第5章 原子核 章末综合检测（教用word）-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

章末综合检测（五）　原子核 （满分：100分） 一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题列出的四个备选项中，只有一项是符合题目要求的） 1.（2023·海南高考1题）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（　　） A.中子 B.质子 C.电子 D.光子 解析：C　放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流，故选C。 2.关于核力的说法正确的是（　　） A.核力与万有引力没有区别，都是物体间的作用 B.核力就是电磁力 C.核力是短程力，作用范围只有约10－15 m D.核力与电荷有关 解析：C　核力是短程力，超过10－15 m的范围时，核力大小急剧下降，几乎消失，故C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错误；核力与电荷无关，故D错误。 3.在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法正确的是（　　） A.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.居里夫妇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 解析：C　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，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；居里夫妇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。 4.有四个核反应方程如下： UnSrXe＋3X1 H＋X2Hen UTh＋X3 MgHeAl＋X4 下列说法正确的是（　　） A.①是核裂变 B.X2为H C.③是人工核反应 D.X4为中子 解析：A　①是重核裂变，A正确；根据电荷数守恒、质量数守恒可知，②中的X2为H，③中的X3是He，故③是α衰变，④中X4为质子，故B、C、D错误。 5.在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的Pb，其衰变方程为Bi＋X。以下说法正确的是（　　） A.衰变方程中的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 解析：A　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，B错误Pb与Bi和电子X的质量之差等于衰变的质量亏损，C错误；方程中的X来自Pb核内中子向质子的转化过程，D错误。 6.放射性元素123I会衰变为稳定的123Te，半衰期约为13 h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1，则经过26 h后123I与123Te的质量之比（　　） A.1∶2 B.1∶4 C.1∶8 D.1∶16 解析：B　根据题述，123I与123Te原子数量之比为4∶1，则通过26 h（两个半衰期）后，4份123I衰变剩余1份，生成了3份123Te原子，剩余123I与123Te原子数量之比为1∶4，因为123I与123Te原子质量相同，所以经过26 h（两个半衰期）后，123I与123Te原子的质量之比为1∶4，故B正确，A、C、D错误。 7.下列说法正确的是（　　） A.图甲中的γ射线是原子中的内层电子跃迁时产生的 B.图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子 C.图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚 D.图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变 解析：C　题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；题图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿透本领，题图丙为γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，对于少数的放射性元素的原子核不能适用，故D错误。 二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题列出的四个备选项中，至少有一个是符合题目要求的，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8.关于核反应和核能，下列说法正确的是（　　） A.所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量 B.核反应UThHe属于α衰变 C.钚的半衰期为24 100年，8个钚原子经过24 100年后一定还剩余4个 D.在裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制核反应速度 解析：BD　在已知的核反应中，并不是所有的核反应过程都会出现质量亏损而向外释放能量，故A错误；根据电荷数守恒和质量数守恒以及该核反应的特点可知，核反应UThHe属于α衰变，故B正确；半衰期为统计规律，只对大量的原子核适用，故C错误；在裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制核反应速度，故D正确。 9.太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核H）结合成1个氦核He）。表中列出了部分粒子的质量（1 u相当于931.5 MeV的能量），以下说法中正确的是（　　） 粒子名称 质子（p） α粒子 电子（e） 中子（n） 质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7 A.核反应方程式为HHe＋e B.核反应方程式为HHe＋e C.4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.046 6 u D.聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV 解析：AD　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可判断，A正确，B错误；质量亏损Δm＝（4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55）u＝0.026 6 u，根据质能方程可知ΔE＝Δmc2≈24.8 MeV，C错误，D正确。 10.原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A.由图像可知，聚变释放能量，裂变吸收能量 BU核的平均核子质量比Kr核的大 C.由图像可知，两个H核结合成He核会释放能量 D.轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量少 解析：BC　由题图可知，轻核聚变后生成的新核，比结合能变大，要释放能量，重核裂变生成中等大小的核，比结合能也变大，也要释放能量，A错误；由题图可知U核的比结合能比Kr核的小，则U核的平均核子质量比Kr核的大，B正确；由题图可知，两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He核会释放能量，C正确；轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量多，D错误。 三、非选择题（本题共5小题，共54分） 11.（8分）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子HeNiCuH＋X，该反应中的X是中子（选填“电子”“正电子”或“中子”）。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是核裂变（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程式为HeNiCuHX，即X是中子n；目前人类获得核能的主要方式是核裂变。 12.（10分）热核反应比相同数量的重核发生裂变反应释放的能量要大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用于热核反应的氘H）在海水中的总含量非常丰富，所以一旦可控热核反应能够达到实用，便可解决人类所面临的能源危机问题。 （1）热核反应中的一种反应是1个氘核和1个氚核H）聚变为1个氦核He），请完成这个核反应方程式： HHHe＋n＋能量。 （2）若氘核的质量为2.014 1 u，氚核的质量为3.016 1 u，中子的质量为1.008 7 u，氦核的质量为4.002 6 u。其中u是原子质量单位，已知1 u相当于931 MeV的能量。求上述核反应过程中释放的能量。（保留三位有效数字） 答案：17.6 MeV 解析：（1）根据核反过程质量数守恒和电荷数守恒，可得这个核反应方程式为HHHen。 （2）根据爱因斯坦质能方程计算得 ΔE＝Δm×931 MeV＝（2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u）×931 MeV≈17.6 MeV。 13.（10分）两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 u，氦核质量为4.002 u。 （1）写出相应的核反应方程； （2）求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知阿伏加德罗常数NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g·mol－1，1 u相当于931.5 MeV的能量（结果保留两位有效数字）。 答案：（1）HHHe　（2）3.6×1027 MeV 解析：（1）核反应方程为HHHe。 （2）两个氘核结合成一个氦时释放的能量 ΔE＝×931.5 MeV＝24.22 MeV 1 kg氘中含有的氘核数 N＝NA＝×6.0×1023＝3.0×1026 1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量 E＝ΔE＝×24.22 MeV＝3.6×1027 MeV。 14.（12分）一个静止的氮核N俘获了一个速度为2.3×107 m/s的中子后生成一个A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是1.0×106 m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比RB∶RC＝11∶30。 （1）求C核的速度大小； （2）根据计算判断C核是什么，并写出其核反应方程。 答案：（1）3×106 m/s　（2）C核是氦原子核，其核反应方程是NnBHe 解析：（1）氮核从俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒，则有mnvn＝mBvB＋mCvC，根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4 由此解得vC＝3×106 m/s。 （2）由带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动有R＝，可得＝＝＝，又因氮核俘获中子衰变为B、C两个新核的过程中电荷数守恒，有qB＋qC＝7e，可得qC＝2e，qB＝5e，而C核的质量数为4，mB＝11mn，则C核是氦原子核，B核为硼核。核反应方程是NnBHe。 15.（14分）核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是UnBa＋Kr＋（　　n。 （1）在括号内填写n前的系数； （2）用m1、m2、m3分别表示UBaKr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？（真空中的光速为c） （3）假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？（铀235的摩尔质量M＝0.235 kg·mol－1，一月约为t＝2.6×106 s）阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1（计算结果保留两位有效数字）。 答案：（1）3　（2）（m1－m2－m3－2m）c2　 （3）22 kg 解析：（1）由质量数守恒可知 235＋1＝141＋92＋x 解得x＝3。 （2）由题意知，质量亏损为 Δm＝m1－m2－m3－2m 由质能方程可知，释放的核能为 ΔE＝Δmc2＝（m1－m2－m3－2m）c2。 （3）一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt 同时E＝NAΔE 可得m＝ ＝ kg＝22 kg。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $