第五章 原子核 单元能力提升综合检测训练（B卷）-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 单元能力提升综合检测训练（B卷） 一、单选题 1．宇宙射线轰击大气分子中的原子核，产生大量中子，中子与大气中的氮14反应，生成碳14，即。则X为（　　） A．质子 B．中子 C．正电子 D．电子 2．原子核X经过一次β衰变后变成原子核Y，则X和Y具有相同的（　　） A．元素符号 B．质子数 C．中子数 D．核子数 3．镅是一种人工获得的放射性元素，符号，原子序数95，具有强放射性，化学性质活泼，是同位素测厚仪和同位素X荧光仪等的放射源，常用于薄板测厚仪、温度计、火灾自动报警仪及医学上。其衰变方程为，已知核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该衰变为衰变 B．的结合能为 C．的比结合能小于的比结合能 D．衰变后核核外电子处于高能级，向低能级跃迁发出射线 4．2023年4月12日，中国“人造太阳”实现稳态运行403s的纪录，位列世界之首。“人造太阳”其核反应方程为21H+31H→42He+X。则下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的X是电子 B．核反应方程中的X是中子 C．核反应方程中的X是质子 D．该核反应为裂变核反应 5．下列说法正确的是（） A．氢原子的光谱是连续谱 B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒 C．比结合能越小，原子核越稳定 D．只要入射光的强度足够大，就能发生光电效应 6．下列关于近代物理学的研究，说法正确的是（　　） A．贝克勒尔最早发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线 B．查德威克研究阴极射线，发现了电子和中子 C．爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了能量子假说 D．康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现了康普顿效应，揭示了光的波动性 7．在很多矿物质中，都不同程度地含有放射性元素。下列说法正确的是（　　） A．氡的半衰期为3.8天，矿物中1g氡原子核经过7.6天后还剩下0.5g B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核外的电子 C．在α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强 D．β射线和γ射线都是电磁波 8．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，判断下列说法正确的是（　　） A．比更稳定 B．的比结合能比大 C．两个结合成时需要吸收能量 D．的结合能约为 9．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其核反应方程是，已知氘核、氚核的比结合能分别是1.09 MeV、2.78 MeV，，正确的是（　　） A．核结合能为13.73 MeV B．氦原子核的比结合能为7.03 MeV C．氘核结合能为3.27 MeV D．聚变反应中质量亏损为0.01u 10．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3。假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（　　） A．核反应后氦核与中子的动量相同 B．该核反应释放的能量为E=(m1－m2－m3)c2 C．核反应后中子的动能为 D．核反应后氦核的动能为 二、多选题 11．法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　） A．该粒子不显电性 B．在周期表中与氢元素占同一位置 C．该粒子质量比氢原子小 D．该粒子质量数为4 12．科学家利用天然放射性的衰变规律，通过对目前发现的古老岩石中铀含量来推算地球的年龄，铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示，下列说法正确的是（　　）    A．铀238发生衰变的方程为 B．20个铀核经过90亿年，一定还有5个铀核未发生衰变 C．铀238（）最终衰变形成铅206（），需经8次衰变，6次衰变 D．测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半，可推算出地球的年龄约为45亿年 13．关于爱因斯坦提出的质能方程和，下列说法正确的是（　　） A．表明物体具有的能量与其质量成正比 B．中的是发生核反应时释放的核能 C．根据，可以计算核反应中释放的核能 D．两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损 14．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于的裂变，下列说法正确的是（　　） A．原子核中有92个质子，143个中子 B．的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n C．是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短 D．一个裂变能放出200 MeV的能量，约3.2×10－11 J 15．如图是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为8Mev，的核子平均结合能约为7Mev，根据该图像判断，下列说法正确的是（　　） A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大 B． 核最稳定 C．由图像可知，两个核结合成核会释放出能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约112Mev的能量 16．原子弹的核反应原理是通过热中子撞击铀，如果中子动能不够大，将无法引发核反应，假设某中子以的速度撞击静止的原子核，撞击后中子与铀原子核粘在一起，发生核反应，已知中子质量为，铀原子核质量为，下列说法正确的是（　　） A． B． C．碰撞过程中中子损失的动能等于铀原子核增加的动能 D．碰撞过程中中子损失的动能大于铀原子核增加的动能 三、填空题 17．的裂变方程为＋→＋Kr＋______。 18．电子对湮灭是指电子和正电子（电子的反粒子）碰撞后湮灭，产生射线（或是其他更高能量粒子）的过程。若正负电子对湮灭产生射线，则这个过程中它们会释放出至少______个光子。足够高能量的射线粒子（光子），在经过原子核附近时，也可以转化为一对正负电子。能够产生正负电子对的射线的频率至少为______Hz。（结果保留三位有效数字）（电子质量为，真空光速取，普朗克常量） 19．为了核电站的安全,防止核放射性物质和辐射的泄漏,核电站设置了四道屏障：第一道是______________________________，能______________________________，第二道是______________________________，把_______________；第三道是______________________________；第四道是______________________________。 20．核电站的核心是原子核反应堆，核燃料（如铀）释放出大量的核能，是和平利用核能的重要途径。我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约，其中的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。据专家估计，通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗。核能作为一种新型能源有着广阔的前景。 （1）原子核是由___________组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生______________释出大量的核能。 （2）已知煤的热值，则煤完全燃烧时放出的热量是多少_____？ （3）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因，大亚湾核电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳排放，已知通常情况下二氧化碳气体的密度为.则这些气体通常情况下的体积约为多少______？ （4）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧产生的热量为Q，则火力发电站的效率根据上述资料，可估算出通常的火力发电站的效率约为多少______？ 四、解答题 21．原子核的半径为，请估计核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内，其动量的不确定范围又是多少？ 22．静止的重原子核在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中发生衰变后，产生的粒子的运动轨迹如图所示，已知轨迹2对应粒子的动量大小为p，电荷量大小为q． （1）发生的是衰变还是衰变？写出衰变方程式（新核用X表示），并判断新核X沿哪个轨迹运动； （2）求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。 23．吸烟有害健康，香烟中含有钋210，是一种很强的放射性同位素，为了探测放射线的性质，真空室中在放射源钋210的对侧放有一荧光屏，可以根据荧光屏上的打点情况来检测放射线的强弱。 （1）在放射源与荧光屏之间不加任何场时发现荧光屏的中间有闪光产生，当施加一垂直的匀强磁场时，发现荧光屏的闪光都向一侧偏移，撤去磁场在放射源与荧光屏中间放一厚纸，发现荧光屏上没有闪光产生，请你根据上面的情况分析判断是什么射线，同时写出衰变方程（新原子核用Y表示） （2）卢瑟福当年让α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子，同时产生一个氧17原子核，请写出此过程的核反应方程式？如果氧原子核速度为3v0，方向与α粒子的初速度方向一致，且核反应过程中释放的能量完全转化为系统增加的动能，已知中子质量为m，质子质量和中子质量相等，光速为c，试计算此反应过程中的质量亏损。 24．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射。已知氘核质量为，氦核质量为，中子质量为，的质量相当于的能量则： (1)写出核反应方程； (2)求核反应中释放的核能； (3)在两氘核以相等的动能进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第五章 原子核 单元能力提升综合检测训练（B卷）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D C B B A C A B D 题号 11 12 13 14 15 16 答案 AD CD ACD ABD BCD AD 1．A 【详解】根据质量数和电荷数守恒可知，X的电荷数为1，质量数为1，故其为质子。 故选A。 2．D 【详解】原子核发生β衰变后，质量数（核子数）不变，电荷数增加1个，故X和Y具有相同的核子数。 故选D。 3．C 【详解】A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知 所以该衰变为衰变，A错误； B．根据质能方程可知 为衰变释放的能量，不是的结合能，B错误； C．比结合能越大原子核越稳定，C正确； D．衰变后核处于高能级，向低能级跃迁发出射线，D错误。 故选C。 4．B 【详解】ABC．根据电荷数和质量数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，AC错误，B正确； D．该反应为核聚变反应，D错误； 故选B。 5．B 【详解】A．氢原子的光谱是线状谱，选项A错误； B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，选项B正确； C．比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误； D．只要入射光的频率足够大，就能发生光电效应，能否发生光电效应与光强无关，选项D错误； 故选B. 6．A 【详解】A．贝克勒尔最早发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，故A正确； B．汤姆孙研究阴极射线，发现了电子并精确测定了电子的比荷，故B错误； C．普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了能量子假说，故C错误； D．康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现了康普顿效应，揭示了光的粒子性，故D错误。 故选A。 7．C 【详解】A．氡的半衰期为3.8天，矿物中1g氡原子核经过7.6天后还剩下0.25g没有衰变，A错误； B．放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，B错误； C．在、、三种射线中，射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，C正确； D．射线不是电磁波，是高速电子流，射线是电磁波，D错误。 故选C。 8．A 【详解】A．比比结合能更大，则比更稳定，选项A正确； B．由图像可知，的比结合能比小，选项B错误； C．两个结合成时，由比结合能小向比结合能大的方向反应，质量亏损，会释放能量，故C错误； D．的比结合能约为，则结合能约为，选项D错误。 故选A。 9．B 【详解】A．根据质量数和核电荷数守恒可得， X是中子，中子没有结合能，故A错误； B．设反应物的结合能为E1，则有 设生成物的结合能为E2，根据反应方程式可得 即 解得氦原子核的结合能为 所以氦原子核的比结合能为 故B正确； C．因为氘核的比结合能是1.09MeV，由结合能和比结合能的关系可得氘核的结合能为 故C错误； D．该反应释放的能量为17.6MeV，由质能方程 可得 因为，所以该聚变反应的质量亏损 故D错误。 故选B。 10．D 【详解】A．根据核反应前后系统的总动量守恒，知核反应前两氘核动量等大反向，系统的总动量为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，动量不同，故A错误； B．该核反应前后释放的能量 故B错误； CD．由能量守恒可得核反应后的总能量为 由动能与动量的关系 且可知，核反应后氦核的动能为 故C错误，D正确。 故选D。 11．AD 【详解】AB．由题意可知，此粒子是由四个中子构成的，所以它的核电荷数为零，不显电性，A正确，B错误； CD．该粒子的质量数为4，故质量比氢原子大，C错误，D正确。 故选AD。 12．CD 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，铀238发生衰变的方程为 A错误； B．半衰期是一个统计规律，对大量原子衰变成立，对少数原子不成立，因此20个铀核经过90亿年，不能确定有多少个铀核未发生衰变，B错误； C．根据 根据质量数与电荷数守恒有 ， 解得 ， C正确； D．根据图像可知，铀的半衰期为45亿年，若测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半，可推算出地球的年龄约为45亿年，D正确。 故选CD。 13．ACD 【详解】A．表明物体具有的能量与其质量成正比，所以A正确； B．中的是物体蕴含的能量，不是发生核反应时释放的核能，所以B错误； C．根据，可以计算核反应中释放的核能，所以C正确； D．两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，根据爱恩斯坦的质能方程，表明此过程中出现了质量亏损，所以D正确； 故选ACD。 14．ABD 【详解】A．由的质量数等于中子数加质子数的关系可知，A正确； B．由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确； C．半衰期不受外界因素干扰，只与核本身有关，C错误； D．因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，D正确。 故选ABD。 15．BCD 【详解】A．由图可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，所以A错误； B．核的平均结合能最大，是最稳定的，所以B正确； C．两个平均结合能小的结合成平均结合能大的时，会释放出能量，所以C正确； D．把分成质子和中子需要提供的能量约为 将质子和中子结合成一个所放出的能量约为 则将分为4个需要提供的能量约为 故要多提供的能量为 故选BCD。 16．AD 【详解】AB．元素左上方数字表示元素的质量数，则有 故A正确，B错误； CD．撞击后中子与铀原子核粘在一起，可知碰撞为非弹性碰撞，碰撞过程系统有能量损失，所以碰撞过程中中子损失的动能大于铀原子核增加的动能，故C错误，D正确。 故选AD。 17． 【详解】根据质量数与电荷数守恒有 235+1-141-92=3，92+0-56-36=0 即未知粒子是3个中子，即为。 18． 2 【解析】【小题1】[1]电子对湮灭要产生两个频率相同的光子，且这两个光子速度方向相反，符合动量守恒。 [2]根据质能方程 代入数据可得 19． 作为核燃料的二氧化铀陶瓷芯块 将绝大部分的裂变产物留在芯块内 性能相当好的错合金燃料包壳 芯块密封在壳内 压力壳 防辐射泄漏的安全壳 【详解】[1][2][3][4]为了核电站的安全,防止核放射性物质和辐射的泄漏,核电站设置了四道屏障：第一道是作为核燃料的二氧化铀陶瓷芯块，能将绝大部分的裂变产物留在芯块内； 第二道是性能相当好的错合金燃料包壳，把芯块密封在壳内；第三道是压力壳；第四道是防辐射泄漏的安全壳。 20． 质子和中子 核裂 31% 【详解】（1）[1][2]．原子核是由质子和中子组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生核裂变反应释出大量的核能。 （2）[3]．4.0×109kg煤完全燃烧时放出的热量是： Q=mq=4.0×109kg×2.9×107J/kg=1.16×1017 J。 （3）[4]．据可得 （4）[5]．核电站每年发电量约1010kW•h，即 W=1010×3.6×106 J=3.6×1016 J 火力发电站的效率 21．； 【详解】由不确定关系可得质子动量的不确定范围 如果电子被限制在核内，电子的运动范围也是，其动量不确定范围也是 22．（1）衰变；；轨迹2；（2）， 【详解】（1）静止的在发生衰变的过程中动量守恒，新核X与或的动量等大反向，且新核X的电量大于或的电量，根据 又 可得 可见新核X的半径小于或的半径，新核X带正电对应小圆2。由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动，则或对应大圆1也沿逆时针方向运动，由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电，是，发生衰变，衰变方程式为 （2）粒子匀速圆周运动的周期公式为 则有 轨迹2对应粒子即新核X的动量为p，带电量为q，则的动量为p，带电量为，由 可得 ， 则有 23．（1）α射线；PoHe ；（2）HeH ； 【详解】（1）射线是α射线，根据质量数守恒、电荷数守恒，衰变方程为 PoHe （2）根据质量数守恒、电荷数守恒，核反应方程为 HeH 设α粒子、氧原子核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得 4mv0=17m•3v0+mv 解出 v=-47v0 释放的核能为 E=×17m（3v0）2+m×（47v0）2-×4 mv02=1179mv02 由质能方程得 E=m•c2 所以 m= 24．(1)；(2)；(3)， 【详解】(1)核反应方程为 (2)核反应过程中质量减少了 释放的核能为 (3)设和的动量分别为p1和p2，根据动量守恒定律得 可得p1和p2大小相等，方向相反。根据 联立得 又 故有 由能量守恒定律得 代入数据解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $