第五章 原子核（A卷）单元测试 -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** 本卷为高中物理“原子核”单元复习卷，以BEST装置核聚变、核潜艇核反应等科技前沿及社会热点为情境，覆盖α粒子散射、核反应方程、比结合能等核心知识点，注重物理观念与科学思维的综合考查。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|10/50|α粒子散射实验（第1题）、核反应方程（第2题）|第7题BEST装置体现科技前沿，考查聚变反应本质| |多选|5/25|比结合能曲线（第13题）、镜像核（第11题）|第13题结合曲线分析稳定性，培养科学推理能力| |计算|2/25|半衰期计算（16题）、核聚变能量（17题）|17题以海水氚能源为背景，渗透社会责任，考查能量观念|

第五章 原子核 分值：100 分 时间：60分钟 学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单项选择题（本题共10小题，每小题5分，共50分） 1.如图所示为α粒子散射的实验装置图。对该实验的解释，说法合理的是( ) A.原子内部存在中子 B.实验结果表明原子的正电荷均匀分布在原子内 C.大多数α粒子发生大角度偏转，少数α粒子沿原方向前进 D.原子的全部正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上 2.在已知37种碘的同位素中，只有碘127是稳定的，其他都具有放射性，例如碘138原子核可衰变成为氙原子核，并放出一未知粒子X及反微中子，其核反应式为∶。已知的质量数为138，所带基本电荷数为53，则m＋p＋q等于( ) A.136 B.137 C.138 D.139 3.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( ) 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小于2.41万年 D.1g钚经过4.82万年有发生了衰变 4.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 5.一个α粒子融合到一个核中，核反应方程为，其中和的比结合能分别为、，则下列说法正确的是( ) A.X的质子数为20 B.X的结合能为 C.X的中子数为9 D.比更稳定 6.部分原子核的比结合能（平均结合能）与质量数的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( ) A.核的比结合能约为28MeV B.核的结合能约为14MeV C.图中标出的元素中核最稳定 D.裂变为和的过程需要吸收能量 7.BEST装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度，为实现可控核聚变的实际应用又迈进一步。下列说法正确的是( ) A.燃料会发生链式反应 B.聚变反应吸收能量而不是释放能量 C.若反应物为和，生成物为，则聚变反应方程为 D.高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力，从而发生核裂变 8.美国、英国、澳大利亚不久前宣布建立所谓“三边安全伙伴关系”，美、英将助澳建造核潜艇，此举严重违背了核不扩散的宗旨和目标。三国搞核潜艇交易，涉及大量极其敏感的武器级高浓铀转让，存在严重的扩散风险。请根据所学的物理知识猜想核潜艇中核反应方程式是( ) A. B. C. D. 9.现已发现的粒子达400多种。它们大体可被分为哪几种类别( ) A.光子、夸克、强子、质子 B.夸克、轻子、强子、电子 C.规范玻色子、希格斯玻色子、轻子、强子 D.质子、中子、电子、光子 10.月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富。科学家认为是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大。关于，下列说法正确的是( ) A.原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起 B.发生核聚变反应后变成，原子核内核子间的比结合能没有发生变化 C.发生核聚变，放出能量，不一定会发生质量亏损 D.核聚变反应的方程可能为 二、多项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分） 11.质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如是的镜像核，同样也是的镜像核.下列说法正确的是( ) A.和互为镜像核 B.和互为镜像核 C.和互为镜像核 D.互为镜像核的两个核质量数相同 12. 钋是“藏”在香烟中的放射性元素。钋发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是( ) A. X粒子与粒子均带正电 B. X粒子电离能力比粒子强 C. 粒子由释放 D. 与的核子平均质量相等 13.原子核的比结合能曲线如图所示，其中为结合能，A为核子数。根据该曲线，下列判断正确的是( ) A.比更稳定 B.的结合能约为5.4 MeV C.两个结合成时释放能量 D.中核子的结合能比中的大 14.太阳能源于太阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为，下列说法正确的是( ) A.该聚变的核反应方程是 B.聚变反应在常温下不能发生 C.太阳每秒钟减少的质量约为 D.目前核电站采用的核燃料主要是氢核 15.在恒星内部的氦燃烧过程中，通常是先由两个氦核结合成不稳定的铍核，核反应方程为，紧接着铍核再捕获第三个氦核生成碳核，核反应方程为。相关原子核的质量如表所示，则( ) 原子核 质量 A.在核反应中，质量亏损 B.在核反应中，中子数不守恒 C.在核反应中，会释放出核能 D.的比结合能大于的比结合能 三、计算题（共25分） 16.（12分）是最常见的一种铀，但它却不是实用的核燃料，军事上常用来做贫铀弹或装甲板材。假设经过多次α和β衰变，最终生成并释放出γ射线。已知的半衰期亿年，经过n年后，的质量变为原有质量的，求： （1）n的数值； （2）转变为经历α衰变的次数。 17.（13分）海水中有丰富的氚，可以充当未来的重要能源，两个氘核聚合成一个氦核（同位素）的同时放出一个中子，并释放出巨大的能量，若其中氘核的质量为，中子的质量为，氦核的质量为，光在真空中的速度为c。 （1）写出该核反应方程并求该核反应释放的核能； （2）若两个氘核以相同大小的动能对心正碰，求反应后产生的中子与氦核的动能之比。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理单元测试AB卷 A卷——基础达标卷（参考答案） 1.答案：D 解析：α粒子散射实验现象为，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过，有的甚至几乎达到而被反弹回来。卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型，即原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，故ABC错误，D正确。 故选D。 2.答案：B 解析：根据核反应中的质量数守恒，左边碘138的质量数为138，右边氙（Xe）的质量数为m，粒子X的质量数为p，反微中子质量数为0。故有 则 根据核反应中的电荷数守恒，边碘的电荷数为53，右边氙的电荷数为54，粒子X的电荷数为q，反微中子电荷数为0。故有 则 粒子X的性质，电荷数，根据衰变（中子→质子+电子+反微中子）可知，X为电子（粒子），其质量数 由质量数守恒得 因此 故选B。 3.答案：D 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错误； 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错误； 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D。 4.答案：B 解析：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。 5.答案：B 解析：AC.根据电荷数守恒有 根据质量数守恒有 X的质子数等于电荷数，所以X的质子数为10，X的中子数等于质量数与质子数之差，故X的中子数为，AC错误； B.原子核结合能=比结合能×核子数，故X的结合能为，B正确； D.比结合能越大原子核越稳定，X的比结合能大于，因此X更稳定，D错误。 故选B。 6.答案：C 解析：AB.由图可知，氦核 () 的比结合能约为 7 MeV每个核子，总结合能约为 28 MeV，AB均错误。 C.图中标出的各核中，的比结合能最高，因而是其中最稳定的核，C正确。 D.裂变生成 和 之后，比结合能增大，说明核总结合能增大，该过程释放能量而非吸收能量，D错误。 故选C。 7.答案：C 解析:A.链式反应是核裂变的特征，核聚变是轻核聚合成较重核的过程，不会发生链式反应，故A错误； B.核聚变反应存在质量亏损，根据质能方程可知聚变反应释放能量，高温是反应发生的条件，并非反应吸收能量，故B错误； C.核反应满足质量数和电荷数守恒，左边总质量数为5，总电荷数为2，右边氦核质量数为4、电荷数为2，中子质量数为1、电荷数为0，总质量数5，总电荷数为2，守恒关系成立，反应方程正确，故C正确； D.高温的目的是使原子核具有足够动能克服库仑斥力发生核聚变，不是核裂变，故D错误。 故选C。 8.答案：D 解析:由题意可知，涉及大量极其敏感的武器级高浓铀转让，存在严重的扩散风险，可得核潜艇中核反应方程式为链式反应 故选D。 9.答案：C 解析：按照粒子与各种相互作用的关系，大体可以把粒子分为四大类，即强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子，所以选项C正确。 10.答案：D 解析：原子核内的核子靠核力结合在一起，A错误；发生核聚变后释放能量，所以比结合能一定发生变化，B错误；发生核聚变，放出能量，根据质能方程可知一定会发生质量亏损，C错误；核聚变反应的方程可能为，D正确。 11.答案：ACD 解析：根据镜像核的定义及质量数A等于质子数Z与中子数N之和，可知和互为镜像核，和互为镜像核，故A、C正确；的质子数为7，中子数为8，而的质子数和中子数都为8，二者不互为镜像核，故B错误；互为镜像核的两个核的质子数与中子数互换，质子数与中子数之和不变，所以互为镜像核的两个核质量数相同，故D正确. 12.答案：BC 解析：设X的质量数为A，电荷数为Z，根据质量数守恒，则；电荷数守恒，则解得，故X为。 A.X为，带正电，粒子不带电，故A错误； B.X粒子是，电离能力比粒子强，故B正确； C.粒子是由衰变后产生的处于激发态不稳定向低能级跃迁释放的，故C正确； D.衰变过程有质量亏损，因此核子平均质量比的大，故D错误。故选BC。 13.答案：AC 解析：的比结合能比更大，则比更稳定，选项A正确；由题图可知的比结合能约为5.4 MeV，则的结合能约为32.4 MeV，选项B错误；两个结合成时，因的比结合能比的大，可知会释放能量，选项C正确；中核子的比结合能比中的大，但是由于的核子数量比多，可知中核子的结合能比中的小，选项D错误。 14.答案：BC 解析：A（×）根据质量数守恒和电荷数守恒，可得该聚变的核反应方程为，生成物是正电子，不是电子。 B（√）该聚变反应需要在高温高压条件下发生，聚变反应在常温下不能发生。 C（√）根据爱因斯坦质能方程，可得太阳每秒钟减少的质量为。 D（×）目前核电站采用的核燃料主要是铀核，利用铀核的裂变反应过程中释放的核能。 15.答案：AD 解析：AD.在核反应中，质量亏损，故该核反应释放核能，生成的原子核比原来的原子核更加稳定，故的比结合能大于的比结合能，故AD正确； B.在核反应中，每个含有的中子数为，含有的中子数为，反应前的中子数等于反应后的中子数，中子数守恒，故B错误； C.由于，所以，在核反应中，会吸收能量，故C错误。 故选AD。 16.答案：（1）9亿 （2）8 解析：（1）由半衰期公式可得 由题意可知 联立解得n年亿年，即亿 （2）一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，一次β衰变一个中子转化为一个质子和一个电子，质量数不变 设发生了x次α衰变 由转变为过程质量数守恒可得 解得α衰变的次数为 17.答案：（1）； （2）3:1 解析：（1）核反应过程中，原子核的质量数与核电荷数守恒，则核反应方程为 核反应中的质量亏损为 核反应所释放的核能为 （2）把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两个氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，则 根据动能与动量的关系 氦核与中子的质量之比 可得反应后产生的中子与氦核的动能之比 学科网（北京）股份有限公司 $