第5章 单元过关检测(四)原子核与核能（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（鲁科版）

单元过关检测(四) (分值：100分) 一、单项选择题(本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．据报道，月球上有大量的He存在，以下关于He 的说法正确的是(　　) A．是He的同分异构体 B．比He多一个中子 C．是He的同位素 D．比He少一个质子 解析：选C。元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数。核内质子数相同而中子数不同的原子互称同位素。He是He的同位素，比He少一个中子。 2．地面土壤中含有的氡222具有放射性，衰变方程为Rn→Po＋X。下列说法正确的是(　　) A．X是e B．X是He C．温度变化，可以改变氡222的半衰期 D．施加压力，可以改变氡222的半衰期 解析：选B。根据质量数守恒和电荷数守恒可得，X的质量数A＝222－218＝4，电荷数Z＝86－84＝2，所以X是He，即为α粒子，故A错误，B正确；半衰期是一种统计规律，半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关，故C、D错误。 3．理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C＋Y→O的影响。下列说法正确的是(　　) A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强 B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强 C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强 D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强 解析：选D。根据质量数和电荷数守恒可知核反应为C＋He→O，可知Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线弱，电离能力比γ射线强。 4．核电池有其他电源不能比拟的优势，比如性能稳定，使用周期长等。目前植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳，内装150 mg钚238(Pu)，衰变放出一个粒子后成为U的同位素，整个电池只有160 g重，体积仅18 cm3。下列说法正确的是(　　) A．衰变过程中放出的粒子是电子，是中子衰变成质子的产物 B．Pu衰变后的原子核中有142个中子 C．衰变前Pu的质量等于衰变后生成物的质量之和 D．核电池必须做好防护，否则植入人体后半衰期会发生变化 解析：选B。由题意可知Pu衰变后的原子核为U，所以核反应方程为Pu→U＋He，所以衰变过程中释放的粒子为α粒子，故A错误；由前面分析可知U的中子数n＝234－92＝142，故B正确；由于核电池是利用元素衰变过程中释放的能量来工作的，所以衰变过程中一定会出现质量亏损，故C错误；半衰期是统计规律，由原子核本身决定，与化学状态和物理环境无关，所以植入人体后半衰期不会发生变化，故D错误。 5．氚(H)对人体的影响远没有网络报道的那么可怕，由于氚的β衰变只会放出一个高速移动的电子，不会穿透人体，因此只有大量吸入氚才会对人体有害。利用中子轰击，采用锂Li化合物或合金做靶材，能大量生产氚。下列关于氚的生产或衰变反应方程正确的是(　　) A．Li＋n→He＋H B．Li＋n→He＋H C．H→H＋e D．H→H＋e 解析：选B。由题意可知，氚的生产反应方程为Li＋n→He＋H，氚的β衰变反应方程为H→He＋e，故A、C、D错误，B正确。 6．钍234的半衰期是24天，质量为10 g的钍经过120天后发生衰变的钍的质量为原来质量的(　　) A．　　　　 　　　　 B． C． D． 解析：选D。钍234原来的质量为m0，为10 g，则经过120天后剩余钍的质量m＝m0×()＝m0，则发生衰变的钍的质量为原来质量的1－＝。 7．增殖反应堆将不能用作裂变核燃料的铀238(U)和钍232(Th)转换成裂变核燃料钚239(Pu)和铀233(U)，其中，钍232通过与慢中子反应生成钍233，钍233经过两次β衰变得到裂变核燃料铀233，达到增殖的目的。下列说法正确的是(　　) A．钍232核转化成铀233核的过程是化学反应过程 B．钍233核比钍232核多一个电子 C．铀238核比铀233核多5个质子 D．铀233核比钍233核多两个质子 解析：选D。钍232核转化成铀233核的过程是核反应过程，不是化学反应过程，A错误；钍233核与钍232核电荷数相同，钍233核比钍232核多一个中子，原子核中没有电子，B错误；铀238核与铀233核电荷数相同，则质子数相同，C错误；钍233经过两次β衰变后生成铀233，每次β衰变中一个中子转化为一个质子，放出一个负电子，铀233核比钍233核多两个质子，D正确。 8．在火星上，太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu，具有天然放射性，半衰期为87.7年。Pu发生α衰变的核反应方程为Pu→X＋He，则下列说法正确的是(　　) A．X原子核的中子数为141 B．Pu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比Pu核的比结合能小 C．10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个 D．Pu的半衰期是由核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系 解析：选D。根据质量数和电荷数守恒可知，X原子核的中子数为(238－4)－(94－2)＝142，故A错误；Pu原子核发生α衰变后产生的新核更稳定，所以新核的比结合能比Pu核的比结合能大，故B错误；半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；半衰期是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部的物理条件没有关系，故D正确。 9．科学家用直流高压加速器加速质子(H)轰击锂原子核X，得到两个氦核(He)，已知H、X、He的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的速度为c，则(　　) A．X是Li B．X核的中子数是4 C．释放的核能E＝(m1＋m2－m3)c2 D．上述核反应的类型是核裂变 解析：选B。设锂原子核X的质量数和质子数分别为A和Z，则由题意可得核反应方程式为H＋X→2He，由质量数守恒和电荷数守恒得1＋A＝8，1＋Z＝4，所以X是Li，且其中子数为4，故A错误，B正确；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2，故C错误；核裂变是重核被中子轰击发生的核反应，上述核反应的类型不是核裂变，故D错误。 10．氚管是在硼硅玻璃管内壁涂上荧光涂料，充入微量的氚气后密封制得，氚释放的电子流激发管壁上的荧光涂料发光。氚在自然界中存量极微，工业上一般用中子轰击Li获取。氚的半衰期为12.5年，氚管的使用年限更是长达25年。下列说法正确的是(　　) A．10个氚核，经过12.5年一定还剩5个 B．上述获取氚的核反应是裂变反应 C．Li的质子数是3，中子数是5 D．上述获取氚的核反应方程为n＋Li→He＋H 解析：选D。半衰期是统计规律，对大量原子核才有意义，故A错误；核反应方程为n＋Li→He＋H，该反应不是裂变反应，故B错误，D正确；Li的质子数是3，中子数是5－3＝2，故C错误。 二、多项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24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4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分) 11．钴弹是只存在于设想中的核武器，假设在中子弹外面裹一层钴59，中子弹爆炸发出的中子打在钴59上，变成具有放射性的钴(Co)，钴(Co)衰变成镍(Ni)，同时放射出1.17～1.33 MeV的γ射线，其半衰期为5.27年。下列说法正确的是(　　) A．Co属于自然界中常见的同位素 B．Ni比Co更稳定 C．Co经过β衰变，衰变成Ni D．8个钴60经过21.08年全部衰变成镍 解析：选BC。钴在自然界中只存在一种稳定的同位素Co，故A错误；Co经过β衰变，衰变成Ni，则Ni比Co更稳定，故B、C正确；半衰期对应的是大量原子核衰变的统计规律，对于少量的原子核不成立，故D错误。 12.离子式烟雾传感器内部感知烟雾粒子的器件如图所示。它是通过流过电离室(相当于电阻)的电流变化来感知烟雾粒子的装置。器件本体被金属外壳所覆盖，在器件内有一小块半衰期长达432年的放射性金属镅241(Am)，衰变时产生镎(Np) 和一种带电粒子，产生的带电粒子使空气电离，电离产生的正、负离子在恒定电压作用下形成电流。若短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致该带电粒子被吸收，测量装置感知到电流变化后，会发出警报。则下列说法正确的是(　　) A．镅241衰变产生的带电粒子为He B．衰变产生的带电粒子能穿过金属外壳 C．短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致器件电流减小 D．器件中放射性金属镅241经过长达864年后，将完全衰变殆尽 解析：选AC。放射性金属镅241(Am)，衰变时产生镎(Np)和一种带电粒子，根据质量数守恒和电荷数守恒，可知该带电粒子是氦核，即α粒子，A正确；α粒子的穿透本领较弱，不能穿过金属外壳，B错误；短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致α粒子被吸收，粒子数变少，导致器件电流减小，C正确；器件中放射性金属镅241经过长达864年后，即经过两个半衰期，将还有的放射性金属镅241未衰变，D错误。 13．一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si。下列说法正确的是(　　) A．核反应方程为p＋Al→Si B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 D．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 解析：选AB。质子为H，由质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程为p＋Al→Si，A正确；核反应过程中系统动量守恒，能量也守恒，B正确，C错误；核反应过程中，要释放热量，质量发生亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误。 14.C发生放射性衰变变为N，半衰期约为5 700年。已知植物存活期间，其体内C与C的比例不变，生命活动结束后，C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是(　　) A．C、C、C具有相同的核子数 B．该古木的年代距今约为11 400年 C．C衰变为N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的温度将减缓C的衰变 解析：选BC。C、C、C具有相同的质子数和不同的中子数，即核子数不同，A错误；设原来C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有M＝M0()n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n＝2，所以该古木的年代距今约为11 400年，B正确；C衰变为N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线，C正确；放射性元素的半衰期与环境温度无关，D错误。 15．锝－99m(Tc－99m，m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物，可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示，铀核分裂得到的钼－99(Mo－99)衰变成锝－99m，其过程为：Mo→Tc＋X＋(为不带电荷且质量非常小或近乎零的反微中子)，接着将锝－99m取出，并由注射或口服等方法送入人体内，在特定器官或组织发生衰变，其过程为：Tc→Tc＋γ，释放出γ射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述正确的是(　　) A.Tc和Tc两者具有相同的化学性质 B．Mo－99衰变成Tc－99m过程中产生的X是电子 C．Tc－99m衰变半衰期越长，医学检测分析效果越明显 D．γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子 解析：选AB。Tc和Tc两者为同位素，因此其化学性质相同，故A正确；由衰变方程Mo→Tc＋X＋，根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒，可知其衰变产物X是电子，故B正确；Tc－99m衰变半衰期越长，则其衰变产生的γ射线就越微弱，因此医学检测分析效果越不明显，故C错误；该衰变为β衰变，而β衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子，并伴随有能量的产生，即γ射线的产生，因此γ射线为原子核内部所产生的，故D错误。 16．下列说法正确的是(　　) A．根据甲图氢原子的电子云示意图显示，电子在玻尔能级理论中的定态轨道是一个概率问题 B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，Li原子核中的平均核子质量比O的要小 C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须具有一定的体积或质量 D．根据丁图中氡的衰变可知，1 g氡经过38天后还剩0.1 g 解析：选AC。玻尔理论具有一定的局限性，电子没有确定的轨道，定态轨道是一个概率问题，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，平均核子的质量越小，Li原子核中的平均核子质量比O的要大，故B错误；裂变反应的进行需要裂变物质体积大于临界体积或裂变物质质量大于临界质量，故C正确；氡原子核的半衰期为3.8天，1 g氡经过38天，还剩下g，故D错误。 三、非选择题(本题共4小题，共46分) 17．(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质量为m＝2×kg＝1 kg，在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变，变成了铅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为m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238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、铅含量之比为＝＝，解得t′＝2T＝90亿年。 答案：(1)1 kg　0.866 kg　(2)90亿年 18．(10分)“硼中子俘获疗法”是治疗肿瘤的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(B)吸收慢中子后变得不稳定，会转变成一个新核和一个α粒子，同时释放出γ射线。一个硼核吸收一个中子后处于静止状态，然后发生核反应，此过程中释放的核能一部分转化为新核和α粒子的动能，另一部分以γ射线的形式释放。已知新核的动能为E，γ射线的能量为E0，真空中的光速为c。 (1)写出核反应方程。(4分) (2)求核反应过程中亏损的质量。(6分) 解析：(1)根据反应前后质子数、质量数守恒可得 B＋n→Li＋He＋γ。 (2)根据动量守恒得pα＝－p新核 动能和动量的关系为Ek＝ 可得＝ 反应过程中放出的能量ΔE＝Ek新＋Ekα＋E0 根据质能方程ΔE＝Δmc2 解得Δm＝＝。 答案：(1)B＋n→Li＋He＋γ　(2) 19．(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粒子的质量数为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，释放的能量 E＝(m1－m2－m3)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Ek＝∝，设α粒子的动能为Ekl，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 20.(16分)如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止于P点的放射性元素氡的原子核Rn发生了一次α衰变，变为钋(Po)。放射出的α粒子(He)和生成的新核钋(Po)均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知α粒子的质量为m，电荷量为q，轨道半径为R，新核钋(Po)的质量为M，光速为c。 (1)写出Rn发生α衰变的核反应方程；(4分) (2)定性画出并标明新核钋(Po)和α粒子的运动轨迹；(4分) (3)α粒子的圆周运动可等效成一个环形电流，求α粒子做圆周运动的周期T和环形电流大小I；(4分) (4)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核钋(Po)的动能，求衰变过程的质量亏损Δm。(4分) 解析：(1)Rn发生α衰变的核反应方程为 Rn→He＋Po。 (2)新核钋(Po)和α粒子的运动轨迹如图所示。 (3)根据洛伦兹力充当向心力有Bqv＝m 解得R＝ α粒子做圆周运动的周期T＝＝ 环形电流大小I＝＝。 (4)由qvB＝m，得v＝ 设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由ΔE＝Δmc2 ΔE＝Mv′2＋mv2 得Δm＝。 答案：(1)Rn→He＋Po　(2)见解析图 (3)　　(4) 学科网（北京）股份有限公司 $