第五章 原子核 单元检测（二)-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（二) 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．人类认识微观世界是逐步深入的，下列微观粒子按发现顺序从先到后正确的是（　　） A．夸克、原子核、质子、原子 B．夸克、质子、原子核、原子 C．原子、原子核、质子、夸克 D．质子、原子核、原子、夸克 2．某实验室利用水平向右的匀强电场，研究放射性元素的衰变产物。α、β、γ三束射线均垂直射入电场，如图为射线在电场中运动的径迹示意图，下列说法正确的是（　　） A．径迹①对应α射线，其动量最大且电离能力最强 B．径迹②对应β射线，其速度为光速的0.99倍 C．径迹③对应γ射线，其穿透能力最强 D．若将电场换为同方向匀强磁场，三束射线在图示平面示意图中都在径迹②所在直线 3．2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次衰变，转化为易裂变的铀核（），则（　　） A． B． C． D． 4．2024年8月7日，日本启动第八批福岛核污染水排海，核污水中含等放射性物质，已知的半衰期为28年，衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．该衰变为α衰变 B．1个原子核中含有90个质子 C．的比结合能比的比结合能小 D．20个原子核经过28年，还将剩余10个原子核未衰变 5．2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为，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c。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为电子 B．的比结合能小于的比结合能 C．核反应吸收的能量为 D．核反应中的质量亏损为 6．发生放射性衰变为，半衰期约为5730年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例是现代植物样品的25%，则（　　） A．衰变为发生的是β衰变 B．、具有相同的中子数 C．该古木的年代距今约为5730年 D．比原子核的比结合能更大 7．静止在O点的原子核发生衰变的同时，空间中出现如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（　　） A．A粒子为粒子 B．原子核发生的是衰变 C．两粒子始终处在同一等势面上 D．经过相等时间A、B粒子位移比为2:5 8．下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福用粒子轰击氮原子核产生氧17和一个质子，实现了人类第一次原子核的人工转变 B．气体中中性原子的发光谱线都是连续谱 C．中子速度太慢，铀核不能“捉”住它，在铀棒周围要放“加速剂”使其加速为快中子 D．弱相互作用是引起衰变的原因，其力程比强相互作用更短，只有 9．某放射性物质原子核发生衰变时释放出α粒子和β粒子，同时伴随γ射线产生。该原子核在吸收特定能量的光子后，能在不同能级间跃迁，已知其从能级n=3跃迁到n=1时辐射的光子能量为E。下列说法正确的是（　　） A．若一个处于n=3能级的该原子核向低能级跃迁，最多能辐射出2种不同频率的光子 B．用能量为E的光子照射处于n=2能级的该原子核，原子核有可能吸收该光子跃迁到n=3能级 C．该原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，新核的质子数与原来核的质子数相同 D．若该放射性物质的半衰期为T，20个原子核经过T后，一定有10个发生衰变 10．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α衰变放出了一个α粒子。放射出的α粒子（）及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动。α粒子的运动轨道半径为R，质量为m，电荷量为q。下面说法正确的是（　　） A．衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图丙 B．衰变后经过时间新核Y可能与α粒子再次相遇 C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为 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 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（6分）下图为某同学做“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验示意图，缓慢推动活塞，在使注射器内空气体积逐渐减小的过程中，多次从注射器的刻度上读出体积值并输入计算机，同时由压强传感器将对应体积的压强值通过数据采集器传送给计算机。实验完成后，计算机屏幕上显示出如图所示的p-V图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线）。 （1）在实验操作过程中，要采取以下做法：__________是为了保证实验的恒温条件（填入相应的字母代号） A．用橡皮帽堵住注射器的小孔                   B．移动活塞要缓慢 C．实验时，不要用手握注射器                   D．在注射器活塞侧壁涂润滑油 （2）仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是__________（填入相应的字母代号） A．环境温度逐渐升高                           B．环境温度逐渐降低 （3）实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，过程中该同学发现，环境温度逐渐升高，则实验得到的图像应是__________。 A． B． C． D． 12．（8分）在做用“油膜法估测分子大小”的实验中，酒精油酸溶液的浓度约为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm。试求： (1)油酸膜的面积是多少？( ) (2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积？( ) (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。( ) (4)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：___ ______。 三、解答题 13．（10分）掌握并采用核聚变产生能源是核物理中最具有前景的研究方向之一、太阳上的一种核反应为两个氘核（）聚变成一个核。已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。1u对应931.5MeV。 （1）写出该核反应方程； （2）计算上述核反应中释放的核能（保留三位有效数字）； （3）若两个氘核以相等的动能0.45MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？ 14．（14分）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。 15．（16分）碳-14（）是碳-12（）的一种同位素，具有放射性。如图甲是一个粒子检测装置的示意图，图乙为其俯视图，粒子源释放出经电离后的碳-14与碳-12原子核（初速度忽略不计），经直线加速器加速后由通道入口的中缝进入通道，该通道的上下表面是内半径为、外半径为的半圆环，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于半圆环，正对着通道出口处放置一张照相底片，能记录粒子从出口射出时的位置。当直线加速器的加速电压为时，碳-12原子核恰好能击中照相底片的正中间位置，则： (1)碳-14具有放射性，会发生衰变，请写出它的衰变方程，并计算碳-12原子核的比荷； (2)照相底片上碳-14与碳-12原子核所击中位置间的距离（结果用根号表示）； (3)若加速电压在 之间变化，求碳-12原子核在磁场中运动的最短时间。 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 C D B C D A A AD AC BCD 1．C 【详解】人类认识微观世界是逐步深入的，下列微观粒子发现顺序从先到后是：原子、原子核、质子、夸克。 故选C。 2．D 【详解】ABC．根据图中轨迹可知，径迹①对应射线带负电，所以径迹①对应β射线；径迹②对应不带电，所以径迹②对应γ射线，其速度为光速；径迹③对应射线带正电，所以径迹③对应α射线；其中α射线电离能力最强，γ射线穿透能力最强，故ABC错误； D．若将电场换为同方向匀强磁场，根据左手定则可知带正电α射线垂直纸面向里偏转，带负电β射线垂直纸面向外偏转，不带电γ射线不偏转，所以三束射线在图示平面示意图中都在径迹②所在直线，故D正确。 故选D。 3．B 【详解】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生次衰败，即， 故选B。 4．C 【详解】A．α衰变释放出来的是，该反应是衰变。故A错误； B．1个原子核中含有39个质子。故B错误； C．衰变过程释放能量，因此的比结合能比的比结合能小。故C正确； D．半衰期是大量放射性元素的统计规律，对个别放射性元素没有意义。故D错误。 故选C。 5．D 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误； B．核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则的比结合能大于的比结合能，故B错误； CD．核反应放出的能量为 由能量守恒可得 解得 故C错误，D正确。 故选D。 6．A 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒有14-14=0，6-7=-1 可知，衰变为和电子，发生的是β衰变，故A正确； B．、具有的中子数分别为12-6=6，14-6=8 可知，、具有不相同的中子数，故B错误； C．根据半衰期的规律有 其中 解得t=11460年 故C错误； D．衰变过程释放能量，表明比更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，可知，比原子核的比结合能小，故D错误。 故选A。 7．A 【详解】B．根据A、B两粒子的运动轨迹，可知其所受电场力均与电场方向相同，即两粒子均带正电，可知，原子核发生的是衰变，B错误； A．根据上述，该衰变的核反应方程为 衰变过程动量守恒，则有 可知，质量越大，速度越小，即的初速度小于的初速度，粒子在电场中做类平抛运动，则有 ， 解得 根据图像可知，当竖直分位移大小相等时，的初速度小，电荷量多，则水平分位移小一些，可知A粒子为粒子，A正确； C．根据上述有 可知，若时间相等，的比荷小于的比荷，即经历相等时间，的竖直分位移小于的竖直分位移，即两粒子飞出后不在同一等势面上，C错误； D．根据上述有 ， 解得，经过相等时间A、B粒子水平分位移比为 可知，经历相等时间A、B粒子水平分位移比为2:5，位移之比并不等于2:5，D错误。 故选A。 8．AD 【详解】A．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，这是人类第一次实现的原子核的人工转变，故A正确； B．气体中中性原子的发光谱线都是线状谱，故B错误； C．核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减少，变为慢中子，故C错误； D．弱相互作用是引起衰变的原因，其力程比强相互作用更短，只有，故D正确。 故选AD。 9．AC 【详解】A．若一个处于n=3能级的该原子核向低能级跃迁，最多能辐射出2种不同频率的光子，故A正确； B．由于跃迁时吸收的能量需要满足能级差，所以用能量为E的光子照射处于n=2能级的该原子核，原子核不可能吸收该光子跃迁到n=3能级，故B错误； C．由于衰变过程中电荷数、质量数守恒，所以该原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，新核的质子数与原来核的质子数相同，故C正确； D．半衰期是大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，所以20个原子核经过T后，不一定有10个发生衰变，故D错误。 故选AC。 10．BCD 【详解】A．衰变后产生的α粒子与新核Y都带正电荷，且在轨迹相切处的速度反向，所以在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图丁，故A错误； B．根据核反应方程 则新核Y的质量为 电荷量为 运用圆周运动求各自的周期为 当为2的整数倍时，两核可能再次相遇。故B正确； C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为 故C正确； D．根据能量守恒 结合圆周运动以及两核的相互关系，整理得 由质能方程 解得 故D正确。 故选BCD。 11． BC B B 【详解】（1）[1]AD．本实验需要研究的问题是“一定质量气体在温度不变时，压强与体积的关系”，实验中为使气体的质量不变，用橡皮帽堵住注射器的小孔，并在注射器光滑活塞一周涂润滑油，使封闭气体的容器密封良好，AD错误； BC．为保证气体的温度不变，实验时，移动活塞一定要缓慢，同时不要用手握注射器，否则不能保证实验条件，BC正确。 故选BC。 （2）[2]图线向左偏移，故一定压强下体积偏小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，造成这一现象的可能原因是由于实验时环境温度降低了。 故选B。 （3）[3]根据理想气体状态方程 整理可得 随着环境温度逐渐升高，图象的斜率会逐渐变大，对比可知，B图线符合题意。 故选B。 12． 106cm2 8×10-6cm3 7.5×10－10 m 见解析 【详解】(1)[1]根据图中的轮廓可知，油膜面积为 S=106×1 cm2=106 cm2. (2)[2]由1 mL溶液为75滴,可知1滴溶液的体积为mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，则1滴溶液中含纯油酸的体积为 . (3)[3]油酸分子直径为 (4)[4]主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩 13．（1）；（2）；（3）， 【详解】（1）核反应方程为 （2）设核反应的质量亏损为，则有 解得 （3）设核反应后核和中子的质量分别为3m、m，动量分别为、，动能分别为、，则有 解得 14． 【详解】设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知 p1=p0、T1=450 K、V1=V0、T2=300 K、① 由理想气体状态方程得 ② 代入数据得 p2=0.7p0 ③ 对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为，由题意知 p3=p0、V3=、p4=p2 ④ 由玻意耳定律得 ⑤ 联立②⑤式，代入数据得 ⑥ 设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知 ⑦ 故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为 ⑧ 联立②⑤⑦⑧式，代入数据得 ⑨ 15．(1)， (2) (3) 【详解】（1）碳14衰变成为氮14的过程，会放出β射线，其衰变方程为 由题意可知当碳-12恰好能击中照相底片的正中间位置时，其运动半径为 设碳-12经过加速后获得的速度大小为v，根据动能定理有 根据牛顿第二定律有 联立解得 ， （2）设碳-12粒子和碳-14粒子经过加速后获得的速度大小分别为、，根据动能定理有 根据牛顿第二定律有 联立解得 ， 则照相底片上碳-12和碳-14所击中位置间的距离 （3）粒子在磁场做圆周运动的半径与加速电压和比荷的关系 若，碳-12粒子的半径范围 粒子打在内圆环上，轨迹与内圆环交于C点。当MC⊥CO时，圆弧MC对应的圆心角θ最小，用时最短，则有 ， 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 $