第5章 原子核与核能 综合拔高练（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

综合拔高练 高考真题练 考点1　原子核的衰变及核反应方程式 1.(2024全国甲,14)氘核可通过一系列聚变反应释放能量,总的反应效果可用H→He+n+p+43.15 MeV表示,式中x、y的值分别为　 (　　) A.x=1,y=2　　　　　　B.x=1,y=3 C.x=2,y=2　　　　　　D.x=3,y=1 2.(2024河北,1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应。其中一种核反应方程为CHLi+H+X,式中的X为 (　　) An　　　　　　Be Ce　　　　　　DHe 3.(2024山东,1)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,下列说法正确的是 (　　) ASr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后,剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后,剩余的Sr数目小于Pu的数目 4.(2023全国甲,15)在下列两个核反应方程中 XN→YO YLi→2X 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 5.(2023北京,3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是 (　　) AUnBaKr+(　　) BUTh+(　　) CNHeO+(　　) DCN+(　　) 6.(2023浙江6月选考,5)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为PuUHe,则 (　　) A.衰变方程中的X等于233 BHe的穿透能力比γ射线强 CPu比U的比结合能小 D.月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大 7.(2023湖南,1)2023年4月12日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是 (　　) A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B.氘氚核聚变的核反应方程为HH → Hee C.核聚变的核反应燃料主要是铀235 D.核聚变反应过程中没有质量亏损 8.(2022山东,1)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的 (　　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 9.(2022全国甲,17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0,在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N,在t=2t0时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为 (　　) A.　　　　　　B.　　　　 C.　　　　　　D. 10.(2022湖北,1)上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即Bee→Xνe。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是 (　　) A.原子核X是Li B.核反应前后的总质子数不变 C.核反应前后总质量数不同 D.中微子νe的电荷量与电子的相同 11.(2021河北,1)银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β+衰变的衰变方程为Al→Mge ,测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是 (　　) A.26Al核的质量等于26Mg核的质量 B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数 C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中,其半衰期不变 D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg 12.(2021全国甲,17)如图,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为 (　　) A.6　　　　　　B.8 C.10　　　　　　D.14 13.(2021山东,1)在测定年代较近的湖泊沉积物年份时,常利用沉积物中半衰期较短的Pb,其衰变方程为PbBi+X。以下说法正确的是 (　　) A.衰变方程中X是电子 B.升高温度可以加快Pb的衰变 CPb与Bi的质量差等于衰变的质量亏损 D.方程中的X来自Pb内质子向中子的转化 考点2　核能的计算 14.(多选题)(2022浙江1月选考,14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是 (　　) A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D.反应堆中存在UnBaKr+n的核反应 高考模拟练 应用实践 1.(2023河北邢台重点高中月考)原子弹的核反应方程之一为UnBaKr+3X,氢弹的核反应方程为HHn+Y,关于这两个核反应,下列说法不正确的是 (　　) A.原子弹的核反应为重核的裂变,X为质子H B.氢弹的核反应为轻核的聚变,Y为氦原子核He C.两个核反应都发生质量亏损 D.两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能 2.(2023山东日照二模)下列说法正确的是 (　　) A.在铀核U发生裂变反应的过程中,生成物的质量等于反应物的质量 B.放射性元素无论以单质还是以化合物的形式存在都具有放射性 C.β衰变时,原子核向外放出电子,说明原子核内部存在电子 D.核反应方程HHHen+17.6 MeV属于原子核人工转变 3.(2024山东东营二模)铑106的半衰期约370天,衰变方程为RhPd+X,下列说法正确的是 (　　) A.根据题中方程式无法判断X粒子的种类 B.采取低温冷冻的措施可适当降低辐射风险和辐射剂量 CPd的比结合能比Rh的比结合能大,衰变时释放能量 D.任意370天中,1 000个Rh原子核将会有500个发生衰变 4.(2024山东省实验中学一模)三星堆遗址考古入选世界重大田野考古发现。三星堆古遗址距今已有3 000年至5 000年历史,昭示长江流域与黄河流域一样同属中华文明的母体。利用14C衰变测定年代技术进行考古研究,可以确定文物的大致年代,14C的衰变方程为N+X,14C的半衰期是5 730年,下列说法中正确的是 (　　) A.方程中的X是电子,它是碳原子电离时产生的,是原子的组成部分 B.方程中的X是中子,来源于原子核 C.文物所埋藏的环境会影响C的半衰期,进而对推算年代造成影响 D.若CN、X的质量分别是m1、m2、m3,一个C发生衰变释放的能量为(m1-m2-m3)c2 5.(2024山西二模)研究人员已成功使用钚238衰变时所产生的能量作为人造心脏所需的能量来源,其衰变方程式为PuAm+X;有些核电池是利用铀232衰变释放的能量来提供电能的,其衰变方程式为UTh+Y,下列说法正确的是 (　　) A.钚238发生的是α衰变 B.铀232发生的β衰变 C.Y的中子数比X的中子数多4个 D.钚238的比结合能小于铀232的比结合能 6.(2024山西吕梁三模)2023年6月7日,世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍Th作为燃料,并使用熔盐冷却剂,避免了核污水排放,减少了核污染。如图所示是不易裂变的Th转化为易发生裂变的U并裂变的过程示意图。下列说法正确的是 (　　) A.中子轰击Th生成Th的核反应是核聚变 BTh释放的电子是由原子核内部核反应产生的 CPa的比结合能大于U的比结合能 D.可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期,从而减少核污染 7.(2024天津芦台一中二模)通过百余年核物理的发展和进步,人们已经对原子核有了更进一步的认识,下列说法正确的是 (　　) A.碘131的半衰期是8天,20 g碘131经过24天后剩余的物质还有2.5 g B.于敏对于氢弹的研究居于世界领先水平,氢弹主要是氘核聚变HH→Xn,其中X为He C.铀核U)衰变为铅核Pb),需经过8次α衰变和6次β衰变 D.核电站和太阳内部发生的核反应都属于重核裂变,其条件之一是反应物的体积要超过临界体积 8.(多选题)(2023辽宁朝阳统考)中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚Pu)为燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀U),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是 (　　) A.铀-239转变为钚-239,经过了2次β衰变 B.钚-239发生裂变过程中,电荷数守恒,质量也守恒 C.铀-239发生衰变的实质是原子核外的电子飞出 D.钚Pu)裂变生成两个中等质量的核,钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能 9.(2024浙江金华三模)某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为XYZ,并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z的速度为v,以下结论正确的是 (　　) A.Y原子核的动能是Z原子核动能的倍 B.Y原子核的速度大小为v C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速) D.秦山核电站利用的核反应与该核反应属于同种类型 迁移创新 10.热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着。太阳就是一个巨大的热核反应堆,太阳的主要成分是氢,太阳的中心温度使氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,不断地放出能量。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。 (1)太阳内部的热核反应中4个质子聚变为1个氦核He),请写出核反应方程。 (2)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp=1.672 6×10-27 kg,mα=6.642 5×10-27 kg,me=0.000 9×10-27 kg,则4个质子发生上述热核反应所释放的能量是多少?(结果保留三位有效数字) (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J,则太阳每秒减少的质量为多少千克?(结果保留一位有效数字) (4)太阳现在的质量约为2×1030 kg,科学家预测太阳质量减少万分之三,热核反应将不能继续进行。请你计算推导太阳还能存在多少年?(结果保留一位有效数字) 答案与分层梯度式解析 综合拔高练 高考真题练 1.C　由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可得6×2=2×4+x+y、6×1=2×2+y,联立解得x=2、y=2,C正确。 2.D　设X的电荷数和质量数分别为Z、A,根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒有6+1=3+2×1+Z,12+1=7+2×1+A,解得Z=2,A=4。D正确。 3.D　由衰变方程SrYe可知Sr衰变为Y时产生β粒子,A错误;由衰变方程PuUHe可知Pu衰变为U时产生α粒子,B错误Sr的半衰期比Pu的半衰期小,则相同数目的Sr和Pu,经过相同时间后,剩余的Sr数目小于Pu的数目,C错误,D正确。 4.D　X的电荷数为Z,质量数为A,设Y的电荷数为Z',质量数为A',依据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒,有 Z+7=Z'+8 ① A+14=A'+17 ② Z'+3=2Z ③ A'+7=2A ④ 联立①②③④解得 选项D正确。 5.A　中子质量数为1,电荷数为0,根据核反应过程质量数和电荷数守恒可知,A选项括号中粒子质量数为3,电荷数为0,即生成三个中子,故A对。其余都不符合要求。 6.C　根据质量数守恒可知,X=234,选项A错误He核即α粒子,α射线的穿透能力小于γ射线的穿透能力,选项B错误;原子核的半衰期与温度无关,由原子核的性质决定,选项D错误;比结合能越大原子核越稳定,根据题意,衰变过程中释放出核能,则U的比结合能更大,选项C正确。 7.A　由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,核反应释放的核能取决于核反应过程中产生的质量亏损,轻核聚变的核反应燃料的平均核子质量小于重核裂变的平均核子质量,所以相同质量的核燃料,轻核聚变产生的质量亏损大于重核裂变产生的质量亏损,轻核聚变释放的核能更多,A选项正确,D选项错误;核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒,故氘氚核聚变的核反应方程为HHen,B选项错误;核聚变的核反应燃料主要是原子序数较小的轻元素,如氦、氢及其同位素等,而重核裂变的核反应燃料主要是铀235,C选项错误。 8.B　由衰变规律可知,经过n个半衰期剩余碘125的质量m余=m0,n==3,故=,B正确。 9.C　根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x,另一种元素原子核数为y,依题意有x+y=N 经历2t0后有x+y= 联立可得x=N,y=N 在t=4t0时,原子核数为x的元素经历了4个半衰期,原子核数为y的元素经历了2个半衰期,则此时未衰变的原子核总数为n=x+y=,故选C。 10.A　根据核反应中的质量数守恒和核电荷数守恒可知X是Li,A正确,C错误;核反应前的质子数即Be的质子数为4个,核反应后的质子数即Li的质子数为3个,核反应前后的质子数发生了变化,B错误;中微子νe的电荷量为0,而电子的电荷量为-1,D错误。 11.C　 26Al和26Mg两核质量数相等,但质量不同,选项A错Al有13个质子、13个中子Mg有12个质子、14个中子,选项B错;温度、压强不影响半衰期,选项C正确;26Al经过两个半衰期后只有衰变为26Mg,选项D错误。故选C。 12.A　根据图像,找到初始状态的原子核X,对应质子数为92,中子数为146,质量数为238,再找出末状态的原子核Y,对应质子数为82,中子数为124,质量数为206,设发生了n次α衰变、m次β衰变,根据核反应中质量数守恒得238=4n+206,电荷数守恒得92=2n+82-m,解得m=6、n=8,则此过程中发生了8次α衰变和6次β衰变,发生一次β衰变可以放出一个电子,因此放出电子的个数为6,故选项A正确,B、C、D错误。 13.A　根据质量数守恒和核电荷数守恒可以确定X的质量数为零,电荷数为-1,则衰变方程中X是电子,A正确;放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关,B错误Pb的质量与Bi及电子的质量之和的差等于衰变的质量亏损,C错误;放射性元素发生β衰变时,原子核中的一个中子转变为一个质子,同时放出电子,故D错误。 14.CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,反应堆中的主要反应式为UnBaKr+n,故A错误,D正确;原子核亏损的质量全部转化为电能时,约为Δm== kg=27.6 kg,核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率,则原子核亏损的质量大于27.6 kg,故B错误;核反应堆可通过镉棒控制中子数从而控制链式反应的速度,故C正确。 高考模拟练 1.A　原子弹的核反应为重核的裂变,X为中子n,选项A错误,符合题意;氢弹的核反应为轻核的聚变,Y为氦原子核He,选项B正确,不符合题意;核聚变和核裂变反应会放出大量的能量,根据质能方程可知反应会发生质量亏损,选项C正确,不符合题意;核反应放出能量,因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能,选项D正确,不符合题意;故选A。 2.B　因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少,即生成物的质量小于反应物的质量,故A错误;放射性元素无论以单质还是以化合物的形式存在都具有放射性,故B正确;β衰变时,原子核向外放出的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,故C错误;核反应方程H+HHen+17.6 MeV属于核聚变,故D错误。故选B。 3.C　根据质量数守恒知,X粒子的质量数为0,根据电荷数守恒得Z=45-46=-1,可知X粒子为e,故A错误;温度与辐射剂量没有关系,也不能降低辐射风险,故B错误;衰变后新核更稳定,即新核比结合能更大,则Pd的比结合能比Rh的比结合能大,且衰变时释放能量,故C正确;半衰期描述的是统计规律,只有对大量原子核才有意义,故D错误。 4.D　在核反应方程中,根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X是电子,它是核反应产生的,来源于原子核,不是电离产生的,A、B错误;放射性元素的半衰期不受环境影响,C错误;根据质能方程可知,该反应释放的能量E=(m1-m2-m3)c2,D正确。 5.D　由质量数守恒和电荷数守恒可得Pu→AmeUThHe,故钚238发生的是β衰变,铀232发生的是α衰变,选项A、B错误;Y的中子数为2,比X的中子数多2个,选项C错误;钚238可以进一步衰变为铀232且放出核能,则钚238的比结合能小于铀232的比结合能,选项D正确。 6.B　中子轰击Th生成Th的核反应不是核聚变,故A错误Th释放电子的过程是β衰变,实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子,故B正确;整个过程中释放能量Pa的比结合能小于U的比结合能,故C错误;放射性元素的半衰期由原子核决定,与外界的温度、压强及化学状态均无关,故D错误。 7.C　碘131的半衰期是8天,20 g碘131经过24天后剩余的碘131还有m=m0=×20 g=2.5 g,但生成的新物质仍然在相同位置,所以剩余的物质质量大于2.5 g,A错误;由质量数守恒和电荷数守恒可知,X为He,B错误;由质量数守恒和电荷数守恒可得UPb+He+e,所以需经过8次α衰变和6次β衰变,C正确;太阳内部发生的核反应属于核聚变,核聚变的条件是高温高压,重核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化,核电站发生的核反应属于重核裂变,需要达到临界体积才能发生,D错误。 8.AD　铀-239转变为钚-239,质量数不变,电荷数增加2,则经过了2次β衰变,故A正确;钚-239发生裂变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒,由于裂变放出能量,有质量亏损,质量不守恒,故B错误;铀-239发生β衰变,实质是原子核内的中子转变为一个质子和一个电子,故C错误;钚Pu)裂变生成两个中等质量的核,反应放出核能,生成的新核更加稳定,则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能,故D正确。故选A、D。 9.A　由动量守恒定律得p=mYvY=mZv,根据Ek=可得==,即Y原子核的动能是Z原子核动能的倍,选项A正确;由动量守恒定律得p=mYvY=mZv,可知Y原子核的速度大小为vY=v=v,选项B错误;因反应放出核能,可知该反应有质量亏损,则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小Δm=,选项C错误;秦山核电站利用的是重核裂变反应,用中子轰击铀核产生链式反应,与该核反应不属于同种类型,选项D错误。 10.答案　(1)HHe+e　(2)4.15×10-12 J　(3)4×109 kg　(4)5×109年 解析　(1)根据质量数守恒与电荷数守恒,其核反应方程为HHe+e。 (2)由核反应方程可知ΔE=(4mp-mα-2me)c2=4.15×10-12 J。 (3)太阳每秒释放的能量为E=3.8×1026 J,则太阳每秒减少的质量为Δm= 解得Δm=4×109 kg。 (4)太阳还能存在的时间为 t== s=1.5×1017 s=5×109年。 7 学科网（北京）股份有限公司 $