第五章 原子核 单元检测（一)-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 单元检测（一) 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，8-10题每小题6分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）。 1．科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明（　　） A．宇宙处在不断的膨胀中 B．银河系是一个庞大的天体系统 C．太阳是太阳系的中心天体 D．太阳和太阳系最终也会走向“死亡” 2．下列说法中正确的是（　　） A．图甲是研究光电效应的电路图，只要入射光照射时间足够长，电路中就能形成光电流 B．图乙是α粒子散射实验装置示意图，卢瑟福分析实验数据后提出原子的核式结构模型 C．图丙对氢原子能级图，处于基态的氢原子，可吸收能量为的光子发生跃迁 D．如图丁所示，放射性元素铀衰变过程中产生的射线中，γ射线的穿透能力最弱 3．2025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，则（   ） A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C．X为质子，是由核内中子转化而来的 D．X为中子，是由核内质子转化而来的 4．2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为） A． B． C． D． 5．恒星内部发生着各种热核反应，其中“氦燃烧”的核反应方程为，是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是（　　） A．的衰变需要外部作用激发才能发生 B．经过两个半衰期T，剩下的粒子占开始时的 C．核反应的过程中质量数守恒，可知 D．“氦燃烧”的核反应是聚变反应，反应过程中没有质量亏损 6．人工放射性元素的半衰期为12.36小时，常用作追踪生物过程的示踪剂，该元素是用中子辐照钾同位素得到，发生的核反应方程为。作为示踪剂时，发生的核反应方程为。下列说法正确的是（　　） A．X粒子是中子 B．与的质量数之和大于与X粒子的质量数之和 C．的比结合能大于的比结合能 D．4个过了12.36小时，一定有2个发生了衰变 7．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 8．下列对于原子及原子核结构规律的研究，正确的是（　　） A．图①中射线2的穿透能力最强 B．图②中镉棒的作用是吸收中子以控制反应速度 C．图③中的实验现象可得出原子核具有复杂的结构 D．图④中的核反应属于原子核的人工转变 9．关于半衰期，下列说法正确的是（　　） A．有100个半衰期为2天的某元素，经过4天后一定还剩下25个未衰变 B．有10g半衰期为24天的元素，经过72天后还剩下1.25g未衰变 C．放射性元素发生化学反应后，半衰期不会发生变化 D．改变压强和温度可以改变放射性元素的半衰期 10．静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，假设核反应过程中释放的能量全部转化为α粒子和Y核的动能。α粒子在磁场中运动的半径为R。则（　　） A．衰变方程可表示为 B．核反应中释放的核能为（mx-my-mα）c2 C．Y核在磁场中运动的半径为 D．Y核的动能为 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（6分）“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6mL。现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL。若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25mm，试问∶ （1）实验中将油酸分子看成是球形的，所采用的研究方法是____； A．等效替代法 B．控制变量法 C．理想模型法 D．比值定义法 （2）根据上述数据，一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是____m3；估测出油酸分子的直径是____m。（结果均保留一位有效数字） 12．（4分）如图所示为卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变的实验装置。在通入气体B前调整银箔的厚度，促使荧光屏看不见由_____引起闪光，通入B的气体是___________。 三、解答题 13．（12分）一个静止的钴在某条件下发生β衰变生成镍，放出动能为的电子，同时释放能量分别为、的两个光子，忽略镍60的动能，释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量。已知电子的质量为m，普朗克常量为h，真空中光速为c，不考虑相对论效应。 (1)写出该衰变方程式，并求电子的物质波波长； (2)有N个钴60发生了β衰变，求核反应中总的质量亏损。 14．（14分）钍核发生衰变生成镭核并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极和间电场时，其速度为，经电场加速后，沿ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极，当粒子从p点离开磁场时，其速度方向与ox方位的夹角，如图所示，整个装置处于真空中。 (1)写出钍核衰变方程； (2)求粒子进入磁场时的速度； (3)画出磁偏转的轨迹，同时计算粒子沿圆弧运动的轨道半径R； (4)求粒子在磁场中运动所用时间t。 15．（18分）如图α粒子源可以每秒发射出个α粒子，其初速度均为，进入电压为的加速电场，从电场中射出后与静止在反应区A点的铍核发生核反应，两个反应产物垂直于边界EF飞入探测区，探测区有一圆形磁场和粒子探测器，圆形磁场半径为，其内存在磁感应强度为的匀强磁场，圆形磁场边界与EF相切，探测器与EF平行且距圆心距离为。实验中根据碰撞点的位置便可分析核反应的生成物。为简化模型，假设每个α粒子均可与铍核发生核反应，实验中探测器上有两个点（P点和Q点）持续受到撞击，点A、O、P在一直线上，且，打在P点粒子50%穿透探测器，50%被探测器吸收，其中穿透的粒子能量损失75%，打在Q点的粒子全部被吸收。已知质子和中子的质量均为，原子核的质量为核子的总质量，质子电量为，不计粒子间相互作用（核反应过程除外）求： （1）α粒子射出加速电场后的速度大小； （2）写出核反应方程，判断打在P、Q点的分别是什么粒子，计算其速度大小； （3）探测器上P点每秒受到的撞击力大小。 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 B A C C C B AB BC BC 1．A 【详解】A．由题目给出的信息可知，星系之间的距离在不断扩大，那么整个宇宙的体积也就在不断的扩大，也就是整个宇宙在不断的膨胀中，故A正确； B．据材料“宇宙中星系间的距离在不断扩大”说明宇宙在扩大，而不是说明银河系是一个庞大的天体系统，故B错误。 C．太阳是太阳系的中心天体，但是与宇宙在扩大无关，故C错误； D．太阳和太阳系最终也会走向“死亡”，但是材料表述的是宇宙在扩大，故D错误。 故选A。 2．B 【详解】A．图甲是研究光电效应的电路图，光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面的电子会吸收光子的能量而逸出金属表面的现象。只有当入射光的频率大于金属的阈值频率时，才能产生光电效应，形成光电流。因此，入射光照射时间足够长并不能保证电路中形成光电流，因为还需要满足频率条件，故A错误； B．图乙是α粒子散射实验装置示意图，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型。该模型认为原子由一个带正电的原子核和围绕原子核运动的电子组成，故B正确； C．图丙为氢原子能级图，处于基态的氢原子，其能量为-13.6eV。根据能级跃迁原理，氢原子吸收能量为10.5eV的光子后，其能量变为 没有相应的能级与之对应，不能发生跃迁，故C错误； D．图丁中放射性元素铀衰变过程中产生的射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的穿透能力最弱，故D错误。 故选B。 3．A 【详解】根据质量数和电荷数守恒有 可知X为电子，电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的。 故选A。 4．C 【详解】根据质能方程可知，则每秒钟平均减少的质量为 则每秒钟平均减少的质量量级为。 故选C。 5．C 【详解】A．衰变是自发的，不需要外部作用激发也能发生，故A错误； B．经过两个半衰期，有的粒子发生衰变，剩下的粒子占开始时的，故B错误； C．根据核反应的过程质量数守恒，则 可知 故C正确； D．该核反应是聚变反应，反应过程中有质量亏损，故D错误。 故选C。 6．C 【详解】A．作为示踪剂时，发生的核反应方程为，根据质量数守恒和电荷数守恒可得X粒子的质量数为0，电荷数为-1，可知X粒子为电子，故A错误； B．与的质量数之和为42，与X粒子的质量数之和等于42，可知与的质量数之和等于与X粒子的质量数之和，故B错误； C．发生衰变生成更稳定的，稳定核的比结合能更大，可知的比结合能大于的比结合能，故C正确； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核（如4个），实际衰变个数具有随机性，不一定为2个，故D错误。 故选C。 7．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。 8．AB 【详解】A．图①中射线2为电中性，可知射线2为射线，射线2的穿透能力最强，故A正确； B．图②中镉棒的作用是吸收中子以控制反应速度，故B正确； C．图③中的实验现象可得出原子核式结构，故C错误； D．图④中的核反应属于衰变，故D错误。 故选AB。 9．BC 【详解】A．放射性元素的半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律故A错误； B．元素的半衰期为24天，72天是3个半衰期，还剩余的元素是 故B正确； CD．放射性元素的衰变快慢是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C正确，D错误。 故选B。 10．BC 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为 故A错误； B．此反应中放出的总能量 故B正确； C．核反应前后系统动量守恒，即 新核和α粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，有 联立两式可知核Y和α粒子在磁场中运动的半径之比 α粒子在磁场中运动的半径为R，所以核Y在磁场中运动的半径 故C正确； D．核X发生衰变前后，根据能量守恒定律有 又由于 联立两式整理得核Y的动能 代入△E可知D错误。 故选BC。 11． C 1×10-11 2×10-10 【详解】（1）[1]本实验中认为油酸分子均匀分布在液体表面，每个分子看作球形，通过计算油膜的厚度来计算分子的直径，所采用的方法为理想模型法，故选C。 （2）[2][3]根据题中信息可知，一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 根据题图可知油膜的面积 S=71×25×25×10-6m2=4.4375×10-2m2 根据公式d=可得 d≈2×10-10m 12． α粒子 氮气 【详解】[1][2]卢瑟福第一次用粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的粒子，在通入气体B前调整银箔的厚度，促使荧光屏看不见由粒子引起闪光，通入B的气体是为氮气。 13．(1)， (2) 【详解】（1）根据质量数守恒与核电荷数守恒可得核反应方程为     电子的动量 电子的动能 电子的波长     解得 （2）N个钴60发生衰变产生的能量     根据质能方程     解得 14．(1) (2) (3)， (4) 【详解】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，钍核衰变方程式为 （2）设粒子离开电场时速度为v，对加速过程，由动能定理得 解得 （3）磁偏转的轨迹如图所示 粒子在磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 解得 （4）粒子做圆周运动的周期 ，由几何关系知粒子在磁场中转过的角度为，则粒子在磁场中运动的时间为 所以 15．（1）；（2）见解析；（3） 【详解】（1）α粒子在电场中运动过程中，根据动能定理可得 解得 （2）由于打在P点的粒子在磁场中不偏转，故此粒子不带电，因此打在Q点的粒子为碳原子核，打在P点为中子，核反应方程为 对于碳核，在磁场中运动轨迹如图所示 出磁场时速度方向与OP的角度为θ，做圆周运动的轨道半径为R，由几何关系得 即 则 即 洛伦兹力提供碳核做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有 解得 核反应过程中，根据动量守恒可得 解得 （3）P点，对于吸收的中子，由动量定理得 对于穿透的中子，由动量定理得 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 $