第五章 原子核 章末检测 -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 章末检测 (满分：100分) 一、选择题(本题12小题) 1．下列关于原子或原子核的说法正确的是(　　) A．天然放射现象的发现揭示了原子具有核式结构 B．温度升高，放射性元素的半衰期会减小 C．原子核发生β衰变后，原子序数不变 D．比结合能越大，原子核越稳定 2．核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是(　　) A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大 B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小 C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大 D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电 3．下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是(　　) ①H＋H→He＋n ②U＋n→Sr＋Xe＋10n ③U→Th＋He ④N＋He→O＋H A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 4．1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：He＋Al→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e，则(　　) A．X的质量数与Y的质量数相等 B．X的电荷数比Y的电荷数少1 C．X的电荷数比Al的电荷数多1 D．X的质量数与Al的质量数相等 5．下列说法中正确的是(　　) A．在衰变方程Pu→X＋He＋γ中，X原子核的质量数是234 B．核泄漏事故污染物137Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为Cs→Ba＋X，可以判断X为正电子 C．放射性物质131I的衰变方程为I→Xe＋X，X为中子 D．某人工转变的核反应方程为He＋Al→O＋X，其中X为中子 6．据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是(　　) A．钍核Th有90个中子，142个质子 B．铀核裂变的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定 D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小 7．太阳内发生核聚变反应主要为：H＋H→He，已知部分物质比结合能与质量数关系如图所示，则该反应释放的核能约为(　　) A．5 MeV B．6 MeV C．24 MeV D．32 MeV 8.如图，匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，衰变过程中放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为42∶1，则氡核的衰变方程是(　　) A.Rn→Fr＋e B.Rn→Po＋He C.Rn→At＋e D.Rn→At＋H 9．(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是(　　) A．做示踪原子是利用放射性同位素的贯穿能力很强的性质 B．做示踪原子是利用放射性同位素放出射线可被仪器探测的特点 C．γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质 D．γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质 10．(多选)对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是(　　) A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值 B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 C．根据ΔE＝Δm·c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 D．根据ΔE＝Δm·c2可以计算核反应中释放的核能 11．(多选)核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，真空中光速为c，则下列说法中正确的是(　　) A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子 B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子 C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2 D．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2 12.(多选)取一定质量的氡222样品，经过19天时间，有的原子核发生衰变，下列说法正确的是(　　) A．氡222的半衰期为3.8天 B．继续对该样品进行加热，再经过8.8天，仅剩的原子核未发生衰变 C．取16个氡222原子核，经过15.2天，其中一定有15个发生衰变 D．取16 g氡222，经过15.2天，其中还剩1 g未发生衰变 二、填空题(本题2小题) 13．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖．他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg P随时间衰变的关系图像如图所示，请估算4 mg的P经过________天的衰变后还剩0.25 mg. 14．100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)． 三、计算题(本题共4小题) 15．Co发生一次β衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为ν1和ν2的两个光子．普朗克常量为h，真空中光速为c. (1)试写出衰变方程； (2)若该反应产生的能量全部以光子的形式释放，求出该核反应过程中亏损的质量． 16． 用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要贡献．若已知α粒子的质量为4.001 509 u，中子的质量为1.008 665 u，铍核的质量为9.012 19 u，碳核的质量为12.000 00 u，试写出发现中子的核反应方程，并确定核反应中所释放的核能为多少？(1 u相当于931.5 MeV的能量) 17． 核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式 是U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n (1)在括号内填写n前的系数； (2)用m1、m2、m3均分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？(真空中光速为c) (3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235？(铀235的摩尔质量μ＝0.235 kg/ mol，一月约为t＝2.6×106 s)，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1.(计算结果保留两位有效数字) 18．氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料．呼吸时氡气会随气体进入肺部，氡衰变时放出α射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．若有一静止的氡核 Rn发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋Po，此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能． (1)写出衰变方程； (2)求出反冲核钋的速度；(计算结果用题中字母表示) (3)求出这一衰变过程中的质量亏损．(计算结果用题中字母表示) 参考答案; 1.答案　D解析　天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂结构，选项A错误；外界环境对半衰期无影响，选项B错误；原子核发生β衰变后，原子序数增加1，选项C错误；比结合能越大，原子核越稳定，选项D正确． 2.答案　C解析　轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，原子核的比结合能增大，选项A错误，C正确；经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能变大，选项B错误；目前我国核电站利用重核裂变释放的能量来发电，选项D错误． 3.答案　A解析　①是轻核聚变方程，是氢弹的反应方程；②是重核裂变方程，是原子弹的反应方程；③是α衰变方程；④是原子核的人工转变方程．故属于研究“两弹”的基本核反应方程的是①②，选项A正确． 4.答案　A解析　发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，A正确，B错误．X的电荷数比Al的电荷数多2，X的质量数比Al的质量数多3，C、D错误． 5.答案　D解析　根据质量数守恒可得，X原子核的质量数A＝239－4＝235，A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒知，Cs→Ba＋X中的X为电子，B错误；I→Xe＋X中，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X为β粒子，C错误；人工转变的核反应方程为He＋Al→O＋X，由质量数和电荷数守恒可知，X为中子，D正确． 6.答案　B解析　钍核Th有90个质子，142个中子，故A错误；根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确；根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误；较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故D错误． 7.答案　C解析　由题图可知，H的比结合能约为1.1 MeV，He的比结合能约为7.1 MeV，根据结合能与比结合能的定义，可知该反应释放的核能约为ΔE＝7.1 MeV×4－1.1 MeV×2×2＝24 MeV，故选C. 8.答案　B解析　粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qvB＝m，故r＝；粒子衰变过程中不受外力，系统动量守恒，故生成的两个粒子的动量等大、反向，故：r＝∝；大圆与小圆的半径之比为42∶1，故生成的两个粒子的电荷量之比为1∶42；根据电荷数守恒，生成物是α粒子，则衰变方程应该是Rn→Po＋He，B正确． 9.答案　BC解析　做示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测的特点；γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质，故B、C正确． 10.答案　AD解析　根据ΔE＝Δm·c2知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故A正确；根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δm·c2，不是指质量和能量可以相互转化，故C错误；公式ΔE＝Δmc2中，Δm是亏损质量，ΔE是释放的核能，故D正确． 11.答案　BD解析　由核反应方程2H→He＋X知X应为中子，A错误，B正确；根据质能方程可知，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，C错误，D正确． 12.答案　AD解析　经过t＝19天后，还有未衰变的原子核为1－＝，根据半衰期公式n余＝n原有＝＝，解得半衰期τ＝3.8天，选项A正确；根据半衰期公式可知，再经过8.8天，则有n余＝n原≠n原，选项B错误；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，选项C错误；根据半衰期公式有m余＝16×g＝1 g，选项D正确． 13.答案　正电子或e　56 解析　核反应方程式为：P→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25 mg＝4 mg× ，知t＝56天． 14.答案　中子　核裂变 解析　根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，核电荷数为零，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变． 15.答案　(1)Co→e＋Ni　(2) 解析　(1)根据电荷数守恒、质量数守恒可知，衰变方程为Co→e＋Ni. (2)释放的能量ΔE＝hν1＋hν2. 根据ΔE＝Δmc2 得质量亏损为Δm＝ 16.答案　He＋Be→C＋n　4.7 MeV 解析　根据题意可写出发现中子的核反应方程为He＋Be→C＋n 可得核反应过程中的质量亏损为Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005 034 u 根据质能方程ΔE＝Δmc2得，该核反应所释放的核能为 ΔE＝×0.005 034 u≈4.7 MeV 17.答案　(1)3　(2)(m1－m2－m3－2m)c2　(3)22 kg 解析　(1)由质量数与电荷数守恒可知，235＋1＝141＋92＋x 得x＝3 (2)由题意知，质量亏损为Δm＝m1－m2－m3－2m 由质能方程可知，释放的核能为：ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3－2m)c2； (3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt 同时：E＝NAΔE 可得：m＝＝ kg≈22 kg. 18.答案　(1)Rn→Po＋He　 (2)，方向与α粒子速度方向相反　(3) 解析　(1)由质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为Rn→Po＋He (2)核反应过程动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向， 由动量守恒定律得mv0＋Mv＝0 解得v＝－，负号表示方向与α粒子速度方向相反 (3)衰变过程产生的能量ΔE＝mv02＋Mv2＝ 由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2 解得Δm＝. 学科网（北京）股份有限公司 $