第五章 原子核（高效培优·单元测试）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第5章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48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，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是（　　） A．He B．He C． D．He 【答案】C 【详解】粒子是， “反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，可知反α粒子的符号是。 故选C。 2．在考古研究中，通常利用的衰变来测算文物的大致年代，其半衰期为5730年，已知衰变方程为：，碳14发生衰变的过程中，除检测到X粒子的射线外，还检测到了γ射线，下列说法正确的是（　　） A．X是α粒子 B．γ射线电离能力比α射线强 C．X粒子来自于碳原子的核外 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为5730年 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，反应前后电荷数满足 得 质量数满足 得 故X为电子，不是粒子，故A错误； B．三种射线中，射线电离能力最强，射线电离能力最弱，故B错误； C．衰变放出的电子是原子核内中子衰变为质子时产生的，来自原子核内部，不是核外电子，故C错误； D．根据半衰期公式 当时，年 即古木距今约5730年，故D正确。 故选D。 3．宁德核电站是中国首个在海岛上建设的核电站。核电站的能量来源于原子核的裂变，其中一个典型的核反应方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，则， 解得质量数 电荷数 所以X为。 故选A。 4．在具有辐射的环境中，一般同时存在射线，在这种辐射环境中的工作人员需要佩戴底片胸章来检测他们工作时接受的辐射剂量，如图1所示，胸章内有一块由黑纸包裹的感光底片、一块厚铝板和一块厚铅板。感光底片被射线照射后就会感光变黑，工作人员佩戴一定时间后，取出感光底片，根据、、三个区域变黑情况，就能分析环境中的射线的辐射情况，如图2所示。下面说法正确的是（　　） A．区域变黑仅是射线造成的 B．区域变黑仅是射线造成的 C．区域变黑仅是射线造成的 D．三个区域颜色最深的是区域 【答案】C 【详解】A．三种射线中，射线的穿透能力最弱，射线的穿透能力最强，区域前无遮挡物，因此区域变黑是三种射线共同造成的，A错误； B．射线穿不透铝板，所以区域变黑是由和两种射线造成的，B错误； C．和射线都穿不透铝板和铅板的叠加，所以区域变黑仅是由射线造成的，C正确； D．经上述分析可知，区域颜色最深，D错误。 故选C。 5．新一代人造太阳“中国环流三号”首次达到离子温度1.17亿度、电子温度1.6亿度。环流三号的目标反应是氘-氚聚变，其反应方程为：，下列说法正确的是（　　） A．反应产物中的X为质子 B．反应产物中的X为电子 C．温度足够高，可使氘和氚的间距达到m以内，从而发生聚变 D．温度足够高，可使氘和氚的间距达到m以内，从而发生聚变 【答案】D 【详解】AB．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，X的电荷数为，质量数为，可知X为中子，不是质子，故AB错误； CD．核力是短程力，作用范围仅为量级，是原子半径尺度，此时原子核间库仑斥力远大于核力，无法发生聚变，故C错误，D正确。 故选D。 6．“烛龙一号”是由无锡贝塔医药科技有限公司联合西北师范大学科研团队研发的国内首款C-14核电池，其工作原理基于放射性同位素C-14的衰变，通过换能器件可以直接将射线粒子的动能转化为电流。对此，下列说法正确的是（　　） A．该衰变为衰变 B．衰变释放的射线粒子来源于核外电子 C．随着温度的升高，C-14的半衰期不变 D．的比结合能比的比结合能小 【答案】C 【详解】A．据质量数和电荷数守恒,该衰变为衰变，故A错误； B．衰变的实质是原子核内的一个中子转变成一个质子时放出了一个电子，故B错误； C．半衰期是原子核本身的属性决定，跟物理条件和化学状态无关，即温度的升高，C-14的半衰期不变，故C正确； D．比结合能越大，原子核越稳定，即的比结合能比的比结合能大，故D错误。 故选C。 7．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。 8．天然放射现象在医药领域的应用涵盖了从基础研究到临床治疗的多个方面，推动了核医学的发展和精准诊疗的进步。氟具有放射性，可用来标记药物，其衰变方程为。某含的化合物中，核的数量与核的数量比值k随时间t变化的图线如图所示，则下列说法正确的是 A．的半衰期为 年 B．的半衰期为 年 C．该衰变是α衰变 D．核的比结合能比核的比结合能大 【答案】A 【详解】AB．设初始的总原子核数为，半衰期为，则时刻剩余的原子核数为： 衰变产生的原子核数等于衰变的的原子核数，即 题目中，当时： 得 即剩余为初始的一半，为原来的两倍，此时，对应时间年，因此半衰期年。故A正确，B错误。 C．该衰变放出的是（正电子），属于衰变；衰变会放出氦核，与题目不符，故C错误。 D．衰变是自发释放能量的过程，衰变后生成的新核更稳定，比结合能更大，因此的比结合能大于的比结合能，故D错误。 故选A。 9．（多选）关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．牛顿第二定律确定了物体的加速度与质量及其所受的力的关系，是牛顿运动学的核心 B．爱因斯坦受到普朗克能量子假说启发，提出光子说，成功地解释了光电效应规律 C．美国物理学家库仑通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔物理学奖 D．卢瑟福使用粒子轰击铍核时发现了中子的存在 【答案】AB 【详解】A．牛顿第二定律确定了物体的加速度与质量及其所受的力的关系，是牛顿运动学的核心，故A正确； B．爱因斯坦受到普朗克量子假说启发，提出光子说，成功地解释了光电效应规律，故B正确； C．美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得了诺贝尔物理学奖，故C错误； D．英国物理学家查德威克于1932年用α粒子轰击铍核首次发现了中子，故D错误。 故选AB。 10．（多选）月球夜晚温度低至－180℃，“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238（）会不断发生衰变，释放能量为仪器设备供热。可以通过以下反应过程得到，，，下列说法正确的是（　　） A．k＝1 B．X为电子 C．到月球上半衰期变大 D．的比结合能比的比结合能小 【答案】BD 【详解】AB．根据质量数和核电荷数守恒可知，X为，即电子，故A错误，B正确； C．半衰期只与元素本身的性质有关，与元素所处的物理、化学状态及周围的环境均无关，故C错误； D．的衰变方程为 衰变过程中释放核能，更稳定，因此的比结合能比的比结合能小，故D正确。 故选BD。 11．（多选）下列说法正确的是（    ） A．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 B．普通水不能作为核裂变时的慢化剂使用 C．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 D．只要光的振动方向不与透振方向平行就无法通过偏振片 【答案】AC 【详解】A．霍尔元件利用霍尔效应工作，当通入恒定电流时，产生的霍尔电压与磁感应强度成正比，能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故A正确； B．普通水（轻水）可以作为核裂变反应堆的慢化剂，目前广泛使用的轻水堆就是以普通水作为慢化剂，故B错误； C．根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，这是热力学第二定律的核心结论，故C正确； D．只有光的振动方向与透振方向垂直时，才无法通过偏振片；若只是不平行（未垂直），光振动可以分解出平行于透振方向的分量，仍能部分通过偏振片，故D错误。 故选AC。 12．（多选）关于课本中四幅图的描述，正确的是（    ） A．甲图中，饮水小鸭不是永动机，它吸收了空气的热量，才能够持续工作下去 B．乙图中，若热机没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能 C．丙图中可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度 D．交流电源和电流表串联后接入丁图中传感器的线圈两端，物体向左移动时，电流表示数会变小 【答案】ABD 【详解】A．饮水小鸭容器内装有易挥发液体，吸收空气中热量挥发成气体，下面变轻从而饮水，与水接触时，放热冷却为液体，下面变重，离开水，反复这个过程，因此饮水小鸭不是永动机，它吸收了空气的热量，才能够持续工作下去，故A正确； B．根据热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，故燃料产生的热量不可能完全转化成机械能，故B正确； C．丙图中可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度，故C错误； D．位移传感器，物体向左移动时，线圈自感系数增大，由自感电动势，电流的变化率只和交流电频率有关，因此自感电动势增大，将线圈和交流的电源看作一个整体，两端电压最大值减小，电路电压有效值减小，电路电阻增大，故电流有效值减小，电流表示数会变小，故D正确。 故选ABD。 第Ⅱ卷 非选择题 二、填空题（本题共2小题，每题6分，共12分） 13．2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚变”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。 【答案】 聚变 质子 【详解】[1]核反应方程 为核聚变反应； [2]根据质量数守恒和电荷数守恒可知，反应式中的X为质子（）； [3]根据爱因斯坦的质能方程可知，该核反应释放的核能大小为 14．一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。 【答案】(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。 三．计算题（本题共3小题，共40分） 15．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.002 6 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。 (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 【详解】（1）四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应方程为 （2）根据爱因斯坦质能方程，核反应释放的能量为。 （3）太阳每秒减少的质量为。 16．锝是第一种被人工制造的放射性元素，可以作为放射性药物用于“心脏灌注显像”的检测技术。含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉中，通过血液循环均匀地分布到血液中，这时可利用其射线对被检测者的心脏进行造影。 (1)写出发生β衰变，生成的核反应方程； (2)锝的衰变规律如图所示，求锝的半衰期； (3)若上午8点注射锝的质量为m0，求次日凌晨2点剩余锝的质量m。 【详解】（1）发生β衰变，生成的核反应方程为 （2）根据图像，6小时有一半发生衰变，所以该元素的半衰期为 （3）从上午8点到次日凌晨2点的时间间隔 剩余的质量为 17．太阳主要是由等粒子组成。维持太阳辐射的是其内部的核聚变反应，核反应方程是，该核反应产生的核能最后转化为辐射能。根据恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目比现在减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化模型，假定目前太阳全部由和核组成，并据此回答下列问题。 (1)已知电子质量，质子质量，核质量。求题中所述的核聚变反应所释放的核能。（结果保留一位有效数字） (2)已知太阳的质量为，日地平均距离为，地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能为。试估算太阳继续保持在主序星阶段的寿命。（结果保留一位有效数字） 【详解】（1）该核反应过程，根据质能方程有 代入题中数据解得 （2）根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为 因此，太阳总共辐射出的能量为 设太阳辐射是各向同性的，则时间内太阳向外放出的辐射能为 联立解得 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第5章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48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，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是（　　） A．He B．He C． D．He 2．在考古研究中，通常利用的衰变来测算文物的大致年代，其半衰期为5730年，已知衰变方程为：，碳14发生衰变的过程中，除检测到X粒子的射线外，还检测到了γ射线，下列说法正确的是（　　） A．X是α粒子 B．γ射线电离能力比α射线强 C．X粒子来自于碳原子的核外 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为5730年 3．宁德核电站是中国首个在海岛上建设的核电站。核电站的能量来源于原子核的裂变，其中一个典型的核反应方程为，则X为（　　） A． B． C． D． 4．在具有辐射的环境中，一般同时存在射线，在这种辐射环境中的工作人员需要佩戴底片胸章来检测他们工作时接受的辐射剂量，如图1所示，胸章内有一块由黑纸包裹的感光底片、一块厚铝板和一块厚铅板。感光底片被射线照射后就会感光变黑，工作人员佩戴一定时间后，取出感光底片，根据、、三个区域变黑情况，就能分析环境中的射线的辐射情况，如图2所示。下面说法正确的是（　　） A．区域变黑仅是射线造成的 B．区域变黑仅是射线造成的 C．区域变黑仅是射线造成的 D．三个区域颜色最深的是区域 5．新一代人造太阳“中国环流三号”首次达到离子温度1.17亿度、电子温度1.6亿度。环流三号的目标反应是氘-氚聚变，其反应方程为：，下列说法正确的是（　　） A．反应产物中的X为质子 B．反应产物中的X为电子 C．温度足够高，可使氘和氚的间距达到m以内，从而发生聚变 D．温度足够高，可使氘和氚的间距达到m以内，从而发生聚变 6．“烛龙一号”是由无锡贝塔医药科技有限公司联合西北师范大学科研团队研发的国内首款C-14核电池，其工作原理基于放射性同位素C-14的衰变，通过换能器件可以直接将射线粒子的动能转化为电流。对此，下列说法正确的是（　　） A．该衰变为衰变 B．衰变释放的射线粒子来源于核外电子 C．随着温度的升高，C-14的半衰期不变 D．的比结合能比的比结合能小 7．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 8．天然放射现象在医药领域的应用涵盖了从基础研究到临床治疗的多个方面，推动了核医学的发展和精准诊疗的进步。氟具有放射性，可用来标记药物，其衰变方程为。某含的化合物中，核的数量与核的数量比值k随时间t变化的图线如图所示，则下列说法正确的是 A．的半衰期为 年 B．的半衰期为 年 C．该衰变是α衰变 D．核的比结合能比核的比结合能大 9．（多选）关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．牛顿第二定律确定了物体的加速度与质量及其所受的力的关系，是牛顿运动学的核心 B．爱因斯坦受到普朗克能量子假说启发，提出光子说，成功地解释了光电效应规律 C．美国物理学家库仑通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔物理学奖 D．卢瑟福使用粒子轰击铍核时发现了中子的存在 10．（多选）月球夜晚温度低至－180℃，“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238（）会不断发生衰变，释放能量为仪器设备供热。可以通过以下反应过程得到，，，下列说法正确的是（　　） A．k＝1 B．X为电子 C．到月球上半衰期变大 D．的比结合能比的比结合能小 11．（多选）下列说法正确的是（    ） A．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 B．普通水不能作为核裂变时的慢化剂使用 C．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 D．只要光的振动方向不与透振方向平行就无法通过偏振片 12．（多选）关于课本中四幅图的描述，正确的是（    ） A．甲图中，饮水小鸭不是永动机，它吸收了空气的热量，才能够持续工作下去 B．乙图中，若热机没有漏气和摩擦，也没有机体热量的损失，燃料产生的热量也不可能完全转化成机械能 C．丙图中可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度 D．交流电源和电流表串联后接入丁图中传感器的线圈两端，物体向左移动时，电流表示数会变小 第Ⅱ卷 非选择题 二、填空题（本题共2小题，每题6分，共12分） 13．2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚变”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。 14．一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。 三．计算题（本题共3小题，共40分） 15．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.002 6 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。 (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 16．锝是第一种被人工制造的放射性元素，可以作为放射性药物用于“心脏灌注显像”的检测技术。含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉中，通过血液循环均匀地分布到血液中，这时可利用其射线对被检测者的心脏进行造影。 (1)写出发生β衰变，生成的核反应方程； (2)锝的衰变规律如图所示，求锝的半衰期； (3)若上午8点注射锝的质量为m0，求次日凌晨2点剩余锝的质量m。 17．太阳主要是由等粒子组成。维持太阳辐射的是其内部的核聚变反应，核反应方程是，该核反应产生的核能最后转化为辐射能。根据恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目比现在减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化模型，假定目前太阳全部由和核组成，并据此回答下列问题。 (1)已知电子质量，质子质量，核质量。求题中所述的核聚变反应所释放的核能。（结果保留一位有效数字） (2)已知太阳的质量为，日地平均距离为，地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能为。试估算太阳继续保持在主序星阶段的寿命。（结果保留一位有效数字） / 学科网（北京）股份有限公司 $