第五章 原子核 单元检测（四)-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（四) 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．下列关于近代物理的说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的 C．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 D．结合能越大的原子核越牢固 2．图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（    ） A．根据图（a）所示的三种射线在磁场中的轨迹，可以判断出“1”为射线 B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能越大 C．玻尔通过图（c）所示的粒子散射实验，揭示了原子核还可以再分 D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，可以解释氢原子光谱为何不是连续光谱 3．硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一,是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则（　　） A．a=7，b=1 B．a=7，b=2 C．a=6，b=1 D．a=6，b=2 4．如图所示，（a）为氢原子能级图，（b）为某放射性元素剩余质量与原质量的比值随时间t变化的图像，（c）为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，（d）为原子核的比结合能随质量数变化的图像。下列说法正确的是（　　） A．图（a）中，一个氢原子从的能级向基态跃迁时，最多可以放出3个光子 B．图（b）中，由放射性元素剩余质量m与原质量的比值随时间t的变化规律可知其半衰期为67.3天 C．图（c）中，探测器接收到的射线可能是射线 D．图（d）中，比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定 5．2026年1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队宣布，我国重大科学工程有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验证实托卡马克密度自由区的存在，找到突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置高密度运行提供重要的物理依据。其中我国“人造太阳”主要是将氢的同位素氘或氚的核聚变反应释放的能量用来发电，有一种核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．反应产物x为 B．x核的质量为 C．x的比结合能为 D．提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 6．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——作为发电能源为火星车供电（中的是）。已知衰变后变为和粒子，衰变过程放出高能量的射线使电池内部温度升高，在热电元件中将内能转化为电能。下列说法正确的是（　　） A．粒子是由原子核内中子转变而成 B．比的比结合能大 C．为保证电池的长寿命应选用半衰期更短的放射性材料 D．衰变过程，生成物所有原子核的结合能之和比反应物原子核的结合能大 7．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。如图所示，太阳能路灯的额定功率为P，光电池系统的光电转换效率为η。用表示太阳辐射的总功率，太阳与地球的间距为r，地球半径为R，光在真空中传播的速度为c。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。在时间t内（　　） A．到达地球表面的太阳辐射总能量约为 B．路灯正常工作所需日照时间约为 C．路灯正常工作消耗的太阳能约为ηPt D．因释放核能而带来的太阳质量变化约为 8．下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：从图中可以看出，随着温度的升高，所有波长辐射强度有所增加 C．图丙为铀核发生衰变的示意图，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D．图丁是核裂变反应堆的控制系统，为了减慢反应速率，应将镉棒插入深些 9．在如图所示的匀强磁场中，有一个氡原子核静止在A点，某时刻氡原子核发生衰变，若粒子的径迹是纸面内的一个半径为的圆，衰变产生的新核的径迹是纸面内的一个半径为的圆。下列判断正确的有（　　） A．两圆一定内切 B．两圆一定都沿逆时针方向转动 C． D．在粒子转动42圈之内，二者都不会相撞 10．下列说法正确的是（　　） A．α粒子散射实验，可用于估算原子核大小 B．随着温度降低，黑体辐射的各种波长辐射强度均减小 C．参与强相互作用的强子的质量均比参与弱相互作用的轻子的质量大 D．增加衍射光栅的狭缝个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将减小 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 2、 实验题 11．（10分）太阳能是一种清洁能源，太阳能电池可以将太阳能转变为电能并加以利用。我国在这一方面位居世界前列。 （1）太阳能是依据太阳的__________活动导致的。 A．核裂变           B．核聚变              C．化学变化 （2）辐射频率是指单位时间内的辐射的总能量。按照国际单位制，辐射频率的国际单位可以表示为( ) A．kg·m2/s3 B．kg·m2/s2 C． kg·m/s2 D．kg·m/s （3）小何利用如图（a）所示电路研究太阳能电池的伏安特性。连接电路后，闭合开关S，在光照条件和温度不变的情况下，改变电阻箱Rx的阻值，记录电压表示数U和电流表示数I，并多次重复该过程。将实验数据描在U-I图中，得到图（b）。    ①根据图中的数据点画出U-I图像。_______ ②由图线可知，当U= 14.0V时，该太阳能电池的输出功率为________。（结果保留3位有效数字） ③定值电阻R0为10.0Ω，当电阻箱Rx的阻值为90.0 Ω时，电阻箱Rx两端的电压为_______（结果保留3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．（10分）反冲是大自然中的常见现象。静止的铀核放出动能为的粒子后，衰变为钍核。计算中不考虑相对论效应，不考虑核子间质量的差异。 （1）请写出上述过程的核反应方程； （2）求反冲的钍核的动能。 14．（14分）我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核，并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，该核反应释放的核能为，真空中光速为c。 （1）写出核反应方程并求出质量亏损； （2）求氦核的比结合能。 15．（16分）(1)放射性元素在α衰变过程中，该元素原子核数量随时间变化的规律为，其中为0时刻该元素的原子核个数，为已知常量，求该元素的半衰期。 (2)α衰变通常伴随有γ衰变。核发生α衰变有多种可能的过程，每种过程有不同的发生概率，其中两种过程是：（i）核衰变到核的第一激发态，核从第一激发态向基态跃迁的过程放出光子；（ii）核直接衰变到核的基态，此过程无光子放出。这两种衰变过程可用题图1表示，核基态和第一激发态的能量值已在图中标出。的核经过两个半衰期，实验测得放出的光子的总能量为，计算已发生衰变的核衰变到核第一激发态的概率。（核在激发态停留的时间远小于核的半衰期，阿伏伽德罗常数） (3)如题图2所示，真空中存在垂直纸面向里的匀强磁场（图中未画出），一个运动的核放出α粒子，衰变为核，此过程无光子放出。衰变前后核、α粒子和核的轨迹相切于P点，且核衰变时，粒子射出的速度与核衰变前瞬间的速度方向相反。实验测得图2中，α粒子动能约为6MeV，原子质量单位1u相当于931MeV，则此衰变过程的质量亏损约为多少u？ 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 D B A C D A BD BD AB 1．A 【详解】A．贝克勒尔发现的天然放射现象表明原子核内部存在复杂结构，A正确； B．射线是核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子逸出，B错误； C．电子属于轻子，不参与强相互作用，C错误； D．原子核的牢固程度由比结合能（结合能/核子数）决定，而非总结合能，D错误。 故选A。 2．D 【详解】A．图（a）所示放射源射出的三种射线在磁场中运动轨迹不同，射线带正电，根据左手定则判断出射线1为射线，故A错误； B．如图（b）所示，发生光电效应时，根据光电效应方程 可知入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，与入射光的强度无关，故B错误； C．卢瑟福通过图（c）所示在α粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型，故C错误； D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，玻尔将量子观念引入原子领域，并能够解释氢原子的光谱特征，氢原子能级是分立的，光谱也是分立的，故D正确。 故选D。 3．B 【详解】由质量数和电荷数守恒可得 ， 解得 故选B。 4．A 【详解】A．一个氢原子从的能级向基态跃迁时，最多可以放出3种不同频率的光，即从到，到，到，故A正确； B．放射性原子核从衰变为，所用时间 则有半数发生衰变，所以半衰期为，故B错误； C．粒子穿透能力比较弱，不能穿透钢板，故C错误； D．比结合能越大，平均核子质量越小，原子核越稳定，故D错误。 故选A 。 5．C 【详解】A．核反应满足电荷数、质量数守恒，左侧总电荷数为1+1=2，总质量数为2+2=4；右侧中子电荷数为0、质量数为1，因此x的电荷数为2，质量数为4-1=3，即x为，故A错误； B．质能方程 又质量亏损 联立得，故B错误； C．原子核结合能=比结合能×核子数，反应前两个氘核总结合能为 设x的比结合能为，反应后x的结合能为，聚变释放的能量等于反应后总结合能与反应前总结合能的差，即 解得，故C正确； D．核聚变需要原子核克服库仑斥力接近到核力作用范围，必须满足高温高压条件，常温常压下即使提升密度也无法发生聚变，故D错误。 故选C。 6．D 【详解】A．根据衰变可知 粒子是，不是由原子核内中子转变而成，故A错误； B．发生衰变变成更稳定的，核越稳定比结合能越大，所以比的比结合能小，故B错误； C．为保证电池的长寿命应选用半衰期更长的放射性材料，故C错误； D．反应过程释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，生成物所有原子核的结合能之和比反应物原子核的结合能大，故D正确。 故选D。 7．A 【详解】A．以太阳为球心r为半径的球面积为 因此到达地球单位面积功率 即 因此到达地球表面的太阳辐射总能量约为 故A正确； B．路灯需要的总能量 因此路灯正常工作所需日照时间约为 故B错误； C．路灯正常工作消耗的太阳能约为 故C错误； D．因释放核能而带来的太阳质量变化约为 故D错误。 故选A。 8．BD 【详解】A．图甲为卢瑟福粒子散射实验，根据实验结果卢瑟福提出了原子的核式结构，故A错误； B．图乙是黑体辐射图，黑体辐射峰值波长随温度升高向短波移动，并且所有波长的辐射强度增加，故B正确； C．图丙是铀核衰变示意图，说明钍核的比结合能大于铀核的比结合能，故C错误； D．图丁是核裂变反应堆的控制系统，将镉棒插入深些，可以多吸收一些中子，减慢核裂变反应速率，故D正确。 故选BD。 9．BD 【详解】AB．静止的氡原子核由于衰变放出粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则衰变产生的粒子与新核的动量等大反向，粒子与新核都带正电，根据左手定则可知两圆一定都沿逆时针方向转动，两圆一定外切，故A错误，B正确； C．设粒子和新核的质量分别为、，速度大小分别为、，电荷量分别为、。粒子做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力 则新核做圆周运动的半径为 同理可得，新核做圆周运动的半径为 静止的氡原子核由于衰变放出粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有 根据核反应质量数和电荷数守恒，可知新核的核电荷数为84，质量数为218，联立可得 故C错误； D．粒子做圆周运动的周期为 新核做圆周运动的周期为 可知粒子第一次与新核碰撞时，新核转动84圈，粒子转动109圈，故在粒子转动42圈之内，二者都不会相撞，故D正确。 故选BD。 10．AB 【详解】A．α 粒子散射实验中，绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数 α 粒子发生了大角度偏转，极少数 α 粒子甚至被反弹回来。根据 α 粒子散射实验中 α 粒子接近原子核时的散射情况，可以估算出原子核的大小，原子核半径的数量级在10−15m左右，故A正确； B．随着温度降低，黑体辐射的各种波长的辐射强度都减小，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故B正确； C．参与强相互作用的强子有质子、中子等，参与弱相互作用的轻子有电子、中微子等，一般情况下，强子质量比轻子质量大，但有些强子的质量相对来说也不是特别大，所以不能一概而论地说强子的质量均比轻子的质量大，故C错误； D．增加衍射光栅的狭缝个数，衍射条纹的宽度将变窄，根据光的干涉原理，更多的狭缝会使光叠加后能量更加集中，所以亮度将增大，而不是减小，故D错误。 故选AB。 11． B A    2.38 13.5 【详解】（1）[1]太阳能是依据太阳的核聚变活动导致的。 故选B。 （2）[2]根据 辐射频率的国际单位可以表示为。 故选A。 （3）[3]U-I图像如图所示。    [4]由图可知当U= 14.0V时，电流为，该太阳能电池的输出功率为 （5）[5]和两端的电压为 做图线，交太阳能电池U-I图像于。电阻箱Rx两端的电压为    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）根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒，核反应方程为 （2）设氦核的质量为，速度大小为，钍核的质量为，速度大小为，根据动量守恒可得 又 联立解得反冲的钍核的动能为 14．（1）；；（2） 【详解】（1）核反应方程为 根据质能方程，可得 解得 （2）依题意，可得 解得氦核的比结合能为 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）设该元素的半衰期为，将 代入公式 解得 由数学关系得 所以 （2）初始原子核数个个 经过两次衰变后，剩余原子核数个个 衰变总原子核数个 从第一激发态跃迁至基态的原子核数个个 则概率 （3）由分析得为核半径，为核半径，为粒子半径 由 得 则有 即 化简得 又 由动量守恒定律得 所以 所以 又 所以， 所以 又 所以‍ 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 $