第5章 单元过关检测(五)原子核（Word练习）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

单元过关检测(五) (时间：75分钟　分值：100分) 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。 1．贝克勒尔是最早发现衰变的科学家，在衰变过程中往往能放出α、β、γ三种射线，下列关于三种射线的说法正确的是(　　) A．α射线的穿透性最弱 B．β射线的电离能力最强 C．γ射线带负电 D．三种射线均来自核外电子的跃迁 解析：选A。α射线的穿透性最弱，γ射线的穿透性最强；α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，故A正确，B错误；α、β射线来自原子核的衰变，γ射线来自衰变后的新核从高能态向低能态跃迁，γ射线是一种电磁波，不带电，故C、D错误。 2．原子核U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核 Pb，在该过程中，可能发生的β衰变是　(　　) A． Fr→Ra＋e B． Bi→Po＋e C． Ra→ Ac＋e D． Po→ At＋e 解析：选A。原子核U衰变成为稳定的原子核Pb质量数减小了28，则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为231，227，223，219，215，211，则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数，则B、C、D都不可能；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A正确。 3．诺贝尔奖官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1 500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　) A．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一 B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关 C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个 D．同种放射性元素不论在化合物中还是单质中半衰期都一样 解析：选D。一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其没有衰变的放射性元素的质量是原来放射性元素总质量的四分之一，而不是矿石的总质量变为原来的四分之一，故A错误；放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，故B错误；β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化学状态无关，故D正确。 4．2024年9月，苏州大学研究团队在《自然》杂志上发布了辐光伏微型核电池的最新研究成果。该电池不仅具有使核能向电能转换的超高效率，还拥有出色的稳定性和持久性。电池主要利用镅243( Am)的α衰变进行发电，则(　　) A．α衰变释放出高速运动的电子 B．α衰变后产生的新核质量数为239 C．50个Am经过1个半衰期剩余25个 D．该反应要持续进行，镅核原料的体积必须大于临界体积 解析：选B。α粒子为He核，不是高速电子，故A错误；由于α粒子为He，根据核反应前后质量数守恒，可得243＝b＋4，解得b＝239，所以新核的质量数为239，故B正确；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；该反应是α衰变，不是核裂变反应，所以没有临界体积的要求，故D错误。 5．可控核聚变被誉为“人造太阳”和“人类的终极能源”，目前我国在可控核聚变发电方面取得重大进展，其核反应方程为4H→He＋2e＋2ν(ν是中微子)，该核反应(　　) A．没有质量亏损 B．遵循动量守恒定律 C．可以在常温下进行 D．生成物中的中微子带正电 解析：选B。该核反应放出能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应后有质量亏损，故A错误；核反应过程中系统不受外力作用，遵循动量守恒定律，故B正确；核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故C错误；根据电荷数守恒可知，生成物中的中微子不带电，故D错误。 6．日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素 I，其衰变方程为I→Xe＋e，I的半衰期为8天，已知mI＝131.037 21 u，mXe＝131.031 86 u，me＝0.000 549 u，则下列说法正确的是(　　) A．衰变产生的β射线来自I原子的核外电子 B．该反应前后质量亏损0.005 35 u C．放射性元素I发生的衰变为α衰变 D．经过16天，75%的I原子核发生了衰变 解析：选D。I衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成β射线，故A错误；该反应前后质量亏损Δm＝mI－mXe－me＝131.037 21 u－131.031 86 u－0.000 549 u＝0.004 801 u，故B错误；放射性元素I发生的衰变为β衰变，故C错误；由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的I原子核发生了衰变，故D正确。 7．关于放射性元素的衰变和核反应，以下说法完全正确的一项是(　　) A．γ射线是波长很短的电磁波，与α射线和β射线相比，其穿透能力是最弱的 B．碳14的半衰期为5 730年，则100个碳14原子在11 460年后还剩下25个 C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的核反应方程为N＋He→O＋H D．β衰变释放的电子来自原子核，其实质是核内的质子转化为中子和电子 解析：选C。γ射线是波长很短的电磁波，与α射线和β射线相比，其穿透能力是最强的，故A错误；半衰期是大量原子核的统计学规律，对于少量原子核不成立，故B错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的核反应方程为N＋He→O＋H，故C正确；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子和电子所产生的，故D错误。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。 8．1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子(He)轰击氮原子核(N)，从氮原子核中打出了质子(H)，并得到氧原子核，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该氧原子核的电荷数为7 B．该氧原子核的中子数为9 C．该氧原子核的质量数为17 D．该氧原子核的质量数为18 解析：选BC。根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可得反应方程为He＋N→H＋O，可知该氧原子核的电荷数为8，该氧原子核的质量数为17，则该氧原子核的中子数为17－8＝9。 9．目前，我们学习过的核反应有4种类型：衰变、核裂变、核聚变和人工转变。下列核反应方程类型正确的是(　　) A．核聚变：N＋He→O＋H B．β衰变：Th→Pa＋e C．核裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n D．原子核的人工转变：H＋H→He＋n 解析：选BC。核反应N＋He→O＋H是实验室内用α粒子轰击氮14原子核产生的核反应，属于原子核的人工转变，故A错误；核反应Th→Pa＋e是钍234原子核的β衰变，衰变时原子核放出一个电子，同时增加一个质子，故B正确；核反应U＋n→Ba＋Kr＋3n是铀235原子核俘获慢中子后的裂变反应，故C正确；核反应H＋H→He＋n是典型的轻核聚变反应，故D错误。 10．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(X)发生了一次α衰变。放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下列说法正确的是(　　) A．新核Y在磁场中做圆周运动的半径RY＝R B．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小I＝ C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损Δm＝ D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中的运动轨迹正确的是图丙 解析：选ABC。根据题意，由动量守恒定律可知，新核Y与α粒子的动量大小相等，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，可得圆周运动的半径公式R＝，则有＝，故A正确；圆周运动的周期T＝，环形电流I＝＝，故B正确；对α粒子，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，可得v＝，由质量关系可知，衰变后新核Y的质量M＝m，由衰变过程动量守恒可得Mv′－mv＝0，可知v′＝v，系统增加的能量ΔE＝Mv′2＋mv2，由质能方程得ΔE＝Δmc2，联立可得Δm＝，故C正确；由衰变过程动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，由圆周运动的半径公式R＝可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向均为逆时针，故题图丁正确，故D错误。 三、非选择题：本题共6小题，共54分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 11．(6分)福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了世界最高安全级别的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为n＋U→ Ba＋Kr＋3n，则A＝______，Z＝________；若核反应过程中质量亏损1 g，释放的能量为________J。(光速大小取3.0×108 m/s) 解析：根据核反应前后质量数守恒有1＋235＝141＋A＋3，解得A＝92；根据核反应前后电荷数守恒有92＝Z＋36，解得Z＝56；根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的能量E＝Δmc2 ＝ 1×10-3×9.0×1016 J＝9×1013 J。 答案：92　56　9×1013 12．(8分)完成下列核反应方程，并说明下列核反应属于哪一类(衰变、人工转变、裂变、聚变)。 U→Th＋________，________ H＋H→________＋n，________ He＋Be→________＋n，________ U＋________→Ba＋Kr＋3n，________ 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为U→Th＋He，这属于α衰变。核反应方程为H＋H→He＋n，这属于核聚变。核反应方程为He＋Be→C＋n，这属于人工转变。核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，这属于重核裂变。 答案：He　衰变　He　聚变　C　人工转变　n　裂变 13．(8分)一个 Po原子核释放一个α粒子变为Pb核，放出的核能为E。已知Po核的质量为m1，He核的质量为m2，真空中的光速为c。 (1)写出该衰变的核反应方程。(4分) (2)求Pb核的质量。(4分) 解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得该衰变的核反应方程 Po→He＋ Pb。 (2)损失的质量 Δm＝m1－m2－m 根据质能方程 E＝Δmc2 联立可得 m＝m1－m2－。 答案：(1) Po→He＋Pb　(2)m1－m2－ 14．(8分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238。 (1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(4分) (2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄。(4分) 解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0知剩余的铀238质量m＝2×kg＝1 kg，在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m1＝(m0－m)，则m1＝ kg≈0.866 kg，即矿石中含有铅0.866 kg。 (2)设此矿石中铀238原来的质量为m0′，此矿石的年龄为t′，则现在剩余的铀238的质量m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238的质量为m0′－m′＝m0′，设铅206的质量为mx，则＝，即mx＝m0′，所以现在矿石中的铀、铅含量之比＝＝，解得t＝2τ＝90亿年。 答案：(1)1 kg　0.866 kg　(2)90亿年 15．(12分)已知氘核H的质量为m1，中子n的质量为m2，He的质量为m3，真空中的光速为c。 (1)写出两个氘核H聚变为一个He的核反应方程，并计算释放的能量。(6分) (2)质量为M的氘核H完全聚变为He，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的能量？(已知煤的热值为q，题中所用物理量的单位均为国际单位制单位)(6分) 解析：(1)核反应方程为 H＋H→He＋n 核聚变前后的质量亏损 Δm＝2m1－(m2＋m3) 根据爱因斯坦质能方程，释放的能量 ΔE＝Δmc2 解得ΔE＝(2m1－m2－m3)c2。 (2)质量为M的氘所含氘核数N＝ 完全聚变为He所释放的能量 E＝(2m1－m2－m3)c2 又E＝mq 联立解得，相当于完全燃烧 m＝(2m1－m2－m3)c2的煤放出的能量。 答案：(1)H＋H→He＋n　(2m1－m2－m3)c2 (2)(2m1－m2－m3)c2 16．(12分)利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)。已知光速为c。 (1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程。(4分) (2)计算该衰变反应中释放出的核能。(4分) (3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？(4分) 解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X粒子质量数为4，电荷数为2，则知X是α粒子，其核反应方程为Pu→U＋He。 (2)根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量 E＝c2。 (3)系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα，根据动能与动量的关系可得Ek＝∝，设α粒子的动能为Ek1，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E，解得Ek1＝(m1－m2－m3)c2。 答案：(1)α粒子　Pu→U＋He (2)c2　(3)c2 学科网（北京）股份有限公司 $