第五章 原子核 单元检测（五）-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（五） 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）。 1.2022年1月,中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X+ MgAl,已知XMgAl的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c,该反应中释放的核能为E。下列说法正确的是(　　) A.X为氘核H B.X为氚核 H C.E=(m1+m2+m3)c2 D.E=(m1+m2-m3)c2 2．2026年1月，中国的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在实验中取得重要进展，为可控核聚变研究迈出关键一步。下列关于核聚变说法中正确的是（　　） A．目前世界上主流的核电站都利用了该反应的原理 B．核聚变反应前后不满足能量守恒定律 C．核聚变反应发生后，核子的比结合能增大 D．核聚变反应中释放的光子，来源于核外电子的能级跃迁 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．下列实验或现象揭示了原子核具有内部结构的是（　　） A．电子的发现 B．粒子散射实验 C．氢原子光谱 D．天然放射现象 5．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现新核素，核反应方程为核电站反应堆中，一种典型的裂变反应为。下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福发现新核素的核反应属于核聚变 B．核反应方程中的X是中子 C．β衰变的实质是Y转化成 X 和电子 D．铀235裂变需要吸收能量 6．如图所示为原子核的比结合能曲线，下列说法正确的是（　　） A．的结合能约为7MeV B．两个结合成时吸收能量C．比更稳定 D．比的结合能大 7．用高速质子轰击静止的锂原子核，生成两个粒子，其中一个粒子的运动速度与质子速度相同，其核反应方程为。已知质子质量为1.007825 u，锂原子核的质量为7.016004 u，粒子的质量为4.002600 u，1 u相当于931.5 MeV。若核反应释放的能量全部转化为粒子的动能，则速度较大的粒子的动能约为（    ） A．11.1 MeV B．13.2 MeV C．14.7 MeV D．15.7 MeV 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．用粒子照射充满氮气的云室，摄得如图所示的照片。下列说法正确的是（   ） A．A是粒子的径迹 B．B是粒子的径迹 C．C是粒子的径迹 D．C是质子的径迹 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。下面说法正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为 C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为 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．（4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 12．（6分）快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239（）很不稳定，经过___________次β衰变后变成钚239（），写出该过程的核反应方程式：___________。设静止的铀核发生一次β衰变生成的新核质量为M，β粒子质量为m，释放出的β粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，求一次衰变过程中的质量亏损__________。 三、解答题 13．（12分）4个氢核结合成1个氦核，同时释放出正电子。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为c。计算每次核反应中的质量亏损及该核反应中平均每个核子释放的能量。 14．（14分）用中子轰击锂核发生核反应，生成氚核和粒子，并放出的能量。（原子质量单位为相当于的能量） (1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损； (3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能之比是多少？ (4)粒子的动能是多大？ 15．（18分）粒子控制技术广泛应用于物理研究和仪器制造中，如图所示，半径的半圆形无场区的圆心在坐标原点O处，MN是位于x=2a处平行于y轴足够长的收集板，y轴右侧半圆形无场区外、MN左侧加一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，在O处静止的铀（）核发生α衰变生成钍（Th）核，所有衰变释放的α粒子（He）速率相同，方向在xoy平面内。已知沿+y方向发射的α粒子在磁场中偏转后恰好与MN相切时被收集，已知α粒子的质量为m、电荷量为q，忽略粒子的重力及粒子间的相互作用。 (1)试写出衰变方程，并求出衰变后钍核的速度； (2)求MN上有粒子击中位置的纵坐标范围； (3)若调整第一象限内磁场的右边界，使进入第一象限的α粒子经磁场偏转后均能垂直打在MN上，请推导调整后第一象限内磁场右边界满足的坐标方程。 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 C B D C C B AD BD BCD 1.【答案】 B 2．C 【详解】A．目前世界上主流核电站利用的是重核裂变的原理，可控核聚变暂未实现商用发电，故A错误； B．能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律，核聚变反应也满足能量守恒，反应中的质量亏损对应核能的释放，符合质能方程，故B错误； C．核聚变是轻核结合为质量更大的核的放能反应，反应后生成的原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此核子的比结合能增大，故C正确； D．核聚变释放的光子来源于原子核内部的能量释放，核外电子能级跃迁是原子发光的机理，和核反应无关，故D错误。 故选C。 3．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．D 【详解】A．电子的发现，只说明原子本身具有内部结构（原子可再分），与原子核的内部结构无关，故A错误； B．α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，仅证明了原子中心存在原子核，没有揭示原子核自身有内部结构，故B错误； C．氢原子光谱的研究，说明原子核外电子的能级是分立的，研究的是核外电子的运动规律，和原子核内部结构无关，故C错误； D．天然放射现象的射线都来自原子核的自发衰变，说明原子核可以再分，直接揭示了原子核具有内部结构，故D正确。 故选D。 5．C 【详解】第一个反应中，X的电荷数=7+2-8=1，质量数=14+4-17=1，故X为质子（）； 第二个反应中，Y的电荷数=56+36-92=0，质量数=，故Y为中子（）。 A．核聚变是轻核结合成质量更大的核的反应，卢瑟福的核反应是人工核转变，不属于核聚变，A错误； B．由上述计算可知，X是质子，不是中子，B错误； C．β衰变的实质是原子核内的中子（Y）转化为质子（X）和电子，电子作为β粒子释放，C正确； D．铀235裂变存在质量亏损，会释放大量能量，不需要吸收能量，D错误。 故选C。 6．C 【详解】A．根据图像可知的比结合能约为，所以结合能为，故A错误； B．根据计算可知的结合能大于两个的结合能的和，所以两个结合成时应放出热量，故B错误； C．比结合能越大的原子核越稳定，根据图像可知比更稳定，故C正确； D．与的比结合能相差不多，但的核子数比大很多，所以的结合能更大，故D错误。 故选C。 7．B 【详解】质量亏损 释放的核能 设质子质量为，入射速度为，则质子动量为；粒子质量为，其中一个粒子速度为，另一个速度为，根据动量守恒定律有 解得 负号表示方向与质子入射方向相反，速度大小为。 设质子初动能为 则速度为的粒子动能 另一个粒子动能 根据能量守恒定律有 代入数据解得 。 速度较大的粒子速度为，动能 故选B。 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．BD 【详解】ABC．粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是粒子，所以B是粒子的径迹，故AC错误，B正确； D．质量大、电离作用强的新核，径迹粗而短，故A是新核径迹。质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹C是质子的径迹，故D正确。 故选BD。 10．BCD 【详解】A．由动量守恒可知 衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以轨迹圆应外切，由 可得圆周运动的半径 新核Y和α粒子动量相同，α粒子电荷量较小，则半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，A错误； B．由可知 则，B正确； C．圆周运动周期 环形电流 ，C正确； D．对α粒子，由洛伦兹力提供向心力 可得 由质量关系可知，衰变后新核Y质量为 由衰变过程动量守恒可得 ， 系统增加的能量为 由质能方程得ΔE=Δmc2 联立得，D正确。 故选BCD。 11． B A 【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。 12． 2 【详解】[1] β衰变，电荷数增加1，质量数不变，铀239衰变成钚239，电荷数增2，质量数不变，知发生了2次β衰变． [2] 该过程的核反应方程式为 [3] 运用动量守恒定律和能量守恒定律 解得 13．， 【详解】质量亏损 根据爱因斯坦质能方程可知，该核反应中平均每个核子释放的能量为 14．(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）（1）核反应方程 （2）由可得 （3）根据题意有 式中分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能 可得它们的动能之比为 （4）忽略反应前中子的动能，则反应后粒子的动能 15．(1)，，方向与粒子出射方向相反 (2) (3) 【详解】（1）衰变方程满足电荷数、质量数守恒 对沿方向出射的粒子，出无场区坐标为，速度沿，洛伦兹力指向右，圆心坐标为。因轨迹与相切，故 得轨迹半径 由洛伦兹力提供向心力 代入 得粒子速度 衰变过程动量守恒，初始总动量为0，设钍核质量为 则 解得钍核速度大小 方向与粒子出射方向相反。 （2）上边界（时）。所有粒子速率相同，故轨迹半径均为。 任意出射方向（与轴夹角，），出无场区坐标 轨迹圆心坐标满足 即所有圆心在以原点为圆心、半径的圆上。 轨迹圆方程为 代入，结合 整理得 由不等式 平方整理得 即 下边界（时）。设粒子恰能与MN板相切，如图所示 由几何关系得 设OO′连线与-y方向的夹角为，由几何关系得 解得 则此时圆心坐标为，则圆的方程为 与的交点为 故击中位置的纵坐标范围为 （3）要求粒子垂直打在上，出磁场时速度沿方向，故设运动轨迹圆心在出边界点的正下方处，即。 因入射方向沿（为入射点，在上），且，为直角三角形，由勾股定理： 代入，， 得 第一象限满足，故右边界坐标方程为 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 $