第5章 原子核（拔高练）-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

进阶 突破 第五章 原子核 第1节原子核的组成 1.下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正 确的是 N 2.(2024·山东青岛质检)（多选）研究放射性元素射线性质的实验装置如 图所示.两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，位于 金属板 A、B两板中间的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，射线轨迹 白放射源 如图所示.已知a射线、B射线的速度分别约为0.1c、0.99c(c是真空中 的光速)，B射线即高速电子的质量约为质子质量的136 不考虑相对 论效应，下列判断正确的有 A.a为电源正极 B.a为电源负极 C.到达A板的为B射线 D.到达A板的为a射线 第2节放射性元素的衰变 1.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1g的P随时间衰变的关系如图所示， 4mg的2P衰变后还剩0.25mg经过的天数为 () m/mg 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0102030405060/天 A.14天 B.28天 C.56天 D.112天 2.（2025·辽宁一模)有一项理论认为所有比铁重的元素都是超新星爆炸时形成的.已知235U 和236U的半衰期分别为0.704×10°年和4.47×10年，若地球上的铀来自5.94×10°年前的恒星 U约为 爆炸，且爆炸时产生相同数量的235U和2U,则目前地球上两者的数量比 () A(g)月 B.(2) c.(2月 3.(2024·浙江七彩阳光期初联考)自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次 衰变，又称为放射系或衰变链.每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干 14黑白题物理|选择性必修第三册。RJ 次连续衰变，直至生成一个稳定核素.钍T系衰变的示意图如图所示，横坐标为质子数，纵坐 标为中子数.下列判断中正确的是 () 144 142 140 Ac 138 Th 136 Ra 134 Rn 132 130 128 Po 126 Pb 124 8082848688909294 A.该图中的始祖元素质量数为228 B.最终生成的稳定核素为T C.衰变全过程最终生成稳定核素，共有四种不同的衰变路径 D.衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次B衰变 第3节核力与结合能 1.1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核(4N)发现了质子，首次实现了原子核的人工转变.已 知核反应释放的能量全部转化成了？0和质子的动能，4N、?0、α粒子、质子的质量分别为 m1、m2、m3、m4,真空中的光速为c,则 () A.发现质子的核反应方程是4N+He→0+°n B.释放的核能等于？0和质子的总动能 C.释放的核能等于(m2+m4-m1-m3)c2 D.释放核能的原因是？0的结合能大于4N和α粒子总的结合能 2.（2024·浙江台州期末)（多选）将放射性同位素氟18(18F)注入人体参与人体的代谢过程，如 图所示，8F在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光 子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像设正、负电子的质量均为m,光速 为c,普朗克常数为h.下列说法正确的是 () 18F原子核 y射线 正电子 电子 Y射线 A.18F衰变的方程为8F→9e+80 B.光子是8F原子核外电子跃迁时产生的 C.上述正负电子湮灭产生的光子波长为 D.8F的核子平均质量比新核的核子平均质量小 mc 进阶突破·拔高练1⑤ 第4~5节核裂变与核聚变“基本”粒子 1.(2024·北京八中期末)核聚变过程可以释放大量能量.一种典型的聚变反应就是四个氢原子 核（质子）结合成一个氦原子核，大约释放28MV的能量.太阳内部就时刻发生着核聚变.如 果想实现人工核聚变，困难在于原子核都带正电，互相排斥，一般情况下不能相互靠近而发生 结合，只有在温度达到极高温度时，原子核的热运动速度非常大，才能冲破库仑斥力的壁垒， 碰撞到一起发生结合，这叫热核反应.根据统计物理学，绝对温度为T时，粒子的平均动能 E=27,其中=1.38×103J/K,叫作玻尔兹曼常量理论计算表明，当质子的平均动能达到 3 约7.2×105eV时，热运动的质子容易发生结合而发生聚变反应.不考虑量子效应及相对论效 应，根据以上信息结合经典理论，判断下列说法中正确的是 () A.目前核电站利用核聚变反应 B.将氦核的核子全部分开，大约需要28MeV的能量，氦核的比结合能约为14MeV C.若两个质子以相同初动能E相向运动正碰而恰好结合，则一个质子从远处以初动能2E。与 另一个静止的质子发生正碰，也能恰好结合 D.由以上信息可以估算出发生热核反应时的温度约为10K量级 2.目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能 (1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核(H)聚变生成1个氦核(He)和2个正电 子.请你写出此核反应方程 (2)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了.有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太 阳质量变化几乎可以忽略.请你通过计算说明这种观点的合理性.可能用到的数据：光速 为c=3×103m/s,太阳的质量约为M。=2×1030kg,太阳辐射的总功率为P。=4×1026W, 1年≈3×10s. 16黑白题物理|选择性必修第三册·RJ中子与氘核相向对撞结合过程动量守恒，以氘核动量方向 为正方向，则有P2P1=P·处于激发态氘核的德布罗意波波 入，故选D. 长=人解得入=入六 P3 第五章原子核 第1节原子核的组成 1.B解析：BC.各同位素间的质子数相同，为一定值，同位素 的质量数不同，故B正确，C错误.AD.同位素的质子数相 同，中子数不同，质量数等于质子数加中子数，则有A=N+Z, 且质子数不可能为零，即Z>0为常数，中子数可能为零， 即N≥0，整理得N=A-Z,A-N和N-A图像应该与A轴有截 距，故AD错误.故选B. 2.AC解析：设两板间距为d,板间电压为U,则两板间场强为 E=G,设电子电量为e,质量为m,则对于B射线，有 =04对Ta别线，有号4 y2=0.1ct2,可得y1<y2,可知到达A板的为B射线，由于B射 线带负电，所以a为电源正极.故选AC. 第2节放射性元素的衰变 1.C解析：根据半衰期公式m余=m（2) 1" ,由图像可知P 的半袭期为14天，025=（合）广，解得A=4,可知40 的P经4个半衰期后还剩0.25mg,则t=4×14天=56天， 故选C. 2.B解析：设235U和6U爆炸时数量为m,则有m235余= 594×109 594x109 ,m236u余=m（2 m236u余 故选B. 3.D解析：A.始祖元素对应最上方的点，横坐标为核电荷数， 纵坐标为中子数，可知质量数为232，故A错误；B.最终的稳 定核素为Pb,是T继续衰变的产物，故B错误；C.从图中 可知有两种衰变路径，故C错误：D.横纵坐标均减小2的路 径对应α衰变，横坐标增加1，纵坐标减小1的路径对应B 衰变，由图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素，共发 生了6次α衰变，4次B衰变，故D正确.故选D. 进阶突破 专项突破1阿伏加德罗常数的应用 1.B2.B 3.D解析：A.单个铁原子的质量mo= M,铁质晶须单位体积 内铁原子的个数为一已-心故A错误，B.铁的摩尔闲 积V=以，单个分子的体积，二。 M 0 pw,又视为球体有V。亨 子，所以分子的半径 3M 3,分子的直径d= 4TPN 3M 2r=2 4TPN. ,故B错误；C.分子的最大截面积S。= 选择性必修第三册·RJ 第3节核力与结合能 1.D解析：A.发现质子的核反应方程是N+2He→？0+H, 故A错误；BCD.核反应释放核能的原因是？0的结合能大 于1N和α粒子总的结合能，释放的核能等于(m,+m?- m2-m4)c2,也等于反应后？0和质子总动能与反应前4N和 a粒子总动能之差，故BC错误，D正确.故选D. 2.AC解析：A.根据电荷数与质量数守恒可知，18F衰变的方 程为8F→9e+0,故A正确；B.光子是正负电子相遇而湮灭 并产生的，故B错误C根据A=合P=m,解得入点，故 C正确；D.发生衰变后，质量有亏损，所以F的核子平均质 量比新核的核子平均质量大，故D错误故选AC. 第4~5节核裂变与核聚变“基本”粒子 1.D解析：A.目前核电站利用核裂变反应，故A错误； B.四个氢原子核（质子）结合成一个氢原子核，大约释 放28MeV的能量，反之将氨核的核子全部分开，大约需 要28MeV的能量，氨核的比结合能约为E=28Mey。 4 7MeV,故B错误；C.若两个质子以相同初动能E相向运 动正碰而恰好结合，由动量守恒定律和能量守恒定律可知， 质子结合能为2E。,则一个质子从远处以初动能2E。与另 一个静止的质子发生正碰，假如结合在一起，由动量守恒定 律和能量守恒定律可知m,=2m,A=了-子2m 4m6=B,质子结合能为E小于2E,则它们不能结合，故 3 C错误；D.由题意有7.2×10×1.6×109J=2×1.38× 103J/K×T,解得T≈5.6×10K,故D正确.故选D. 2.(1)4H→4He+2e(2)见解析 解析：(1)由质量数守恒和电荷数守恒可得核反应方程为 4H→2He+20e.(2)50亿年太阳辐射的总能量为△E=P。t,根 据△E=△mc,可知50亿年太阳损失的总质量为△m≈ c2, 代人数据可知损失的总质量与太阳质量之比4”≈0.03%， M。 所以这种说法合理， 专项练 d）2 3M 2 Tr2=T ,断面内铁原子的个数为n= 4TPN So d乃 ,故C错误；D.相邻铁原子之间 3M3 6M13 4 4TON 的相互作用力为R=F=F(6M ,故D正确.故选D nd2TpN 4.(1)0.72kg(2)5.25×102 解析：(1)成年人在1h内吸人空气的体积V=60nV。= 60×20×500×10-6m3=0.6m3,吸人空气的质量m=pV= 0.72kg;(2)成年人在1mi内吸入空气的体积V1= nV。=20×500×106m3=10L,其中吸入氧气的体积 黑白题36