错误.」 8C[两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能 量为2Q1,两个氘核结合成一个氨核放出的能量为 Q2,则生成一个氨核释放的能量为2Q1十Q2,氯核的 核子数等于3，则氯核的比结合能为2Q十Q,故C正 3 确，A、B、D错误. 9.ABD[核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守 恒，核反应方程为p十召A1Si,A正确：核反应过 程中遵从动量守恒和能量守恒，B正确：核反应中发生 质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，C错 误；根据动量守恒定律有mpn=mss,碰撞后硅原子 核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度方向 一致，D正确. 10.ABC「由核力的概念知A、B正确：原子核的比结合 能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核 越稳定，比结合能小的原子核合成或分解成比结合 能大的原子核时一定发生质量亏损释放核能，选项C 正确，D错误.门 11.ABC[由2Bi→210X,质量数不变，说明发生的是3 衰变，同时知a=84.由Bi→Tl是核电荷数减2，说 明发生的是a衰变，同时知b=206.故A、B、C正确.] 12.ACD[A选项中的核反应方程就是He和H发生 核聚变的方程，在生成He和H的同时释放大量的 能量，A正确：由于核反应的过程中释放大量的能 量，根据爱因斯坦质能方程△E=△m2,可知生成物 的质量小于反应物的质量，B错误：质量中等的核的 比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核 或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，是He 一个核子的结合能小于He一个核子的结合能，C、D 正确.] 13.解析：由图可以看出，氘核分解为质子和中子的过程 中是吸收能量的，因此两个核子质量之和大于氘核 的质量。 答案：大于吸收 14.解析：(1)核反应方程为 9I,i+bn→He+H. (2》因为1g晟为了0l,根据核反应方程，实现核转 变的Li也为号ml,所以有2.0×1023个1i实现了 核转变 68 必修第三册 (3)根据爱因斯坦质能方程△E=△m2,核聚变反应 中有5个核子参加了核反应，5个核子释放总能量 △E=5×5.6×10-13J=2.8×10-12J,所以质量亏 損为4m=△E_2.8X1012, c2-(3X1082kg=3.1X1029kg. 答案：(1)8LiHe(2)2.0×1023个 (3)3.1×1029kg 15.解析：(1)4H→He+29e. (2)核反应的质量亏损为△m=4mH-mHe一2me=4 ×1.0073u-4.0026u-2×0.00055u=0.0255u (3)该核反应释放的能量为△E=0.0255×931.5MeV =23.75325MeV. (4)在很久很久以前，太阳的质量比现在的大，太阳和地 球间的万有引力比现在的大，由F=m(停) R可知，很 久很久以前，地球公转的周期较短。 答案：(1)41H→He+29e(2)0.0255u (3)23.75325MeV(4)略 16.解析：由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用 半衰期知识可求出存水量. 设放射性同位素原有质量为0,10天后其剩余质量 为m,水库存水量为Q,10天后每立方米水中放射性 元素的存量为晋由每分钟囊变次数与其质量成正 比 8×107 m/Q 10 脚品二曲丰表期公式得 m=mo 合 由以上两式联立代入数据得 10Q 8×107 传产-() 解得水库的存水量为Q=2.5×105m3. 答案：2.5×105m3 17.解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应 方程式是H十2n→H,反应前各核子总质量为 mp+2mn=1.007277u+2×1.008665u= 3.024607u 反应后新核的质量为mH=3.016050u 质量亏损为 △m=3.024607u-3.016050u =0.008557u 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反 应为放出能量的反应. 释放的核能为△E=△m×93l.5MeV =0.008557×931.5MeV=7.97MeV. (2)氚核的结合能即为△E=7.97MeV 它的比结合能为等-2.66MEV. (3)放出光子的频率为 v=E=797X108X1.6×10-19 -Hz h 6.63×10-34 =1.92×1021Hz. 答案：(1)释放核能7.97MeV (2)7.97MeV2.66MeV (3)1.92×1021Hz 参考 18.解析：(1)核聚变的过程中亏损的质量为△m=m2十 m3-mam 代入数据可得△m=0.0192u 释放的能量△E=△m×931.5MeV=0.0192×931. 5×106×1.6×10-19J=2.86×10-12J. (2②1L水中的H的物震的量a-得-00 2 mol= 0.015mol 1L水中的H的原子个数N=nNA=0.015× 6.0×1023=9.0×1021(个) 1L水中的H与足够的H发生核反应，释放出的能 量E=N·△E=9.0×1021×2.86×10-12J=2.57 ×1010J. (3)1L汽油完全燃烧释放的热量为3.68×107J,则 产生2.57×1010J热量需燃烧的汽油体积V= 2.57×1010 L=698L. 3.68×107 答案：(1)2.86×10-12J(2)2.57×1010J (3)698L 模块综合检测(A卷) 1.C[元素的半衰期由原子核内部因素决定，与外界温 度无关；爱因斯坦为解释光电效应提出了光子说；处 于1=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3 种频率的光子：普朗克为了解释黑体辐射，提出了能 量子假说.门 2.A[根据玻尔理论中的定态假设可知，原子处于定态 时，不向外辐射能量，A正确；氢原子发生跃迁辐射光 子，减少的电势能一部分转化为电子的动能，另一部 分转化为光子能量辐射出去，B错误：氢原子只能吸收 等于能级差的能量的光子，轨道半径也是一系列不连 续的特定值，C、D错误.] 3.B[根据玻尔理论可以知道，电子绕原子核运动过程 中是沿着特定轨道半径运动的，A错误：根据卢瑟福 的α粒子散射实验现象，可以知道B正确：光电效应 表明了光具有粒子性，C错误；根据左手定则可以判断 射线甲带负电，D错误，] 4,D[由题意知，乙分子从r3到1，甲、乙两分子间作 用力表现为引力，方向不变，且分子力先增大后减小， 所以乙分子受的合力一直向左，由牛顿第二定律可知 乙分子向左做加速运动，分子动能增大，分子势能减 小，故选项A、B、C错误，D正确.] 5.A[若薄膜的反射率极高，那么光子与其作用后，动 量改变较大：由动量定理可知，薄膜对光子的作用力 较大，根据牛顿第三定律可知，光子对薄膜的作用力 也较大，因此探测器可获得较大的加速度，A正确.] 6.C[轻核聚变和重核裂变时，核子的平均质量都将减 小，故A错误：轻核聚变和重核裂变都是从比结合能 小的原子核向比结合能大的原子核方向反应，有质量 亏损，释放核能，故B错误，C正确；目前我国核电站 主要利用重核裂变释放的能量来发电，故D错误.] 7.C[由爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W。和动能 定理一eU=0一Ek得eU=hy-W。,知遏止电压大，则 光的频率大，%>y>va,由光的色散现象知频率越大， 折射率越大，光的偏折角越大.选项C正确.门 答案 8.C[由动量守恒定律(M-m)v=mo=p, 又Ek=2M-m,B】 2m 由以上各式可得=Eo,选项C正确.门 9.AD[气体在过程A→C中发生等温变化，由pV=C (恒量)可知，体积减小，压强增大，故选项A正确：在 C→B变化过程中，气体的体积不发生变化，即为等容 变化，由卡=C(恒量)可知，温度升高，压强增大，故选 项B错误；综上所述，在A→C→B过程中气体的压强 始终增大，所以气体在状态B时的压强最大，故选项 C错误，D正确.] 10.BD[该核反应方程质量数不守恒，故A错误；聚变 反应中的质量亏损△m=m1十m2一m3,故B正确；聚 变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出， 故光子能量为E=(m1十12一3)c2,故C错误；根据E =c=(m十m2-g)2,得光子的波长为入= m1十2-mg,故D正确.] h 11.AD[液体表面分子间距较大，表现为引力，故可以 使针浮在水面上，使液体的体积有收缩到最小的趋 势。故B、C正确，A、D错误。] 12.BCD[放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但 对人体的正常细胞也会有伤害，选项A错误：放射线 具有伤害作用，可知选项B、CD正确。] 13.解析：(1)由题意知电源产生A到K的电场，使电子 由K向A运动形成电流，所以α端是电源正极. (2)由于光电效应，阴极K发射电子，电路中产生电 流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化， 将衔铁N吸住，无光照时，电路中无电流，N自动断 开M. (3)根据光电效应，Ek=y-Wo,B正确. 答案：(1)正(2)阴极K发射电子，电路中产生电 流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化， 将衔铁N吸住.无光照射光电管时，电路中无电流， N自动离开M(3)B 14.解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤 为：将配制好的油酸酒精溶液，通过量筒测出1滴此 溶液的体积，然后将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅 盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅盘 上，用彩笔描绘出油酸薄膜的形状，将画有油酸薄膜 轮廓的玻璃板放在坐标纸上，按不足半个舍去，多于 半个的算一个，统计出油酸薄膜的面积，则用1滴此 溶液中纯油酸的体积除以1滴此溶液的面积，恰好 就是油酸分子的直径. (2)使油酸充分展开，获得一块单分子油膜， (3)由题中图示可知，油膜占59个方格，油膜的面积 S=20mm×20mm×59=2.36×10-2m2. 答案：(I)DBCEA或BDCEA(2)使油酸尽可能散 开，形成单分子油膜(3)2.36×10一2物 新高考 第五章 原子核 理 同步单元双测卷 B卷·素养提升卷 (时间：90分钟 满分：100分) 一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24 A.m1=m2=m3=m,=4g 分.每小题只有一个选项符合题目要求 B.m1=m2=m3=4g,m4<4g 1.关于原子物理知识的叙述，下列说法正确的是 C.m1>m2>m3>m4,m1=4g ( 整 D.m1=4g,其余无法知道 A.3衰变的实质是核内的中子转化成了一个质 5.2021年4月1日中科院等离子体物理研究所发 子和一个电子 布消息：国产可控核聚变技术将迎来1亿度燃 B.结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原 烧100秒的挑战其主要核反应方程为：①H 子核越稳定 +H→3He+X,②H+Y→He+X.则下列表 C.要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 敏 10"m以内，核力才能起作用 述正确的是 D.对于一个特定的氡原子，只要知道了半衰期， A.X是质子 就可以准确地预言它将在何时衰变 B.Y是氚核 2.关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是 C.X与Y是同位素 ) D.①②两个核反应都属于裂变反应 A.利用Y射线使空气电离，消除静电 6.铝箔被α粒子轰击后，发生的核反应方程为A1 B.利用α射线照射植物的种子，使产量显著增 +He→X十n.方程中X的中子数为() 加 A.15 B.16 C.利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病 C.30 D.31 D.利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的 7.下列有关原子核和质能方程的说法，正确的是 化学性质相同，可以作为示踪原子 ( 3.快中子增殖反应堆是一种新型的核反应堆，运 A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核 行时一方面消耗裂变燃料2Pù，一方面又生 子所需的最小能量 成Pu,真正消耗的是在热中子反应堆中不能 B.爱因斯坦质能方程表明，在一定条件下质量 利用的且在天然轴中占99.2%以上的8U.在 可以转化为能量 反应堆中，U吸收9Pu裂变反应释放的快中 C.放射性元素发生B衰变时放出的是核外电子 子后变成U,U很不稳定，经过3衰变后变 D.两个质子之间，不论距离如何，核力总是大于 娇 成39Pu,则下列说法正确的是 ( 库仑力 A.88U与U的中子数相同 8.一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘 B.88U比89Pu少一个中子 核，该反应放出的能量为Q.两个氘核发生核反 品 C.该核反应堆输出能量的反应是聚变反应 应生成一个氦核，核反应方程是H十H D.U衰变成Pu时经过2次B衰变 →He十。n,该反应放出的能量为Q2.则核反 4.将半衰期为5天的64g铋均分成四份，其中三 应中生成氦核的比结合能为 份分别投人开口容器中、l00atm的密封容器 中、100℃的沸水中，第四份则与别的元素形成 A.Q+Q: B.Q-Q 3 3 化合物，经10天后，四种情况剩下的铋的质量 分别为m1、m2、m3、m4,则 c.2Q,+Q, D.Q+2Q 3 3 41 二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16 A.核反应方程为He+H→He+H 分.每小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得 B.核反应生成物的质量将大于反应物的质量 4分，选对但不全的得2分，错选和不选的得0分， C.“氦3(He)”一个核子的结合能小于氦4 9.一静止的铝原子核3A1俘获一速度为1.0× (He)一个核子的结合能 10'm/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子 D.“氦3(He)”的原子核与一个氘核发生聚变 核Si.下列说法正确的是 将放出能量 A.核反应方程为p十A18Si 题号 1 234 5678 9 101112 B.核反应过程中系统动量守恒 答案 C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量 等于反应物的质量之和 三、非选择题：本题共6小题，共60分。 D.硅原子核速度的数量级为10m/s,方向与质 13.(4分)由图所示可得出结论：质子和中子的质 子初速度的方向一致 量之和 (选填“大于”“小于”或“等 10.关于核力与结合能，下列说法正确的是() 于”)氘核的质量，氘核分解为质子和中子时要 A.核力是短程力，与核子间的距离有关，可为 (选填“放出”或“吸收”)能量. 引力也可为斥力 2.23 MeV B.核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多 质 y光子 于质子数 C.比结合能小的原子核合成或分解成比结合 中子 能大的原子核时一定释放核能 14.(8分)我国自行设计并研制的“人造太阳”一 D.原子核的结合能越大，核子结合得越牢固， 托卡马克实验装置运行，获得重大进展，这标 原子核越稳定 志着我国已经迈人可控热核反应领域先进国 11.放射性元素238U衰变有多种可能途径，其中一 家行列.该反应所进行的聚变过程是H十H 种途径是先变成Bi,而gBi可以经过一次衰 →He十n,反应原料氘(H)富存于海水中， 变变成X(X代表某种元素)，也可以经过一 而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但 次衰变变成T1,1X和T1最后都变成Pb, 可以通过中子轰击锂核(Li)的人工核转变得 衰变路径如图所示.则 到 (1)请把下列用中子轰击锂核(Li)产生一个氚 2Bi 核(H)和一个新核的人工核转变方程填写完 10X 整： +}n→ +H. (2)在(1)中，每产生1g氚的同时有 个Ii核实现了核转变？（阿伏加德罗常数NA A.a=84 取6.0×1023mol1) B.b=206 (3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均 C.9Bi→21X是3衰变，9Bi→T1是a衰变 每个核子释放的能量为5.6×103J,则该核 D.9Bi→21X是a衰变，9Bi→1T1是3衰变 聚变过程中的质量亏损为 12.月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(He)” 15.(10分)太阳能资源，不仅包括直接投射到地球 的化学元素，这是热核聚变的重要原料.关于 表面上的太阳辐射能，而且也包括所有矿物燃 “氦3(He)”与氘核的聚变，下列说法正确的 料能、水能、风能等间接的太阳能资源，严格地 是 说，除了地热能、潮汐能和原子核能以外，地球 42 上所有其他能源全部来自太阳能，太阳内部持 16.(10分)为测定某水库的存水量，将一瓶放射性 续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的 同位素溶液倒人水库中，已知这杯溶液每分钟 热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳 衰变8×10次，这种同位素的半衰期为2天， 的能源. 10天以后从水库取出1m3的水，并测得每分 (1)写出核反应方程； 钟衰变10次，求水库的存水量为多少？ (2)若mH=1.0073u,me=4.0026u,m.= 0.00055u,则该反应中的质量亏损是多少？ (3)如果1u相当于931.5MeV的能量，则该 反应中释放的能量是多少？ (4)由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓 慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公 转的周期是“较长”还是“较短”，并说明理由 (假设地球公转半径不变). 43 17.(14分)H的质量是3.016050u,质子的质量 18.(14分)“国际热核聚变反应堆(ITER)计划”是 是1.007277u,中子的质量是1.008665u. 目前全球规模最大、影响最为深远的国际科研 则： 合作项目之一，ITER装置俗称“人造太阳”.该 (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸 装置中发生的核聚变反应方程为H+H 收还是放出能量？该能量为多少？ →He十n+△E.该反应的原料H可以从水 (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ 中提取，1L水中含有0.03g的H,地球上有 (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光 138.6亿立方米的水：该反应的原料H可以用 子的频率是多少？ 锂制取，地球上锂的储量有2000亿吨.已知H 的质量为2.0141u、H的质量为3.0160u、He 的质量为4.0026u、0n的质量为1.0083u,lu的 质量相当于931.5MeV的能量，1L汽油完全 燃烧释放的热量为3.68×102J,以下计算结果 均取三位有效数字. (1)核聚变反应方程中释放的核能△E为多少？ (2)1L水中的H与足够的H发生核反应，释放 出的能量为多少？(H的摩尔质量为2g/mol,阿 伏加德罗常数取Na=6.0×103mol厂1) (3)1L水中的H与足够的H发生核反应放 出的能量相当于多少升的汽油完全燃烧释放 的热量. 44