第五章 原子核 章末练习卷三-2025-2026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．核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu核衰变为U核和新粒子，并释放出γ光子。已知Pu、U的质量分别为mPu、mU，下列说法正确的是（　　） A．Pu的衰变方程为Pu→U＋2H＋γ B．释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量 C．U的结合能比Pu的结合能更大 D．核反应过程中释放的核能为ΔE＝（mPu－mU）c2 2．在磁感应强度大小为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。真空中光速为c，下列说法正确的是（　　） A．新核Y在磁场中做圆周运动的轨道半径为 B．若将α粒子做圆周运动等效成一个环形电流，则电流大小为 C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核Y的动能，则衰变过程中的质量亏损约 D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中旋转方向相同，且轨迹为相互内切的圆 3．天然钍232经过中子轰击，可得铀233，是一种前景十分可观的能源材料。天然钍232的衰变方程为，下列判断正确的是（　　） A．n=2，m=3 B．n=3，m=2 C．n=2，m=1 D．n=3，m=1 4．钫是一种半衰期极短的放射性元素，其中钫223是钫的众多同位素中寿命最长的，其半衰期仅为21.8分钟。则10g钫223经43.6分钟后，剩余钫223的质量为（　　） A．0 B．1.25g C．2.5g D．5g 5．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——作为发电能源为火星车供电。中Pu元素是，其发生衰变，半衰期为87.7年。关于Pu元素的衰变，下列说法正确的是（　　） A．Pu元素的衰变方程为 B．经过87.7年，1000个Pu原子一定剩余500个 C．U核的比结合能大于Pu核的比结合能 D．升高环境温度可以使Pu的半衰期减小 6．近日，中国成功运行全球首座钍基熔盐堆反应堆。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中发生了衰变 B．方程②中发生了核裂变反应 C．10克经其一个半衰期剩下5克 D．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 7．2025年6月，我国秦山核电“和福一号”技术品牌实现了医用同位素钇-90（）的批量化生产，为肝癌精准治疗提供了核心原料。钇-90生产过程是通过锶-90衰变而得，衰变方程为，已知锶核（）的半衰期为28.8年，单个原子核、原子核、粒子X的质量分别为、、，真空中光速为，则下列说法正确的是（　　） A．X为 B．温度越高，原子核的半衰期越短 C．单个原子核衰变释放的能量为 D．10个原子核经过28.8年后剩余5个原子核未衰变 8．一个α粒子融合到一个核中，核反应方程为，其中和的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为 C．X的中子数为9 D．比更稳定 9．钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为Pu→U＋He＋γ，则（　　） A．核反应中γ的能量就是Pu的结合能 B．核燃料总是利用平均结合能小的核 C．U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大 D．该衰变过程是α衰变 10．关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，它的比结合能越大 B．比结合能越大，原子核越稳定 C．比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时会释放能量 D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和必小于原来重核的结合能 11．关于人工放射性同位素，下列说法正确的是（　　） A．人工放射性同位素的种类比天然放射性同位素的种类少 B．人工放射性同位素产生的放射强度容易控制 C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤 D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染 12．下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福的粒子散射实验说明了原子的核式结构模型 B．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和次衰变 C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将不变 D．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念，并指出氢原子从低能级跃迁到高能级要吸收光子 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）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） 14．（14分）正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术。检查前，将含有放射性元素的示踪剂注入患者体内，原子核衰变为，同时放出正电子。正电子与患者体内的电子湮灭过程中放出一对频率相同的光子。探测器记录各处放出光子的情况，光子越多处的人体组织越活跃。已知的比结合能为3MeV，正电子和电子的质量均为m。光在真空中的速度为c。 (1)写出原子核的衰变方程，并求的结合能； (2)求正电子与电子湮灭过程所放出的单个光子的动量。 15．（18分）氡（）是一种天然的放射性元素，氡核发生衰变后变成钋核（），氡的衰变规律如图所示。已知核质量为，核质量为，粒子的质量为，原子质量单位1u相当于931.5MeV的能量。 (1)写出衰变方程； (2)原子核衰变为的过程中释放的能量为多少MeV； (3)假设一块矿石中含有4kg的，经过19天后，还剩多少。 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．核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu核衰变为U核和新粒子，并释放出γ光子。已知Pu、U的质量分别为mPu、mU，下列说法正确的是（　　） A．Pu的衰变方程为Pu→U＋2H＋γ B．释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量 C．U的结合能比Pu的结合能更大 D．核反应过程中释放的核能为ΔE＝（mPu－mU）c2 【答案】B 【详解】A．衰变方程质量数应该守恒，选项A中方程左侧质量数为239，右侧质量数为237，故A错误； B．衰变前，钚原子核静止，衰变释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量，故B正确； C．结合能是原子核分解为自由核子所需的能量，铀原子核的核子数少于钚原子核的核子数，结合能随核子数增加而增大，因此铀原子核的结合能更小，故C错误； D．核反应释放的核能应为 ，故D错误。 故选B。 2．在磁感应强度大小为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。真空中光速为c，下列说法正确的是（　　） A．新核Y在磁场中做圆周运动的轨道半径为 B．若将α粒子做圆周运动等效成一个环形电流，则电流大小为 C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核Y的动能，则衰变过程中的质量亏损约 D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中旋转方向相同，且轨迹为相互内切的圆 【答案】B 【详解】A．衰变过程中系统动量守恒，α粒子和新核Y的动量大小相等。由半径公式可知，轨道半径与电荷量成反比。α粒子电荷为2e，新核Y电荷为(Z-2)e，新核Y与α粒子的半径之比为 解得，A错误； B．α粒子做圆周运动的周期为 等效电流为，B正确； C．α粒子速度v1为 解得 新核Y的速度v2为 α粒子的质量为m，每个核子的质量为；新核Y的核子数为A-4，新核Y的质量为 衰变后系统总动能为 释放的核能为 根据能量守恒定律 解得，C错误； D．衰变后两粒子运动方向相反，都带正电荷，由左手定则，旋转方向相反，轨迹为外切圆， D错误。 故选B。 3．天然钍232经过中子轰击，可得铀233，是一种前景十分可观的能源材料。天然钍232的衰变方程为，下列判断正确的是（　　） A．n=2，m=3 B．n=3，m=2 C．n=2，m=1 D．n=3，m=1 【答案】B 【详解】根据核反应过程质量数、电荷数守恒可得， 解得， 故选B。 4．钫是一种半衰期极短的放射性元素，其中钫223是钫的众多同位素中寿命最长的，其半衰期仅为21.8分钟。则10g钫223经43.6分钟后，剩余钫223的质量为（　　） A．0 B．1.25g C．2.5g D．5g 【答案】C 【详解】钫223的半衰期仅为21.8分钟，经43.6分钟后即2个半衰期后，剩余钫223的质量为 故选C。 5．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——作为发电能源为火星车供电。中Pu元素是，其发生衰变，半衰期为87.7年。关于Pu元素的衰变，下列说法正确的是（　　） A．Pu元素的衰变方程为 B．经过87.7年，1000个Pu原子一定剩余500个 C．U核的比结合能大于Pu核的比结合能 D．升高环境温度可以使Pu的半衰期减小 【答案】C 【详解】A．Pu元素的衰变方程为 A错误； B．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，B错误； C．衰变过程中释放能量，生成的U核更稳定，比结合能更大，C正确； D．半衰期与物理、化学状态无关，Pu核的半衰期不受环境温度的影响，D错误。 选C。 6．近日，中国成功运行全球首座钍基熔盐堆反应堆。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中发生了衰变 B．方程②中发生了核裂变反应 C．10克经其一个半衰期剩下5克 D．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 【答案】C 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，方程①中X的电荷数为，质量数为，即X是电子，该反应为衰变，不是衰变，故A错误； B．核裂变是重核分裂为多个中等质量原子核的反应，方程②是俘获中子生成，不属于裂变反应，故B错误； C．半衰期的定义为：经过一个半衰期，放射性元素有半数原子核发生衰变，剩余未衰变的该元素质量为初始质量的，因此10克经一个半衰期剩余5克，故C正确； D．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等外部环境无关，高温不会改变的半衰期，故D错误。 故选C。 7．2025年6月，我国秦山核电“和福一号”技术品牌实现了医用同位素钇-90（）的批量化生产，为肝癌精准治疗提供了核心原料。钇-90生产过程是通过锶-90衰变而得，衰变方程为，已知锶核（）的半衰期为28.8年，单个原子核、原子核、粒子X的质量分别为、、，真空中光速为，则下列说法正确的是（　　） A．X为 B．温度越高，原子核的半衰期越短 C．单个原子核衰变释放的能量为 D．10个原子核经过28.8年后剩余5个原子核未衰变 【答案】C 【详解】A．据衰变过程的电荷数守恒、质量数守恒，X的质量数为，电荷数为，因此X是电子，不是质子，故A错误； B．半衰期是原子核本身的固有属性，仅由原子核内部因素决定，与外界温度、压强等环境条件无关，故B错误； C．该衰变过程的质量亏损，根据质能方程，单个原子核衰变释放的能量为，故C正确； D．半衰期是统计规律，仅对大量原子核的衰变行为成立，对少量原子核无法准确预测衰变剩余数量，故D错误。 故选C。 8．一个α粒子融合到一个核中，核反应方程为，其中和的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为 C．X的中子数为9 D．比更稳定 【答案】B 【详解】AC．根据电荷数守恒有 根据质量数守恒有 X的质子数等于电荷数，所以X的质子数为10，X的中子数等于质量数与质子数之差，故X的中子数为，AC错误； B．原子核结合能=比结合能×核子数，故X的结合能为，B正确； D．比结合能越大原子核越稳定，X的比结合能大于，因此X更稳定，D错误。 故选B。 9．钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为Pu→U＋He＋γ，则（　　） A．核反应中γ的能量就是Pu的结合能 B．核燃料总是利用平均结合能小的核 C．U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大 D．该衰变过程是α衰变 【答案】BD 【详解】A．核反应中γ的能量是结合能中的一小部分，故A错误； B．核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用平均结合能小的核，才更容易实现，故B正确； C．U的比结合能大，更稳定，故C错误； D．该反应产生He，故该衰变过程是α衰变，故D正确。 故选BD。 10．关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，它的比结合能越大 B．比结合能越大，原子核越稳定 C．比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时会释放能量 D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和必小于原来重核的结合能 【答案】BC 【详解】A．比结合能曲线显示，中等质量原子核的比结合能最大，核子数过多（如重核）时比结合能反而减小，故A错误； B．比结合能反映原子核的稳定性，比结合能越大，核子平均结合能越高，原子核越稳定，故B正确； C．当比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时，总结合能增加，系统更稳定，多余能量以释放形式体现（如重核裂变释放能量），故C正确； D．衰变释放能量，说明衰变产物的结合能之和大于原核的结合能（总结合能增加），故D错误。 故选BC。 11．关于人工放射性同位素，下列说法正确的是（　　） A．人工放射性同位素的种类比天然放射性同位素的种类少 B．人工放射性同位素产生的放射强度容易控制 C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤 D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染 【答案】BCD 【详解】A．人工放射性同位素的种类远多于天然放射性同位素的种类，故A错误； B．人工放射性同位素的放射强度容易控制，故B正确； C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故C正确； D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故D正确。 故选BCD。 12．下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福的粒子散射实验说明了原子的核式结构模型 B．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和次衰变 C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将不变 D．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念，并指出氢原子从低能级跃迁到高能级要吸收光子 【答案】ACD 【详解】A．卢瑟福的粒子散射实验，揭示了原子的核式结构模型，故A正确； B．设铀核经过次衰变和次衰变变为铅核，根据质量数和核电荷数守恒则有， 解得，，故B错误； C．半衰期只与元素本身有关，与元素所处的物理、化学状态及周围的环境无关，故C正确； D．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念，并指出氢原子从低能级跃迁到高能级要吸收光子，故D正确。 故选ACD。 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）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） 【答案】(1)J (2) 【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 14．（14分）正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术。检查前，将含有放射性元素的示踪剂注入患者体内，原子核衰变为，同时放出正电子。正电子与患者体内的电子湮灭过程中放出一对频率相同的光子。探测器记录各处放出光子的情况，光子越多处的人体组织越活跃。已知的比结合能为3MeV，正电子和电子的质量均为m。光在真空中的速度为c。 (1)写出原子核的衰变方程，并求的结合能； (2)求正电子与电子湮灭过程所放出的单个光子的动量。 【答案】(1)，54MeV (2) 【详解】（1）原子核的衰变方程 的比结合能为3MeV，即的结合能 （2）由题意可知，正电子与电子湮灭后释放一对相同的光子，则， 联立可得，故光子的动量 15．（18分）氡（）是一种天然的放射性元素，氡核发生衰变后变成钋核（），氡的衰变规律如图所示。已知核质量为，核质量为，粒子的质量为，原子质量单位1u相当于931.5MeV的能量。 (1)写出衰变方程； (2)原子核衰变为的过程中释放的能量为多少MeV； (3)假设一块矿石中含有4kg的，经过19天后，还剩多少。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程为 （2）上述衰变过程的质量亏损为 释放的能量为 （3）由图可知，的半衰期为 剩余的质量为 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $