第五章 原子核 章末练习卷二 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

原子核章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共12小题，共56分。在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9-12题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．近年来，中科院宣布紧凑型聚变能实验装置（BEST）正在安装，中国“人造太阳”预计2027年竣工。“人造太阳”的主要核聚变反应式为：，下列说法正确的是（    ） A．X是质子 B．比更稳定 C．核聚变可在常温下发生 D．“人造太阳”与核电站核反应类型相同 2．在家庭装修中一般要尽量减少石材的使用，这主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（）发生一次衰变后生成新核钋（）和一个粒子X，氡核的半衰期为3.8天。下列说法正确的是（　　） A．氡核发生的是衰变 B．粒子X的电离能力很强 C．若有40个氡原子核，经过7.6天一定还剩下10个氡原子核 D．钋核（）比氡核（）的比结合能小 3．嬗变技术是一种将长半衰期核废料转变为短半衰期物质或非放射性物质的技术。利用快中子轰击钚-239核废料的其中一个核反应方程为钚-239的半衰期为2.41万年。下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．反应物总质量等于生成物总质量 C．1g钚-239经过一个半衰期还剩下0.5g钚-239 D．利用化学方法可以改变钚-239的半衰期 4．自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将小于2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 5．某样品中最初只有放射性元素X，元素X发生衰变，变为元素Y，元素Y还会发生衰变，元素X、Y的原子核数目随时间变化的规律如图所示，可认为2.5 min时元素X的原子核数目已经为零。从Y原子核数目的变化图像中可以看出Y的半衰期约为（　　） A．0.35 min B．0.4 min C．0.7 min D．1.9 min 6．BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度，为实现可控核聚变的实际应用又迈进一步。下列说法正确的是（　　） A．燃料会发生链式反应 B．聚变反应吸收能量而不是释放能量 C．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 D．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力，从而发生核裂变 7．2025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 8．核能是比较清洁的能源，其中是重要的核原料，其核反应方程之一为，其中具有放射性，其核反应方程为，的半衰期约为28.5年。下列说法正确的是（　　） A．A为 B．为衰变 C．的比结合能大于的比结合能 D．100个经过57年剩余25个 9．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为，若产生的核能全部被光子带走。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出光子的能量 D．光子的波长 10．铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 11．钋是“藏”在香烟中的放射性元素。钋发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是（　　） A．粒子与粒子均带正电 B．粒子电离能力比粒子强 C．粒子由释放 D．与的核子平均质量相等 12．下列判断正确的是（　　） A．比结合能越大的原子核越稳定 B．放射性元素经过个半衰期还剩的元素没有发生衰变 C．红外线和射线都是电磁波，在真空中传播的速度相等 D．一个系统把所吸收的热量全部用来对外做功是不可能的 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中有一个静止的氡核，因衰变放出一个动能为的粒子，其轨迹与反冲核（钋）的轨迹是两个外切的圆。设衰变过程放出的核能全部转变成钋核和粒子的动能，核的质量之比近似等于质量数之比，真空中光速为。 (1)写出氡核衰变的反应方程式，并求粒子和钋核的轨迹半径之比； (2)求氡核衰变过程中的质量亏损。 14．（14分）实验中观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生某种衰变，衰变产生的新核与发出的射线恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，已知1、2轨迹的半径之比为7∶1，新核中质子数与中子数相等。 (1)问：原子核发生的何种衰变；磁场的方向； (2)已知质子的质量是电子的1836倍，求1、2轨迹的周期之比； (3)写出衰变方程。 15．（18分）假设有一种射线是由铀核衰变成Th，并释放一种粒子产生的。 (1)写出衰变为的方程式； (2)已知铀核质量为，钍核的质量为，粒子的质量为，求衰变释放的能量。（结果保留2位有效数字） 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 原子核章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共12小题，共56分。在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9-12题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．近年来，中科院宣布紧凑型聚变能实验装置（BEST）正在安装，中国“人造太阳”预计2027年竣工。“人造太阳”的主要核聚变反应式为：，下列说法正确的是（    ） A．X是质子 B．比更稳定 C．核聚变可在常温下发生 D．“人造太阳”与核电站核反应类型相同 【答案】B 【详解】A．核反应遵守电荷数守恒、质量数守恒：反应前总电荷数为，总质量数为；反应后的电荷数为2、质量数为4，因此X的总电荷数为0、总质量数为1，为中子，不是质子，故A错误； B．核聚变属于放能反应，生成物的比结合能大于反应物的比结合能，比结合能越大原子核越稳定，因此氦核比氚更稳定，故B正确； C．核聚变需要超高温高压条件，克服原子核间的库仑斥力才能发生，常温下无法反应，故C错误； D．“人造太阳”的核反应类型为核聚变，现有商用核电站的核反应类型为核裂变，二者反应类型不同，故D错误。 故选B。 2．在家庭装修中一般要尽量减少石材的使用，这主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（）发生一次衰变后生成新核钋（）和一个粒子X，氡核的半衰期为3.8天。下列说法正确的是（　　） A．氡核发生的是衰变 B．粒子X的电离能力很强 C．若有40个氡原子核，经过7.6天一定还剩下10个氡原子核 D．钋核（）比氡核（）的比结合能小 【答案】B 【详解】首先根据核反应质量数、电荷数守恒，可得衰变方程为 可知粒子X为α粒子，该衰变为α衰变。 A．该衰变放出α粒子，属于α衰变，故A错误； B．X为α粒子，α粒子的电离能力是三种衰变射线中最强的，故B正确； C．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核无意义，40个氡核数量太少，无法确定衰变后剩余的准确数量，故C错误； D．衰变过程释放能量，生成的新核更稳定，比结合能更大，因此钋核的比结合能比氡核大，故D错误。 故选B。 3．嬗变技术是一种将长半衰期核废料转变为短半衰期物质或非放射性物质的技术。利用快中子轰击钚-239核废料的其中一个核反应方程为钚-239的半衰期为2.41万年。下列说法正确的是（　　） A．X为质子 B．反应物总质量等于生成物总质量 C．1g钚-239经过一个半衰期还剩下0.5g钚-239 D．利用化学方法可以改变钚-239的半衰期 【答案】C 【详解】A．核反应满足电荷数守恒、质量数守恒可知，X的电荷数为0，质量数为 则X是中子，不是质子，故A错误； B．该核反应释放能量，根据质能方程可知反应存在质量亏损，反应物总质量大于生成物总质量，故B错误； C．半衰期是放射性元素半数原子核发生衰变的时间，因此1g钚-239经过一个半衰期，剩余未衰变的钚-239质量为0.5g，故C正确； D．半衰期由原子核内部结构决定，与外界物理、化学条件无关，化学方法无法改变其半衰期，故D错误。 故选C。 4．自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将小于2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 【答案】D 【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为0，电荷数为，则X是，故A错误； B．核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，该反应是中子轰击重核的人工核转变，不属于核聚变，故B错误； C．半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强等外界条件无关，温度升高钚的半衰期仍为2.41万年，故C错误； D．4.82万年为2个半衰期，则1 g钚经过4.82万年剩余未衰变的质量为 可知有发生了衰变，故D正确。 故选D。 5．某样品中最初只有放射性元素X，元素X发生衰变，变为元素Y，元素Y还会发生衰变，元素X、Y的原子核数目随时间变化的规律如图所示，可认为2.5 min时元素X的原子核数目已经为零。从Y原子核数目的变化图像中可以看出Y的半衰期约为（　　） A．0.35 min B．0.4 min C．0.7 min D．1.9 min 【答案】C 【详解】由题意可知，2.5min时X的原子核数目几乎为零，也就是说此时不再有新的Y原子核生成了，此时Y纵坐标为3格，3.2min时纵坐标为1.5格，则Y原子核的半衰期约为3.2min-2.5min=0.7min。 故选C。 6．BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度，为实现可控核聚变的实际应用又迈进一步。下列说法正确的是（　　） A．燃料会发生链式反应 B．聚变反应吸收能量而不是释放能量 C．若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 D．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力，从而发生核裂变 【答案】C 【详解】A．链式反应是核裂变的特征，核聚变是轻核聚合成较重核的过程，不会发生链式反应，故A错误； B．核聚变反应存在质量亏损，根据质能方程可知聚变反应释放能量，高温是反应发生的条件，并非反应吸收能量，故B错误； C．核反应满足质量数和电荷数守恒，左边总质量数为5，总电荷数为2，右边氦核质量数为4、电荷数为2，中子质量数为1、电荷数为0，总质量数5，总电荷数为2，守恒关系成立，反应方程正确，故C正确； D．高温的目的是使原子核具有足够动能克服库仑斥力发生核聚变，不是核裂变，故D错误。 故选C。 7．2025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 【答案】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。 8．核能是比较清洁的能源，其中是重要的核原料，其核反应方程之一为，其中具有放射性，其核反应方程为，的半衰期约为28.5年。下列说法正确的是（　　） A．A为 B．为衰变 C．的比结合能大于的比结合能 D．100个经过57年剩余25个 【答案】C 【详解】A．根据核反应方程 的质量数守恒 解得 电荷数守恒 解得 因此A为中子 ，而非电子 ，故A错误； B．根据衰变方程 质量数守恒 解得 电荷数守恒故 解得 因此B为电子 ，属于β衰变，而非α衰变，故B错误； C．比结合能（每个核子的结合能）随质量数变化：铀235（）为重核，质量数大，比结合能较小（约7.5 MeV/核子）；钇90（）为中等质量核，质量数90，比结合能较大（约8.5 MeV/核子）。核裂变释放能量，表明产物核（如钇90）比结合能大于原料核（铀235），故C正确； D．半衰期适用于大量原子核，100个 经过57年（约2个半衰期）后，剩余数量不一定为25个，故D错误。 故选C。 9．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为、、，普朗克常量为，真空中的光速为，若产生的核能全部被光子带走。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出光子的能量 D．光子的波长 【答案】BD 【详解】A．该核反应方程质量数不守恒，故A错误； B．聚变反应中的质量亏损，故B正确； C．聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为，故C错误； D．根据，得光子的波长为，故D正确。 故选BD。 10．铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 【答案】AB 【详解】AB．对于第三个衰变反应，根据质量数守恒 可知 由电荷数守恒 可得，故AB正确； C．衰变过程中释放的电子（β衰变）是由原子核内中子转化为质子时释放的，并非由质子转化为中子和电子而来，故C错误； D．衰变电子来自原子核内部，与核外电子跃迁无关，故D错误。 故选AB。 11．钋是“藏”在香烟中的放射性元素。钋发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是（　　） A．粒子与粒子均带正电 B．粒子电离能力比粒子强 C．粒子由释放 D．与的核子平均质量相等 【答案】BC 【详解】设的质量数为A，电荷数为Z，根据质量数守恒，则；电荷数守恒，则 解得，，故为。 A． 为，带正电，粒子不带电，故A错误； B．X粒子是，电离能力比粒子强，故B正确； C．粒子是由衰变后产生的处于激发态不稳定向低能级跃迁释放的，故C正确； D．衰变过程有质量亏损，因此核子平均质量比的大，故D错误。 故选BC。 12．下列判断正确的是（　　） A．比结合能越大的原子核越稳定 B．放射性元素经过个半衰期还剩的元素没有发生衰变 C．红外线和射线都是电磁波，在真空中传播的速度相等 D．一个系统把所吸收的热量全部用来对外做功是不可能的 【答案】AC 【详解】A．比结合能越大，即核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量越多，原子核结合越牢固，故A正确； B．放射性元素经过4个半衰期还剩的元素没有发生衰变，故B错误； C．红外线和射线都是电磁波，在真空中传播的速度相等，故C正确； D．在气体等温膨胀时，所吸收的热量全部用来对外做功，故D错误。 故选AC。 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中有一个静止的氡核，因衰变放出一个动能为的粒子，其轨迹与反冲核（钋）的轨迹是两个外切的圆。设衰变过程放出的核能全部转变成钋核和粒子的动能，核的质量之比近似等于质量数之比，真空中光速为。 (1)写出氡核衰变的反应方程式，并求粒子和钋核的轨迹半径之比； (2)求氡核衰变过程中的质量亏损。 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）核反应方程为 根据洛伦兹力提供向心力有 得 衰变过程动量守恒 故 故 （2）动能和动量的关系 粒子与钋核的质量比 解得 能量守恒 质能方程 解得 14．（14分）实验中观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生某种衰变，衰变产生的新核与发出的射线恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，已知1、2轨迹的半径之比为7∶1，新核中质子数与中子数相等。 (1)问：原子核发生的何种衰变；磁场的方向； (2)已知质子的质量是电子的1836倍，求1、2轨迹的周期之比； (3)写出衰变方程。 【答案】(1)衰变，磁场垂直纸面向里 (2) (3) 【详解】（1）衰变后新核和粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力可知，新核和粒子的电性相反，新核带正电荷，则粒子带负电荷，发生的是衰变，根据动量守恒新核和粒子的动量大小相等，方向相反，在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力 解得 电子的电荷量小于新核的电荷量，所以其运动半径大于新核的运动半径，判断出轨迹1是电子的，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。 （2）根据，可推出电荷量之比是 质量之比是 结合公式 可推出周期之比是 （3）新核为，衰变方程为 15．（18分）假设有一种射线是由铀核衰变成Th，并释放一种粒子产生的。 (1)写出衰变为的方程式； (2)已知铀核质量为，钍核的质量为，粒子的质量为，求衰变释放的能量。（结果保留2位有效数字） 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据质量数、核电荷数守恒可知该反应方程为 （2）根据质能方程 代入数据得衰变释放的能量为 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $