第五章 原子核（B卷）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“原子核”单元卷，覆盖核反应方程、衰变、结合能等核心知识点，结合“玲龙一号”核反应堆等科技情境，通过选择、计算题型梯度考查物理观念与科学思维，适配单元复习。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|10/50|核反应方程、半衰期、结合能|第1题以硼中子俘获治疗为情境，考查电荷数守恒（物理观念）| |多选|5/25|夸克模型、同位素、核反应能量|第14题结合夸克组成分析电荷，体现科学推理| |计算|2/25|衰变方程、核能计算|16题钴60衰变综合考查质量亏损与物质波，落实模型建构|

第五章 原子核 分值：100 分 时间：60分钟 学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________ ( 1. 原子核的组成与核反应方程 高频考点：质子数、中子数、质量数、电荷数守恒；核反应类型判断（衰变、人工转变、裂变、聚变）。 区分：核反应方程质量数与电荷数一定守恒；衰变自发，人工转变有粒子轰击。 2. 原子核的衰变与半衰期 高频考点：α 衰变、β 衰变、γ 光子；衰变规律；半衰期公式 ；半衰期由核内部决定。 区分：α 衰变电荷数 - 2、质量数 - 4；β 衰变电荷数 + 1、质量数不变；半衰期与温度、压强、化学状态无关。 3. 原子核的结合能与比结合能 高频考点：结合能、比结合能含义；比结合能越大原子核越稳定；质能方程 。 区分：比结合能反映稳定性；重核裂变、轻核聚变都向比结合能大的方向进行。 4. 核力与核能 高频考点：核力特点（短程、强相互作用）；质量亏损；核能计算。 区分：质量亏损是反应前后静止质量之差；释放核能一定伴随质量亏损。 5. 裂变、聚变与核技术应用 高频考点：重核裂变（铀 235）、轻核聚变（氘氚）；反应堆结构（慢化剂、控制棒）；放射性应用与防护。 区分：裂变是重核分裂；聚变是轻核聚合；核电站是可控裂变。 6. 物质结构与夸克模型 高频考点：质子、中子组成；强子由夸克组成；夸克带电规律。 区分：质子 = 2 上夸克 + 1 下夸克；中子 = 1 上夸克 + 2 下夸克。 ) 解题步骤 核心要点 第一步：审题干 确定核反应类型；判断是衰变、半衰期、结合能、质能方程还是核技术应用 第二步：抓关键 核反应抓 “两数守恒”；衰变抓 “电荷数变化”；半衰期抓 “剩余量公式”；核能抓 “” 第三步：排错项 排除 “半衰期受外界影响”“质量消灭”“裂变是聚变” 等典型错误 题型 判断 / 核心依据 答题要点 核反应方程 质量数守恒、电荷数守恒 先配平，再判断粒子类型；衰变自发，裂变需中子轰击 原子核衰变 α：；β：：光子 β 衰变：中子→质子 + 电子；γ 射线不改变核电荷数与质量数 半衰期计算 ；与外界无关 每过一个半衰期，原子核数减半；剩余量按指数衰减 结合能与稳定 比结合能越大→原子核越稳定 重核裂变、轻核聚变都向比结合能增大方向进行 核能计算 ；1u 对应 931.5MeV 质量亏损 = 反应前总质量−反应后总质量；释放能量为正 裂变与聚变 裂变：重核→中等质量核；聚变：轻核→较重核 核电站用裂变；太阳、氢弹为聚变；聚变产能更高 核反应堆 慢化剂使快中子变慢；控制棒吸收中子 控制棒插入越深，吸收中子越多，反应越慢 夸克模型 上夸克；下夸克 质子、中子的电荷量由夸克电荷量直接相加得到 一、单项选择题（本题共10小题，每小题5分，共50分） 1.硼（）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，该核反应方程为已知新核X的电荷数比粒子Y的电荷数多1，则粒子Y的电荷数为( ) A.0 B.1 C.2 D.3 2.卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动径迹。在α粒子从A运动到B，再运动到C的过程中，下列说法正确的是( ) A.动能先增大后减小 B.电势能先减小后增大 C.静电力对其先做负功后做正功，总功等于0 D.加速度先变小后变大 3.由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为( ) A. B. C. D. 4.医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的，的半衰期为。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可得为( ) A. B. C. D. 5.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，吴健雄用对此进行了实验验证。的衰变方程为，其中为反电子中微子，它的电荷量为零，静止质量被认为是零，下列说法正确的是( ) A.和的结合能相等 B.a为59 C.Y为电子 D.在磁场中会偏转 6.静止的核衰变为铀核和X粒子，产生热能并放出频率为ν的光子。已知：、和X粒子的质量分别为和，普朗克常数为h，光速为c。下列说法正确的是( ) A.X粒子是 B.的比结合能比的大 C.核衰变放出的核能为 D.若光子照射到某金属并发生光电效应，则光电子的最大初动能为hν 7.碘131（）常用于治疗甲状腺疾病，其半衰期为8天。碘131的衰变方程为，其中光子的能量为，氙的结合能为，碘131的结合能为，普朗克常量。下列说法正确的是( ) A.碘131衰变需8天 B.碘131比氙131稳定 C.光子的频率约为 D.该核反应生成物中的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的 8.“玲龙一号”是全球首个陆上商用模块化小型压水堆。它的核反应材料为低浓缩铀，普通水作为慢化剂，使用镉合金做成的控制棒吸收中子，控制反应速度。下列说法正确的是( ) A.“玲龙一号”是核聚变反应堆 B.普通水可以使慢中子转变为快中子 C.控制棒插入越深，链式核反应的速度变快 D.核反应释放的能量来自于原子的质量亏损 9.关于核反应方程：①；②；③；④，下列说法正确的是( ) A.①是衰变，经过两个半衰期全部衰变 B.②是核裂变，β射线的电离本领比α射线强 C.③是人工转变，的比结合能比大 D.④是热核反应，该反应需要很高的温度并放出能量 10.我国自主研发了“玲龙一号”核反应堆，核反应方程为，反应产物会发生β衰变.已知核、和的质量分别是235.0439 u、140.9139 u、91.8973 u和1.0087 u，1 u为，真空中的光速.则下列说法正确的是( ) A.核反应方程中的 B.核的比结合能小于核的比结合能 C.的衰变方程为 D.一个核裂变放出的核能约为 二、多项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分） 11.天然放射性元素镭放出的α粒子动能约为，用α粒子轰击氮原子核，核反应可能不止有一种，比如：①；②等。我们可以通过计算判断各种核反应是否有可能发生。已知各原子核的相对原子质量如下表所示，其中1 u的质量对应931.5 MeV的能量，下列关于第②种核反应的说法正确的是( ) A.第②种核反应为放能反应，一次核反应放出的能量约为4.735 MeV B.第②种核反应为吸能反应，一次核反应吸收的能量约为4.735 MeV C.用该α粒子（）轰击静止的靶核（），可能发生第②种核反应 D.若用的α粒子轰击静止的靶核（），可能发生第②种核反应 12.观测分子云中的CO射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是( ) CO同位素分子 频率/ 1.153 1.102 1.098 A.比多两个质子 B.比多一个中子 C.辐射出的光子的能量最小 D.辐射出的电磁波的波长最短 13.自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则下列说法正确的是( ) A.X是 B.该反应为核聚变反应 C.温度升高时钚的半衰期将仍为2.41万年 D.1g钚经过4.82万年有发生了衰变 14.按照现代的粒子理论，可以将粒子分为四大类：规范玻色子、希格斯玻色子、轻子和强子。质子和中子属于强子，强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论，夸克有6种，它们分别是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量为或，电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法正确的是( ) A.上夸克的电荷量为 B.下夸克的电荷量为 C.上夸克的电荷量为 D.下夸克的电荷量为 15.甲状腺病痛患者手术切除甲状腺后，可以通过口服含有碘131的药物进一步进行放射性治疗，碘131发生衰变的过程可以用方程来表示，和Z的质量分别为和，真空中光速为c，不考虑患者对放射性药物代谢的影响，下列说法正确的是( ) A.碘131的衰变为β衰变 B.比更稳定 C.一个衰变为释放的核能为 D.碘131的半衰期约为8天，患者服药后经过16天碘131全部衰变 三、计算题（共25分） 16.（12分）一个静止的钴60在某条件下发生β衰变生成镍60（Ni），放出动能为的电子，同时释放能量分别为的两个γ光子，忽略镍60的动能，释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量.已知电子的质量为m，普朗克常量为h，真空中光速为c，不考虑相对论效应. （1）写出该衰变方程，并求电子的物质波波长λ. （2）有N个钴60发生了β衰变，求核反应中总的质量亏损. 17.（13分）用中子轰击锂核发生核反应，生成䒼核和α粒子，并释放出核能。已知中子、氚核、α粒子、锂核的质量分别是，，质量亏损1 u释放的核能为931.5 MeV。（结果均保留2位小数） （1）请写出核反应方程； （2）若放出的能量全部由质量亏损获得，试求释放的核能； （3）若反应前中子以0.42 MeV的动能和锂核正碰，且碰撞前二者具有等大反向的动量，核反应中放出的核能全部转化为动能，则反应后生成的α粒子和氘核的动能各为多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理单元测试AB卷 B卷（参考答案） 1.答案：C 解析:核反应遵循电荷数守恒，反应前的电荷数为5，的电荷数为0，总电荷数为。 设粒子Y的电荷数为z，由题意新核X的电荷数为，反应后总电荷数为，根据电荷数守恒得，解得。 故选C。 2.答案：C 解析：根据卢瑟福提出的原子的核式结构模型可知，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷的电场类似。合力方向指向运动轨迹的凹侧，根据α粒子从A运动到B的运动轨迹，可知静电力做负功，α粒子动能减小，电势能增大；从B运动到C，静电力做正功，α粒子动能增大，电势能减小；A、C在同一条等势线上，则静电力做的总功等于0，故AB错误，C正确。等势线密集的位置场强比较大，则A、B、C三点的电场强度大小的关系为，场强越大则所受电场力越大，粒子加速度越大，故α粒子的加速度先变大后变小，故D错误。 3.答案：B 解析：设采集时大气中有x个原子和y个原子，由于的半衰期为139万年，故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计，的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为，故可得 解得 故选B。 4.答案：B 解析:时为原来质量的，时为原来质量的，衰变了一半，经历的时间应为一个半衰期，可得 可得 故选B。 5.答案：C 解析：由题意可知，的电荷量为零，则其在磁场中不会偏转，D错误。的质量数和电荷数均可视为0，则由电荷数守恒可知，Y的电荷数为-1，则可知该反应为β衰变，Y为，由质量数守恒可知，，B错误，C正确。和的质量数相同，比结合能不同，可知结合能不同，A错误。 6.答案：B 解析:A.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X粒子质量数为 4 ，电荷数为2，X粒子是 ，故A错误； B.核反应的生成的新核更稳定，比结合能更大，所以 的比结合能比 的大，故B正确； C.反应释放的总能量为 ，故 C 错误； D.若 光子照射到某金属并发生光电效应，根据光电效应方程 可知，光电子的最大初动能小于hv，故D错误。故选B。 7.答案：C 解析：A.半衰期为半数原子核发生衰变的时间，碘131衰变时剩余未衰变的原子核为，对应经历2个半衰期，所需时间为天，故A错误； B.核子数相同的原子核，结合能越大则比结合能越大，原子核越稳定。俞131的结合能大于碘131，故氛131更稳定，故B错误； C.根据光子能量公式，可得，故C正确； D.该衰变是衰变，本质是原子核内的中子转化为质子时释放出电子，故D错误。 故选C。 8.答案：D 解析:A.由题意可知，＂玲龙一号＂是核裂变反应堆，故A错误； B.普通水可以使快中子变成慢中子，被称为＂慢化剂＂，故B错误； C.将控制棒插入的更深一些，控制棒能吸收更多的中子，从而使反应堆的链式反应速度降低，故C错误； D.根据爱因斯坦质能方程，核反应过程中释放的巨大能量来自于反应前后原子核的质量亏损，故D正确。故选D。 9.答案：D 解析：A（×）核反应①生成核中有α粒子，属于α衰变，根据半衰期的规律，经过两个半衰期有发生了衰变，还剩余没有发生衰变。 B（×）核反应②生成物中有β粒子，属于β衰变，β射线的电离本领比α射线弱。 C（×）核反应③是核裂变，由于裂变释放能量，说明生成核比反应核更加稳定，可知的比结合能比的比结合能大。 D（√）核反应④是核聚变，也称热核反应，该反应需要很高的温度并放出能量。 10.答案：B 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的，故A错误；该核反应的产物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，可知核的比结合能小于核的比结合能，故B正确；根据题意可知，会发生β衰变，因此其衰变方程为，故C错误；根据爱因斯坦质能方程有，解得，故D错误. 11.答案：BD 解析：由于，说明反应后原子核的质量增加了，该反应为吸能反应，且，B正确，A错误；由反应前后动量守恒和能量关系可知当反应结束后生成的新核共速时，用的α粒子实验，生成新核的总动能为，则系统损失的动能最多为3.728 MeV，该能量小于发生第②种核反应所需要吸收的4.735 MeV的能量，故不能发生第②种核反应，同理，用初动能达到6.173 MeV的α粒子实验，损失动能最多为4.801 MeV，大于第②种核反应所需要的能量，故第②种核反应可以发生，D正确，C错误。 12.答案：BD 解析：和质子数相等，的质量数比的多1，由质量数=质子数+中子数可知比多一个中子，B正确；由公式可知，光的频率越大，波长越短，则结合题表数据可知辐射出的电磁波的波长最短，D正确。 错误项分析 和含有的质子数相等，A错误；由光子的能量公式可知，光的频率越大，光子的能量越大，由题表可知辐射出的光的频率最大，因此辐射出的光子的能量最大，C错误。 13.答案：ACD 解析:A.根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为0，电荷数为，则X是，故A正确； B.核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，该反应是中子轰击重核的人工核转变，不属于核聚变，故B错误； C.半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强等外界条件无关，温度升高钚的半衰期仍为2.41万年，故C正确； D.4.82万年为2个半衰期，则1g钚经过4.82万年剩余未衰变的质量为 可知有发生了衰变，故D正确。 故选ACD。 14.答案：AB 解析：设上夸克的电荷量为，下夸克的电荷量为，由题意可得， 解得， 故选AB。 15.答案：AC 解析：根据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程为，可知其为β衰变，产物比更稳定，故A正确，B错误；衰变过程释放的核能为，故C正确；患者服药后经过两个半衰期，碘131还剩原来的，故D错误. 16.答案：（1）； （2） 解析：（1）方程. 电子的动量， 电子的物质波波长， 解得. （2）N个钻60发生衰变产生的能量， 根据质能方程， 解得. 17.答案：（1） （2）4.84 MeV （3）2.28 MeV；3.05 MeV 解析：（1）根据质量数与电荷数守恒，该核反应方程为 （2）该核反应的质量亏损为 释放的核能 （3）根据 则碰撞前有 则有 由于中子和锂核碰撞前二者具有等大反向的动量，即总动量为0，设反应后生成的α粒子和桃核的动能分别为，则有 解得 学科网（北京）股份有限公司 $