第五章 原子核 单元检测（三）-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（三) 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）。 1．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进磁约束核聚变实验研究装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。下列关于核聚变的说法正确的是（　　） A．该反应为人工核转变 B．核聚变反应又称为链式反应 C．两个轻核在任何条件下都能发生核聚变 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增大 2．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（　　） A．玻尔的原子理论可以解释氢原子光谱的实验规律 B．托马斯·杨的双缝干涉实验说明光是横波 C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 D．普朗克提出光子说，很好地解释了光电效应现象 3． PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（   ） A． X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 4．2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（　　） A．衰变产生的射线来自于原子的核外电子 B．该反应前后质量亏损 C．放射性元素发生的衰变为衰变 D．经过16天，75%的原子核发生了衰变 5．2025年3月，我国“中国环流三号”首次实现“双亿度”突破，为未来可控核聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子X，同时释放约17.6MeV的能量，关于该核反应说法正确的是（　　） A．核聚变反应中，轻核结合成重核时会释放能量，其本质是质量亏损转化为能量 B．装置中发生的核聚变反应方程为 C．核聚变需要极高的温度，是为克服核子间的万有引力 D．核聚变过程中，生成氦核的比结合能比反应前氘核或氚核的更小 6．在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 7．爱因斯坦提出了受激辐射的概念，即在特定频率外来光子作用下，处在高能级的原子向低能级跃迁，并发出与外来光子完全相同的另一光子，原理示意图如图所示。已知普朗克常量为h。下列说法正确的是（　　） A．外来光子的频率为 B．受激辐射过程原子的能量增加 C．受激辐射过程原子动量守恒 D．引起受激辐射的光子可能是射线 8．下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（　　） A． B． C． D． 9．如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铱-192作为放射源，其化学符号是，原子序数是77，通过β衰变放出γ射线，产生新核X，半衰期为74天，适合透照钢板厚度10-100mm，已知钢板厚度标准为30mm，下列说法正确的是（　　） A．放射性同位素发生衰变时，不遵循质量数守恒 B．上述衰变方程为→+ C．若有2.0g铱-192，经过148天有1.0g衰变 D．若探测器得到的射线变强时，说明钢板厚度小于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙 10．我国首艘攻击核潜艇，其核反应堆采用的燃料是铀235，用一个动能约为0.025eV的中子（慢中子）轰击铀235，生成不稳定的铀236，从而再裂变为钡144和氪89，同时放出能量和3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速，从而使生成的中子继续撞击其它铀235。有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，假设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，则（　　）    A．该反应的核反应方程式为 B．一个速度为v0的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的速度大小约为 C．一个动能为的快中子与静止的碳原子碰撞一次后，快中子的动能约为1.25MeV D．若一个动能为E0的快中子每次均与静止的碳原子碰撞，碰撞n次后的动能En为 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，使得荧光屏看不见由_____引起闪光，通入B的气体是___________。 三、解答题 13．（10分）我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求： （1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ； （2）光子的动量大小p。 14.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PuO2作为发电能源为火星车供电(PuO2中的Pu是Pu)。已知Pu 衰变后变为U和一个X粒子。若静止的Pu 在磁感应强度大小为B的匀强磁场中发生衰变,衰变后产生的两粒子速度方向相反并与匀强磁场的方向垂直,其中X粒子的速度大小为v。已知X粒子的质量为m,电荷量为q,衰变释放的能量全部转化为两粒子的动能,光在真空中的传播速度为c。 (1)写出Pu发生衰变的核反应方程; (2)求U与X粒子做圆周运动的周期之比; (3)求该核反应释放的能量和质量亏损。 15．（16分）如图甲所示，2025年8月26日，国际上首个运行的超大规模和超高精度“幽灵粒子”探测器在我国建成并投入使用。为研究高能粒子控制与探测，研究小组设计了如图乙所示的粒子控制与探测一体化模型。在xOy平面存在沿x轴正方向的匀强电场E，以O点为圆心的圆形区域内存在垂直xOy平面向里的匀强磁场B。在坐标原点固定一小块含的物质，衰变成，继续衰变成，设衰变后产生的、粒子向xOy平面各个方向均匀发射。磁场圆边界处有可移动的粒子探测器，可探测到从不同区域离开边界的粒子。已知粒子的比荷为k，电子的比荷为3672k，、粒子沿各个方向的最大速度分别为v与10v，圆形磁场的半径为R，不计空气阻力、粒子的重力及粒子间的相互作用，不考虑相对论效应。 (1)请写出的衰变方程； (2)将E调到0，为使所有粒子均不离开磁场，求磁感应强度B的最小值； (3)将B调到0，若探测器在x≥0的圆边界处均能探测到粒子，求电场强度E的范围； (4)将B调到B0，若存在一些初速度为0的粒子，探测器探测到这些粒子离开圆弧边界时的速度与y轴平行，求电场强度E的最大值。 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 D A C D A C A BD BD ACD 1．D 【详解】A．是两个轻核聚变为中等质量的核，为轻核聚变反应，故A错误； B．链式反应是生成物里面有反应物，可以让核反应自发的继续反应，如重核裂变，故核聚变反应不是链式反应，故B错误； C．轻核聚变反应需要温度足够高使得轻核距离非常近，故C错误； D．两个轻核结合成质量较大的核的过程要释放能量，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增大，故D正确。 故选D。 2．A 【详解】A．玻尔的原子理论可以解释氢原子光谱的实验规律，故A正确； B．托马斯·杨的双缝干涉实验说明光具有波动性，不能说明光是横波，故B错误； C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构；卢瑟福通过粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构，故C错误； D．爱因斯坦提出光子说，很好地解释了光电效应现象，故D错误。 故选A。 3．C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，该物质为，故A错误； B．核聚变是轻核结合成重核的过程（如氢弹原理）。本题中的衰变是单个原子核自发转变为另一种原子核，属于放射性衰变（具体为衰变），而非核聚变，故B错误； C．1g该物质经过110min即一个衰变周期，则有一半发生衰变，该物质质量变为0.5g，故C正确； D．不带电，在磁场中不偏转，故D错误。 故选C。 4．D 【详解】A．衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，故A错误； B．该反应前后质量亏损为 故B错误； C．放射性元素发生的衰变为衰变，故C错误； D．由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的原子核发生了衰变，故D正确。 故选D。 5．A 【详解】A．根据爱因斯坦质能方程，轻核聚变过程中存在质量亏损，亏损的质量对应释放的核能，故A正确； B．核反应必须满足电荷数、质量数守恒，氘氚聚变的正确方程为，故B错误； C．原子核带正电，核聚变需要高温是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，万有引力作用极弱，故C错误； D．比结合能越大原子核越稳定，该反应释放能量，说明生成的氦核比反应物更稳定，因此氦核的比结合能大于氘核、氚核的比结合能，故D错误。 故选A。 6．C 【详解】A．光子能量公式为 解得波长 ，故A错误； B．原子吸收光子后，能量增加 ，根据质能方程 ，质量应增加而非减少，故B错误； C．德布罗意波长公式为 ，题目明确吸收后原子动量为 ，因此波长为 ，故C正确； D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（），无法满足跃迁条件，故D错误。 故选C。 7．A 【详解】A．特定光子的能量等于该原子从高能级跃迁到低能级过程释放光子的能量，结合能量子定义可知，外来光子的频率为 故A正确； B．受激辐射过程原子向外放出能量，原子的能量减少，故B错误； C．受激辐射过程，光子与原子组成的整个系统动量守恒，原子动量不守恒，故C错误； D．射线常是伴随衰变和衰变产生的，核外电子跃迁过程不会放出射线，则引起受激辐射的光子不可能是射线，故D错误。 故选A。 8．BD 【详解】α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。 故选BD。 9．BD 【详解】A．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒，由于出现质量亏损，反应后的质量小于反应前的质量，故A错误； B．上述衰变方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可得 故B正确； C．经过148天恰好为两个半衰期，有发生了衰变，因此只剩没有衰变，1.5g发生衰变，故C错误； D．若探测器得到的射线变强时，说明钢板厚度小于，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙，故D正确。 故选BD。 10．ACD 【详解】A. 该反应的核反应方程式为 故A正确； B. 根据动量守恒定律 根据能量守恒定律    解得 故B错误； C. 根据 解得 又因为 解得 故C正确； D. 根据得 解得 同理得 解得 以此类推 故D正确。 故选ACD。 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）A=20，Z=10，；（2） 【详解】（1）根据质量数守恒，氖核的质量数 A=22-2×1=20 根据电荷数守恒，氖核的电荷数 Z=12-2×1=10 氖核的物质波波长 其中氖核的动量 解得 （2）设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有 解得 14.【答案】 (1PuUHe　(2)117∶92　(3)mv2　 【解析】 (1)根据质量数守恒与电荷数守恒有 238-234=4,94-92=2, 可知X是氦核Pu的衰变方程为 PuUHe。 (2)两粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有 qvB=,T=, 解得 T=, 其中q1=46q,q2=q,m1=m,m2=m, 解得T1∶T2=117∶92。 (3)根据动量守恒定律可知,静止的Pu发生α衰变生成的α粒子和U粒子动量大小相等,方向相反,即有 mv=m1v1, 其中m1=m, 解得v1=, 根据能量守恒释放的核能 ΔE=mv2+m1=mv2, 根据质能方程 ΔE=Δmc2, 解得 Δm=。 15．(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）发生衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒，可得 （2）粒子在磁场中做圆周运动（或）     由于（或 r=0.5R 或） 对粒子 对粒子 因此取 （3）设第二象限内与y轴正向夹角为的粒子，刚好从y轴离开圆边界，x轴方向 y轴方向     解得 当时， 因此（或） （4）把粒子分解成沿y轴正方向以v0做匀速直线运动，以及以v0逆时针匀速圆周运动，满足 即 即 x 轴方向x=2r y 轴方向y=v0t     由几何关系     结合，其中 求得 当n=0时， 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 $