第五章 原子核 单元检测 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 高中物理第五章原子核单元检测，以人造太阳、核电池等科技前沿情境为载体，覆盖衰变、聚变等核心知识，适配单元复习，注重物理观念与科学思维考查。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|衰变类型、射线性质、半衰期等|第5题结合“人造太阳”核聚变反应，考查质量数守恒与比结合能| |非选择题|5题/54分|核反应方程、核能计算、实验电路分析|实验题第12题以微型核电池为背景，融合电路改装与能量转化；解答题第15题磁谱仪综合题，体现模型建构与科学推理|

第五章 原子核 单元检测 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．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为，裂变方程为，其中、、Y、的质量分别为、、、，光在真空中的传播速度为、下列叙述正确的是（　　） A．衰变是α衰变，α射线可以用来测量钢板的厚度 B．裂变时释放的能量为 C．若提高温度，的半衰期将会变小 D．Y原子核中含有56个中子 2．人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，它们经常会同时放出、、射线。如图所示，若将放射源分别放在匀强电场或匀强磁场中，并使电场和磁场与射线射出的方向垂直，由于场的作用带电的射线将发生偏转，下列说法正确的是（　　） A．图甲中的③射线是射线，具有很强的穿透能力 B．图乙中的⑥射线是电子流，用一张厚纸就可以把它挡住 C．图甲中的①射线和图乙中的④射线均是射线，具有很强的电离能力 D．图甲中的②射线和图乙的⑤射线属于同种射线，具有较强的电离能力 3．如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出粒子的总个数为（    ） A．6 B．8 C．10 D．14 4．放射性元素发生衰变的方程式为，下列说法正确的是（　　） A．是粒子 B．发生的是衰变 C．比更稳定 D．的中子数为30 5．近年来，中科院宣布紧凑型聚变能实验装置（BEST）正在安装，中国“人造太阳”预计2027年竣工。“人造太阳”的主要核聚变反应式为：，下列说法正确的是（    ） A．X是质子 B．比更稳定 C．核聚变可在常温下发生 D．“人造太阳”与核电站核反应类型相同 6．2025年11月，我国利用钍基熔盐核反应实验堆首次实现钍铀核燃料转换，在堆芯发生如下核反应：①；②；③。则核反应（　　） A．①中的γ电离作用比②中的X大 B．②中有一个中子转变为质子 C．③为α衰变 D．③中的Y为 7．核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu核衰变为U核和新粒子，并释放出γ光子。已知Pu、U的质量分别为mPu、mU，下列说法正确的是（　　） A．Pu的衰变方程为Pu→U＋2H＋γ B．释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量 C．U的结合能比Pu的结合能更大 D．核反应过程中释放的核能为ΔE＝（mPu－mU）c2 8．以下说法中正确的有（   ） A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电 B．原子核中的质子数一定与核外电子数相等 C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分 D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子 9．铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 10．“氦-3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。普通水中含有质量约的“重水”（普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代），使两个氘核通过反应发生聚变产生“氦-3”，已知氘核的质量是kg，氦-3的质量是kg，中子的质量是kg，19g“重水”含有的氘核数目为个，若一天内“烧”掉1L普通水中的所有氘核，则（　　） A．发生聚变反应后比结合能减小 B．聚变反应前后质量守恒但能量不守恒 C．两个氘核聚变后释放的能量约为3.3MeV D．所有氘核聚变后可获得约14.6kW的平均功率 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（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__________。 12．（14分）不久，我国科研人员成功研制出一款微型核电池—BV100。BV100的体积仅，比一枚硬币还小，其基本原理是用放射源发生β衰变时释放电子给铜片，以和铜片为电池的两个电极，外接负载就可以提供电能。据悉，这种电池功率约100μW，电压约3V，可实现50年自发电且功率稳定。 (1)关于该电池，下列说法正确的是______。 A．衰变形成的新核中含有34个中子 B．衰变形成的新核中含有33个中子 C．外接负载时镍的电势比铜片高 D．外接负载时电池内的电流方向从镍到铜片 (2)利用图甲的电路可研究该电池的特性，可供选择的主要器材有： A．灵敏电流表G：量程40μA，内电阻未知 B．灵敏电流计：量程5μA，内电阻100kΩ C．电阻箱：电阻变化范围0~999999Ω D．电位器R：电阻变化范围0~510kΩ ①实验中，首先需将电流计改装成量程为3V的电压表V，则应调整为______Ω； ②正确连接电路后，反复调节电位器R，读出多组电压表V的示数U与电流表G的示数I，经描点、连线得到图像如图乙所示。根据图像可知该电池的电动势E=______V．（结果保留三位有效数字）；其内电阻r随负载阻值的减小______（填“增大”“减小”或“不变”）。 ③为消除图甲测量方法带来的系统误差，需对电表的示数进行修正，则需要修正示数的电表是______（填“电压表”或“电流表”）。修正后的图线位于图乙中图线的______（填“上方”或“下方”）。 ④若用该电池对等效电阻为100kΩ的心脏起搏器供电，该电阻的功率为______W（结果保留三位有效数字）。 三、解答题 13．（8分）人工放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得到广泛的应用。 (1)能用射线来测量金属板的厚度吗？ (2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？ 14．（12分）钍核发生衰变生成镭核并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极和间电场时，其速度为，经电场加速后，沿ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极，当粒子从p点离开磁场时，其速度方向与ox方位的夹角，如图所示，整个装置处于真空中。 (1)写出钍核衰变方程； (2)求粒子进入磁场时的速度； (3)画出磁偏转的轨迹，同时计算粒子沿圆弧运动的轨道半径R； (4)求粒子在磁场中运动所用时间t。 15．（14分）磁谱仪的工作原理如图所示，限束光栏Q与感光片P平行放置在同一平面内，上方存在一垂直纸面的匀强磁场。放射源S发出质量为m、电量为q的粒子，加速后沿垂直磁场方向从S进入匀强磁场，被限束光栏Q限制在的小角度内。某初速度不计的粒子经过大小为的加速电压加速后，从S进入，经磁场偏转半圈后垂直打到感光片P上的某点G，SG两点间的距离。（重力影响不计） (1)镭-226常作为放射源的材料，写出镭发生衰变衰变为氡的核反应方程式。 (2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。 (3)若加速电压在范围内的粒子均垂直于限束光栏的方向进入磁场。试求这些粒子打在胶片上的范围； (4)实际上，粒子将在角内进入磁场，试求经电压范围内加速后的粒子打到感光胶片上的范围。（，） 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 《第五章 原子核 单元检测》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C B B B B B CD AB CD 1．B 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为，发生的是α衰变，α射线贯穿能力弱，不可以用来测量钢板的厚度，故A错误； B．裂变时释放的能量，由爱因斯坦质能方程得 故B正确； C．半衰期与环境没有关系，故C错误； D．根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，Y原子核中含有56个质子，中子数为 故D错误。 故选B。 2．C 【详解】AB．由射线的偏转方向可知，图甲中的③射线和图乙中的⑥射线是电子流，具有较强的穿透能力，故AB错误； C．图甲中的①射线和图乙中的④射线均是射线，具有很强的电离能力，故C正确； D．图甲中的②射线和图乙中的⑤射线均是射线，电离能力很弱，故D错误。 故选C。 3．B 【详解】设一共经过了m次衰变和n次衰变，则由题图分析可知，核反应方程为 由电荷数与质量数守恒有， 解得， 故在此过程中放射出粒子的总个数为8个。 故选B。 4．B 【详解】A．根据衰变过程质量数守恒、电荷数守恒，X的质量数为，电荷数为，可知X是粒子（电子），不是粒子，故A错误； B．该衰变过程放出电子，属于衰变，故B正确； C．自发衰变释放能量，生成的子核比母核更稳定，故C错误； D．原子核的中子数=质量数-质子数，的中子数为，故D错误。 故选B。 5．B 【详解】A．核反应遵守电荷数守恒、质量数守恒：反应前总电荷数为，总质量数为；反应后的电荷数为2、质量数为4，因此X的总电荷数为0、总质量数为1，为中子，不是质子，故A错误； B．核聚变属于放能反应，生成物的比结合能大于反应物的比结合能，比结合能越大原子核越稳定，因此氦核比氚更稳定，故B正确； C．核聚变需要超高温高压条件，克服原子核间的库仑斥力才能发生，常温下无法反应，故C错误； D．“人造太阳”的核反应类型为核聚变，现有商用核电站的核反应类型为核裂变，二者反应类型不同，故D错误。 故选B。 6．B 【详解】A．根据核反应前后电荷数、质量数守恒可知，X粒子的电荷数为-1，质量数为0，则X为电子，则γ电离作用比X的小，故A错误； B．反应②为β衰变，电子是一个中子转变为质子时释放出的，故B正确； C．反应③放出电子，为β衰变，故C错误； D．根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，Y的电荷数为92，质量数为233，故D错误。 故选B。 7．B 【详解】A．衰变方程质量数应该守恒，选项A中方程左侧质量数为239，右侧质量数为237，故A错误； B．衰变前，钚原子核静止，衰变释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量，故B正确； C．结合能是原子核分解为自由核子所需的能量，铀原子核的核子数少于钚原子核的核子数，结合能随核子数增加而增大，因此铀原子核的结合能更小，故C错误； D．核反应释放的核能应为 ，故D错误。 故选B。 8．CD 【详解】A．原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，正负电荷量相等，故原子整体呈电中性，故A错误； B．对于中性原子来说，核内质子数和核外电子数相等，但是对于带电的原子，原子核的质子数不等于核外电子数，故B错误； C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等原子核可打出质子，该实验证实质子是原子核的组成部分，故C正确； D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，可以确定原子核内还有别的不带电的中性粒子，故D正确。 故选CD。 9．AB 【详解】AB．对于第三个衰变反应，根据质量数守恒 可知 由电荷数守恒 可得，故AB正确； C．衰变过程中释放的电子（β衰变）是由原子核内中子转化为质子时释放的，并非由质子转化为中子和电子而来，故C错误； D．衰变电子来自原子核内部，与核外电子跃迁无关，故D错误。 故选AB。 10．CD 【详解】A．裂变或者聚变都是放出能量，故产物的比结合能比原来的元素比结合能大，故A错误； B．核反应前后质量不守恒，亏损的质量以能量的形式放出，自然界任何反应前后能量都是守恒的，故B错误； C．由可得，两个氘核聚变后释放的能量 故C正确； D．烧掉1L普通水中所有氘核放出的能量为 故功率为 故D正确； 故选CD。 11． 2 【详解】 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． 该过程的核反应方程式为 运用动量守恒定律和能量守恒定律 解得 12．(1)AC (2) 500000/500.000k 2.97/2.98/2.99/3.00/3.01 增大 电流表 上方 【详解】（1）AB．衰变形成的新核质量数为63，电荷数为29，则其中含有63-29=34个中子，选项A正确，B错误； CD．释放电子给铜片，可知外接负载时镍的电势比铜片高，外接负载时电池内的电流方向从铜片到镍，选项C正确，D错误。 故选AC。 （2）①[1]将电流计改装成量程为3V的电压表V，则应调整为 ②[2]根据图像结合 可知该电池的电动势 E=2.99V [3]图像的斜率绝对值的倒数等于内阻，可知其内电阻r随负载阻值的减小而增大。 ③[4]实验中由于电压表的分流作用会带来系统误差，需对电流表的示数进行修正。 [5]因实际通过电源的电流大于电流表的示数，则修正后的图线位于图乙中图线的上方。 ④将电阻为100kΩ的电阻的I-U图像画在该电源的I-U图像上，则如图， 交点坐标为I=20.5μA， U=2.05V，该电阻的功率为 13．(1)不能 (2)高能γ光子破坏微生物（细菌、霉菌等）的DNA/RNA，使其丧失繁殖能力。 【详解】（1）射线穿透能力弱，不能用来测量金属板的厚度。 （2）高能γ光子破坏微生物（细菌、霉菌等）的DNA/RNA，使其丧失繁殖能力，达到延长食品保存期。 14．(1) (2) (3)， (4) 【详解】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，钍核衰变方程式为 （2）设粒子离开电场时速度为v，对加速过程，由动能定理得 解得 （3）磁偏转的轨迹如图所示 粒子在磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 解得 （4）粒子做圆周运动的周期 ，由几何关系知粒子在磁场中转过的角度为，则粒子在磁场中运动的时间为 所以 15．(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）核反应方程为 （2）粒子运动轨迹半径 根据 和 解得 （3）粒子在磁场中运动的轨道半径为 最小半径 解得 同理可知最大半径 则 可得 （4）打到板上距S最远的距离， 打到板上距S最近的距离， 可得 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 $