第五章 原子核 章末练习卷一 - 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 本试卷为高中物理原子核单元复习卷，以2026年CFETR稳态运行、“烛龙一号”碳14核电池等科技前沿为情境，全面考查原子核反应、结合能、衰变等核心知识，适配单元复习巩固与素养提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|12题/56分|核反应方程、比结合能、衰变、半衰期|以CFETR核聚变、“东方超环”等情境考查物理观念，第6题结合能曲线培养科学思维| |非选择题|3题/44分|结合能计算、衰变能量与动能、核反应动量|15题多问综合考查质量亏损、动能比，体现模型建构与科学推理，适配单元能力提升|

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。 1．2026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 【答案】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。 2．科学家利用放射性材料——中的发生衰变为火星车供电，其衰变方程为，已知的半衰期是87.7年，下列说法正确的是（　　） A．X是粒子，该过程放出能量 B．X是粒子，该过程吸收能量 C．经过175.4年，会有的发生衰变 D．经过175.4年，会有的发生衰变 【答案】D 【详解】AB．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒可知，X的电荷数为2，质量数为4，因此X为粒子，即，衰变过程存在质量亏损，根据质能方程，会释放能量，故A、B错误； CD．的半衰期年，年为两个半衰期， 根据半衰期规律，剩余未衰变的占初始总量的 因此发生衰变的占比为，故C错误，D正确。 故选D。 3．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现新核素，核反应方程为核电站反应堆中，一种典型的裂变反应为。下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福发现新核素的核反应属于核聚变 B．核反应方程中的X是中子 C．β衰变的实质是Y转化成 X 和电子 D．铀235裂变需要吸收能量 【答案】C 【详解】第一个反应中，X的电荷数=7+2-8=1，质量数=14+4-17=1，故X为质子（）； 第二个反应中，Y的电荷数=56+36-92=0，质量数=，故Y为中子（）。 A．核聚变是轻核结合成质量更大的核的反应，卢瑟福的核反应是人工核转变，不属于核聚变，A错误； B．由上述计算可知，X是质子，不是中子，B错误； C．β衰变的实质是原子核内的中子（Y）转化为质子（X）和电子，电子作为β粒子释放，C正确； D．铀235裂变存在质量亏损，会释放大量能量，不需要吸收能量，D错误。 故选C。 4．对下列图片的描述正确的是（　　） A．图（a）证实电子具有波动性 B．图（b）中射线3的电离本领最弱 C．图（c）中为了减缓核反应速度，需将镉棒抽出一些 D．图（d）中的β射线穿透能力比γ射线强 【答案】A 【详解】A．图（a）中的电子束通过铝箔时的衍射图样证实电子具有波动性，故A正确； B．图（b）中根据左手定则可知射线2为射线，电离本领最弱，故B错误； C．图（c）中用石墨或重水使中子减速，为了减缓核反应速度，需将镉棒插入一些，吸收更多的中子减缓核反应速度，故C错误； D．β射线能穿透塑料板却难以穿透钢板，射线可穿透钢板，故图（d）中的β射线穿透能力比射线弱，故D错误。 故选A。 5．钚-239是一种放射性物质，其衰变方程为。已知、、三种原子的核质量依次为、、，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．方程式中， B．该衰变为α衰变 C．由原子核中的四个质子转化而来 D．该核反应放出的能量为 【答案】B 【详解】A．根据电荷数守恒得a=94-92=2 根据质量数守恒得b=239-235=4，故A错误； B．X为即α粒子，放出α粒子的衰变属于α衰变，故B正确； C．α粒子由原子核内2个质子和2个中子结合形成，不是四个质子转化而来，故C错误； D．质量亏损为反应前总质量减去反应后总质量 根据质能方程，释放能量，故D错误。 故选B。 6．原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知（　　） A．核比核更稳定 B．两个核聚变成核会放出能量 C．核裂变成核和核要吸收能量 D．核的结合能比核的结合能大 【答案】B 【详解】A．比结合能越大，原子核越稳定。由图可知， 核的比结合能大于核的比结合能，所以核比核更稳定，故A错误； B．由图可知，核的比结合能远大于核的比结合能。两个核聚变成核的过程中，比结合能增大，原子核变得更稳定，会有质量亏损，根据质能方程可知该过程会放出能量，故B正确； C．由图可知，中等质量原子核和的比结合能大于重核的比结合能。核裂变成核和核，反应后比结合能增大，系统更稳定，会释放能量，故C错误； D．结合能等于比结合能与核子数（质量数）的乘积。虽然核的比结合能比核的大，但核的核子数（235）远多于核的核子数（89），可知核的总结合能更大，故D错误。 故选B。 7．2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．具有放射性 B．粒子X是核内中子转化为质子的过程中产生的 C．粒子X是居里夫人首先发现的 D．粒子X的电离能力比α粒子强 【答案】B 【详解】A．是氮的稳定同位素，不具有放射性，故A错误； B．根据核反应电荷数守恒和质量数守恒，可得粒子X的质量数为 电荷数为 因此X为电子，该反应为β衰变，而β衰变的本质是原子核内的中子转化为质子的过程中，同时释放出电子，即粒子X，故B正确； C．电子是汤姆孙首先发现的，居里夫人的主要贡献是发现放射性元素钋和镭，故C错误； D．α粒子的电离能力远强于电子，故D错误。 故选B。 8．随着科学日益进步，人们对原子及原子核的认识越来越深刻，下列说法正确的是（　　） A．天然放射性现象的发现表明了原子内部是有复杂结构的 B．分别用紫外线和红外线照射同一金属表面，如果紫外线使金属能发生光电效应，则用红外线照射该金属一定能发生光电效应 C．一个氢原子处于量子数n＝4的激发态，如果这个氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，则最多可以辐射六种不同频率的光 D．比结合能越大的原子核越稳定 【答案】D 【详解】A．天然放射性现象的本质是原子核自发衰变放出射线，该发现证明的是原子核内部存在复杂结构，电子的发现才表明原子有内部结构，A错误； B．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，紫外线频率高于红外线，紫外线能发生光电效应时，红外线频率可能低于金属极限频率，不一定能发生光电效应，B错误； C．题中说明是一个氢原子，而非一群氢原子。一个处于激发态的氢原子向低能级跃迁，最多只能辐射共3种不同频率的光，只有一群氢原子才最多辐射种频率的光，C错误； D．比结合能是原子核结合能与核子数的比值，比结合能越大，拆分单个核子需要的平均能量越高，原子核越稳定，D正确。 故选D。 9．在恒星内部的氦燃烧过程中，通常是先由两个氦核结合成不稳定的铍核，核反应方程为，紧接着铍核再捕获第三个氦核生成碳核，核反应方程为。相关原子核的质量如表所示，则（　　） 原子核 质量 A．在核反应中，质量亏损 B．在核反应中，中子数不守恒 C．在核反应中，会释放出核能 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】AD 【详解】AD．在核反应中，质量亏损，故该核反应释放核能，生成的原子核比原来的原子核更加稳定，故的比结合能大于的比结合能，故AD正确； B．在核反应中，每个含有的中子数为，含有的中子数为，反应前的中子数等于反应后的中子数，中子数守恒，故B错误； C．由于，所以，在核反应中，会吸收能量，故C错误。 故选AD。 10．2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 【答案】BD 【详解】A．根据核反应过程质量数和电荷数守恒可知，核反应方程式为，则为中子，故A错误； B．一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损为 故该聚变反应释放的能量是，故B正确； C．氘完全参与该核反应时释放出能量 即数量级为，故C错误； D．氘核与氚核发生核聚变时，需要克服原子核间的库仑斥力，间距要达到，让核力起作用，故D正确。 故选BD。 11．下列说法正确的是（　　） A．电子的动量越大，电子的物质波波长越长 B．黑体不反射电磁波，也不会向外辐射电磁波 C．高速运动的子寿命变长的现象，用经典理论无法解释 D．铯原子核（）的结合能小于铅原子核（）的结合能 【答案】CD 【详解】A．根据物质波公式，物质波波长与动量成反比，电子动量越大，物质波波长越短，故A错误； B．黑体的定义是：完全吸收入射的电磁波，不反射电磁波，但黑体自身会向外辐射电磁波，黑体辐射正是对该性质的研究，故B错误； C．高速运动的子寿命变长是狭义相对论的时间膨胀效应，经典物理学持绝对时空观，认为时间与运动状态无关，无法解释该现象，故C正确； D．原子核的总结合能随核子数增加而增大，铯原子核核子数为133，铅原子核核子数为208，铅的核子数更多，总结合能更大，因此铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，故D正确。 故选CD。 12．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 【答案】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。 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）的质量是，质子的质量是，中子的质量是，则： (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 【答案】(1)释放核能，7.97MeV (2)7.97MeV，2.66MeV (3) 【详解】（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 反应前各核子总质量为 反应后新核的质量为 质量亏损为 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应。 根据爱因斯坦质能方程可得该过程释放的核能为 （2）氚核的结合能即为 它的比结合能为 （3）放出光子的频率为 14．（14分）一个静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核。已知镭核226质量为，氡核222质量为，放出粒子的质量为，相当于的能量。 (1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量； (3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）核反应方程为 （2）镭核衰变放出的能量为 （3）镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得① 又因为衰变放出的能量转变为氡核和粒子的动能，则② 由①②可得 15．（18分）用中子轰击锂核发生核反应，生成氚核和粒子，并放出的能量。（原子质量单位为相当于的能量） (1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损； (3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能之比是多少？ (4)粒子的动能是多大？ 【答案】(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）（1）核反应方程 （2）由可得 （3）根据题意有 式中分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能 可得它们的动能之比为 （4）忽略反应前中子的动能，则反应后粒子的动能 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。 1．2026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 2．科学家利用放射性材料——中的发生衰变为火星车供电，其衰变方程为，已知的半衰期是87.7年，下列说法正确的是（　　） A．X是粒子，该过程放出能量 B．X是粒子，该过程吸收能量 C．经过175.4年，会有的发生衰变 D．经过175.4年，会有的发生衰变 3．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现新核素，核反应方程为核电站反应堆中，一种典型的裂变反应为。下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福发现新核素的核反应属于核聚变 B．核反应方程中的X是中子 C．β衰变的实质是Y转化成 X 和电子 D．铀235裂变需要吸收能量 4．对下列图片的描述正确的是（　　） A．图（a）证实电子具有波动性 B．图（b）中射线3的电离本领最弱 C．图（c）中为了减缓核反应速度，需将镉棒抽出一些 D．图（d）中的β射线穿透能力比γ射线强 5．钚-239是一种放射性物质，其衰变方程为。已知、、三种原子的核质量依次为、、，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．方程式中， B．该衰变为α衰变 C．由原子核中的四个质子转化而来 D．该核反应放出的能量为 6．原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知（　　） A．核比核更稳定 B．两个核聚变成核会放出能量 C．核裂变成核和核要吸收能量 D．核的结合能比核的结合能大 7．2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．具有放射性 B．粒子X是核内中子转化为质子的过程中产生的 C．粒子X是居里夫人首先发现的 D．粒子X的电离能力比α粒子强 8．随着科学日益进步，人们对原子及原子核的认识越来越深刻，下列说法正确的是（　　） A．天然放射性现象的发现表明了原子内部是有复杂结构的 B．分别用紫外线和红外线照射同一金属表面，如果紫外线使金属能发生光电效应，则用红外线照射该金属一定能发生光电效应 C．一个氢原子处于量子数n＝4的激发态，如果这个氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，则最多可以辐射六种不同频率的光 D．比结合能越大的原子核越稳定 9．在恒星内部的氦燃烧过程中，通常是先由两个氦核结合成不稳定的铍核，核反应方程为，紧接着铍核再捕获第三个氦核生成碳核，核反应方程为。相关原子核的质量如表所示，则（　　） 原子核 质量 A．在核反应中，质量亏损 B．在核反应中，中子数不守恒 C．在核反应中，会释放出核能 D．的比结合能大于的比结合能 10．2025年全球首个全超导非圆截面托卡马克——“东方超环”，技术成果取得关键突破。一种典型的聚变反应是一个氘核和一个氚核聚变成氦核和某种强子x，已知、、和x的质量分别为、、和，1u相当于，阿伏伽德罗常数为，元电荷，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程为，其中为质子 B．该核反应过程中释放的能量约为 C．氘完全参与该核反应时释放出能量的数量级为 D．要使该核聚变发生，必须使氘核和氚核的距离达到以内，让核力起作用 11．下列说法正确的是（　　） A．电子的动量越大，电子的物质波波长越长 B．黑体不反射电磁波，也不会向外辐射电磁波 C．高速运动的子寿命变长的现象，用经典理论无法解释 D．铯原子核（）的结合能小于铅原子核（）的结合能 12．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 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）的质量是，质子的质量是，中子的质量是，则： (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 14．（14分）一个静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核。已知镭核226质量为，氡核222质量为，放出粒子的质量为，相当于的能量。 (1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量； (3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能。 15．（18分）用中子轰击锂核发生核反应，生成氚核和粒子，并放出的能量。（原子质量单位为相当于的能量） (1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损； (3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能之比是多少？ (4)粒子的动能是多大？ 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $