第五章 原子核 章末检测 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

选择性必修第三册《原子核》章末检测_ 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．下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福首先发现质子并提出原子核中存在中子 B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等待一段时间才有光电流 D．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射6种频率的光子 2．下列叙述中不正确的是（　　） A．光电效应实验中，只有照射阴极的光线足够强时，阴极才会有光电子逸出 B．黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波 C．β射线是电子流，可以穿透几毫米厚的铝板 D．如果一种元素具有放射性，那么无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在、都具有放射性 3．如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，区域垂直于平面向里，区域垂直于平面向外，磁感应强度大小。镭元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为，质子与电子的质量之比约为则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为的粒子形成射线①，其经纵坐标为的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为 4．2025年11月，我国利用钍基熔盐核反应实验堆首次实现钍铀核燃料转换，在堆芯发生如下核反应：①；②；③。则核反应（　　） A．①中的γ电离作用比②中的X大 B．②中有一个中子转变为质子 C．③为α衰变 D．③中的Y为 5．当太阳内部氦资源消耗殆尽时，将出现“氦闪”现象，同时释放巨大的核能，科幻片《流浪地球2》就是描述此情景的。“氦闪”现象的本质是氦核聚变，其核反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程中的X是氮核 B．X核的结合能为 C．核的比结合能小于X核的比结合能 D．该聚变反应释放的核能为 6．2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10个氚原子核，经过12.46年后剩下5个氚原子核 7．中国科学院在2025年11月1日发布消息，位于甘肃省武威市民勤县的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，已成功实现了钍铀核燃料转换。钍基熔盐堆内的链式反应示意图如图所示，下列相关判断中正确的是（　　） A．核反应属于核聚变反应 B．一个核27天后必将发生衰变生成 C．压强增大，的半衰期变小 D．钍基熔盐堆是利用中子轰击引起的链式反应来获取核能的 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，有两个或两个以上选项符合题目要求。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．对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列正确的是（　　） A．电子的发现说明原子本身是有结构的 B．汤姆孙的枣糕模型说明原子具有核式结构 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D．天然放射现象说明电子是原子核的组成部分 9．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（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（）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。下面说法正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为 C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为 D．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为 10．原子核的比结合能(平均结合能)曲线如图所示，下列说法正确的是（    ） A．核的结合能约为1MeV B．核比的结合能更大 C．核比核更稳定 D．两个核结合成核时释放能量 3、 非选择题：本题共5小题，共54分。 11．碳14（）是由宇宙射线撞击所产生的具有放射性的粒子，可衰变为氮14（N）。其各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中碳14的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。则该古木的年代距今约______年；碳14发生的是______衰变；碳14和氮14中含有的中子个数之比为______。 12．一个静止在匀强磁场中的铀核，经一次衰变后，产生钍核。 (1)试写出上述衰变的核反应方程_____； (2)若铀核的质量为，粒子的质量为，产生的钍核的质量为，一个铀核发生衰变释放的能量大小为_____。（，保留三位有效数字） (3)发生衰变后放出的粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的8字型轨迹，大圆是_____（选涂“A．钍核”、“B．粒子”）的运动轨迹。 13．在探索恒星内部元素合成的过程中，科学家关注一种α粒子俘获反应：一个静止的靶核（）俘获一个α粒子（），生成一个复合核Y。已知核反应过程吸收能量，靶核X、α粒子和复合核Y的静止质量分别为、、，真空中的光速为。 (1)写出靶核X俘获α粒子的核反应方程； (2)求吸收的能量。 14．含放射性同位素的药液，每分钟衰变6×1018次。将它注射到病人的血液中，15小时后从病人身上取10cm3的血样，测得每分钟衰变2×1015次。同位素的半衰期为5小时。试根据数据计算 (1)该药液15小时后，每分钟衰变的总次数； (2)人体血液的总体积。 15．某物理实验室利用回旋加速器加速氘核（）轰击静止的硅-28靶（），研究核反应。回旋加速器的D形盒半径为，加速电压为U，磁感应强度大小为B。氘核被加速至最大动能后引出轰击靶核，发生核反应：，已知相关核质量：氘核，硅-28，硅-29，质子，其中，电子电荷量，真空光速。忽略相对论效应和核反应的辐射能量损失，相关数值计算均保留二位有效数字。 (1)求氘核在磁场中回旋的时间（用题给字母表示）； (2)若氘核经加速后获得动能为，求反应后子核（硅-29）和质子的动能之和（以为单位） (3)实际核反应中，质子射出方向与氘核入射方向的夹角可在到之间变化，因而质子速率在一定范围内连续分布，试给出取最大值和最小值的条件； (4)若氘核经加速后获得动能为，反应后质子以垂直于氘核入射方向的速度射出（氘核入射方向为x轴正方向，质子沿y轴正方向射出），求质子的动量大小（以为单位）。 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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A A D B C B D AC BCD CD 1．A 【详解】A．卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验首先发现质子，后续基于原子核质量数与电荷数不匹配的问题，提出了原子核内存在中子的假说，故A正确； B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核内部具有复杂结构；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的，故B错误； C．光电效应具有瞬时性，电子是一次性吸收整个光子的能量，只要入射光频率大于金属极限频率，光照后立即产生光电流，不需要能量积累时间，故C错误； D．一个处于能级的氢原子沿的路径跃迁时辐射出的光子频率的种数最多，最多能辐射出3种频率的光子，故D错误。 故选A。 2．A 【详解】A．在光电效应实验中，能否发生光电效应取决于入射光的频率是否高于金属的极限频率，而不是光线的强弱，光线强只是光子数目多，故A错误，符合题意； B．黑体是指能够完全吸收外来的任何电磁辐射而不发生反射的物体，同时它也能向外辐射电磁波，故B正确，不符合题意； C．β射线是高速电子流，它的穿透能力较强，可以穿透几毫米厚的铝板，故C正确，不符合题意； D．放射性是元素的一种固有属性，由原子核内部结构决定，与元素是以单质还是化合物形式存在无关，故D正确，不符合题意。 故选A。 3．D 【详解】首先根据左手定则判断三种射线，磁场向里，粒子初速度沿y正方向，向左偏的①带正电，向右偏的③带负电，不偏转的②不带电，因此①是射线（氦核，正电），②是射线（不带电），③是射线（电子，负电）。 A．③是射线，由弱相互作用引起，但射线穿透能力较强，一张纸不能挡住射线，故A错误； B．②是射线，射线是原子核能级跃迁产生的，不是原子（核外）能级跃迁，故B错误； C．洛伦兹力水平分量提供的加速度为 根据加速度的定义式有 联立积分可得 解得 方向向左，故C错误； D．粒子到达离x轴最大距离ym时， vy=0，速率v0不变（洛伦兹力不做功），即；代入上式得 解得 则，故D正确； 故选D。 4．B 【详解】A．根据核反应前后电荷数、质量数守恒可知，X粒子的电荷数为-1，质量数为0，则X为电子，则γ电离作用比X的小，故A错误； B．反应②为β衰变，电子是一个中子转变为质子时释放出的，故B正确； C．反应③放出电子，为β衰变，故C错误； D．根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，Y的电荷数为92，质量数为233，故D错误。 故选B。 5．C 【详解】根据核反应电荷数守恒、质量数守恒 故X是碳核，故A错误； B．原子核的结合能是将其拆为自由核子所需的能量，X核有6个质子、6个中子，结合能为，而是该核反应释放的核能，不是X的结合能，故B错误； C．核聚变反应释放能量，说明生成物X核比反应物核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此核的比结合能小于X核的比结合能，故C正确； D．该反应质量亏损，根据质能方程，释放的核能为，故D错误。 故选C。 6．B 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒可知，故X为中子，故A错误； B．核反应释放的核能等于反应后总结合能减去反应前总结合能，即 由质能方程可得 解得质量亏损，故B正确； C．核聚变需要极高温度，是为了克服原子核间的库仑斥力，原子核间万有引力极小可忽略，故C错误； D．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，10个氚核经过一个半衰期后剩余数量不确定，故D错误。 故选B。 7．D 【详解】A．核聚变反应是两质量很小的轻核结合成质量较大的核，核反应不属于核聚变反应，A项错误； B．核衰变遵循“统计规律”，对于一个核而言，何时发生衰变完全是随机的，B项错误； C．半衰期与外界状态无关，所以与压强无关，C错误； D．钍基熔盐堆本质上依然属于核裂变反应堆，其依然是利用核裂变来获取核能的，即利用中子轰击引起的链式反应来获取核能，D项正确。 故选 D。 8．AC 【详解】A．电子的发现打破了“原子不可再分”的传统观念，直接证明原子本身具有复杂的内部结构，故A正确； B．汤姆孙的“枣糕模型”认为正电荷均匀分布在原子内，电子镶嵌其中；而原子的核式结构是卢瑟福通过粒子散射实验提出的，故B错误； C．玻尔的原子理论引入了量子化能级的概念，成功解释了氢原子光谱的分立特征与实验规律，故C正确； D．天然放射现象说明原子核具有内部结构，原子核的组成是质子和中子（核子），电子并非原子核的组成部分。故D错误。 故选AC。 9．BCD 【详解】A．由动量守恒可知 衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以轨迹圆应外切，由 可得圆周运动的半径 新核Y和α粒子动量相同，α粒子电荷量较小，则半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，A错误； B．由可知 则，B正确； C．圆周运动周期 环形电流 ，C正确； D．对α粒子，由洛伦兹力提供向心力 可得 由质量关系可知，衰变后新核Y质量为 由衰变过程动量守恒可得 ， 系统增加的能量为 由质能方程得ΔE=Δmc2 联立得，D正确。 故选BCD。 10．CD 【详解】A．核的比结合能约为1MeV，核的结合能约为，故A错误； B．由图像可知，核比的比结合能略大，但与核子数之比为144:235，核比的结合能小，故B错误； C．比结合能越大，原子核越稳定，由图像可知，核比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确； D．两个比结合能小的核结合成比结合能大的核时，会释放能量，故D正确。 故选CD。 11． 11460 β 【详解】[1] 根据图像可知，碳14剩余四分之一的时间约11460年，即该古木的年代距今约11460年； [2] 根据质量数守恒和电荷数守恒，所以衰变方程为 发生的是β衰变； [3] 由碳14中子数为 氮14中子数为 碳14和氮14中含有的中子个数之比为。 12．(1) (2)4.28 (3)B 【详解】（1）根据题意可知衰变的核反应方程 （2）根据质能方程，可知一个铀核发生衰变释放的能量大小为 因为 联立解得 （3）衰变过程动量守恒，α粒子和钍核动量p大小相等，根据 由于钍核电荷量大于α粒子电荷量，所以α粒子轨道半径大，可知大圆是α粒子的运动轨迹。 故选B。 13．(1) (2) 【详解】（1）根据题意以及质量数和电荷数守恒可得核反应方程为 （2）根据质能方程可得吸收的能量 14．(1)7.5×1017次 (2)3750 cm3 【详解】（1）每分钟衰变次数与原子核的总数成正比，故 其中t=15h，T=5h 解得 （2）由于有 得 15．(1) (2) (3)，速率最大，，速率最小 (4) 【详解】（1）氘核电荷量为，加速到最大动能时，由洛伦兹力提供向心力 当氘核在磁场中运动的半径满足时速度最大，动能最大，则最大动能 氘核在磁场中运动的周期为 氘核每加速一次获得的动能为 则氘核加速的次数为 则氘核在磁场中回旋的时间为 （2）核反应过程中的质量亏损为 释放核能 由能量守恒，反应前总动能为氘核动能（靶静止），反应后总动能为入射动能加释放核能： （3）根据动量守恒定律和能量守恒定律，知（质子沿氘核方向射出），速率最大 （质子反氘核方向射出），速率最小 （4）设氘核入射动量为，由 其中 得 质子沿方向射出，动量大小为 由动量守恒得硅-29动量分量：，，硅质量，质子质量 总动能满足 结合 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 $