第十五章 原子核（单元自测卷）物理沪科版选择性必修第三册

**基本信息** 高中物理第十五章原子核单元卷，以“人造太阳”“合肥聚变宣言”等科技前沿为情境，覆盖核反应、半衰期、结合能等核心知识，适配单元复习，强化物理观念与科学态度。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|10题|玻尔理论、半衰期、核聚变类型|结合2025合肥聚变宣言等科技情境，考查物理观念| |填空题|3题|核反应方程、能量计算|联系漳州核电等实际应用，体现科学态度| |解答题|2题|核反应书写与核能计算|东方超环实验等案例，强化科学思维与推理|

第十五章 原子核 一、单选题 1．下列说法正确的是（　　） A．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种频率的光子 B．红光和红外线都是可见光 C．用紫光照射某金属表面能发生光电效应，改用红光照射该金属一定能发生光电效应 D．的半衰期是3.8天，4个经过3.8天一定还剩2个未衰变 【答案】A 【详解】A．一个处于n=4能级的氢原子，向低能级跃迁时最多的路径为 ，共3次跃迁，对应3种频率的光子，故A正确； B．可见光的波长范围为400nm~760nm，红外线波长大于760nm，属于不可见光，故B错误； C．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，紫光频率高于红光，紫光能发生光电效应仅说明金属极限频率小于紫光频率，无法判断是否小于红光频率，因此红光照射不一定能发生光电效应，故C错误； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，仅对大量原子核成立，对少量原子核不适用，故D错误。 故选A。 2．1956年2月22日，两位年轻的物理学家李政道和杨振宁提出了震惊世界的理论—宇称不守恒定律。吴健雄用放射源进行了实验验证，的衰变方程是，其中是中微子，中微子不带电，静止质量可忽略。则对的衰变方程中描述正确的是（　　） A．X产生的本质是由原子核内的中子释放的 B．X表示 C．产生X的过程由强相互作用引发 D．X是由于原子的外层电子电离而产生 【答案】A 【详解】B．根据质量数守恒和电荷数守恒，衰变方程为，即发生β衰变，故B错误； AD．β衰变的本质是由原子核内的中子转化为质子，同时释放一个电子，故A正确，D错误； C．β衰变过程由弱相互作用引发，故C错误； 故选A。 3．已知放射性同位素的半衰期为3天的半衰期为6天，某样品最初含有相同数量的和原子，则12天后两者的数量比值为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】放射性元素衰变后剩余原子数根据衰变公式，其中为初始原子核数，为衰变时间，为元素半衰期。设初始时两种原子数量均为 对，半衰期天，时，剩余数量 对，半衰期天，时，剩余数量 两者数量比值 故选A。 4．2025年11月24日，在合肥未来大科学城的聚变能实验装置（BEST）主机大厅，来自世界10多个国家的聚变科学家共同签署《合肥聚变宣言》，标志着我国在核聚变领域实现从“跟跑”“并跑”迈向“领跑”的关键跨越。关于核聚变的原理与应用，下列说法正确的是（     ） A．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 B．我国大亚湾核电站采用核聚变技术进行发电 C．核聚变反应前后满足质量守恒 D．核聚变反应方程是 【答案】A 【详解】A．轻核聚变需要极高的温度让原子核获得足够动能，克服原子核间的库仑斥力，靠近到核力可发生作用的范围，因此核聚变反应又称为热核反应，故A正确； B．当前商用核电站均采用核裂变技术发电，核聚变发电尚未实现商用，大亚湾核电站为核裂变发电，故B错误； C．核聚变反应存在质量亏损，亏损的质量以核能的形式释放，因此反应前后质量数守恒，但质量不守恒，故C错误； D．核聚变反应方程是，故D错误。 故选A。 5．2026年，中国“人造太阳”反应堆为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。下列关于核反应的说法正确的是（     ） A．氘氚核聚变的核反应方程为 B．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 C．核聚变的燃料主要是铀235 D．核聚变过程中没有质量亏损 【答案】B 【详解】A．氘氚核聚变的核反应方程应为 选项中生成物元素符号错误，且放出的是中子不是电子，如果是电子不满足核反应电荷数、质量数守恒，故A错误； B．轻核聚变中，核子的平均结合能增加得更多，相同质量的核燃料，轻核聚变反应过程中质量亏损更大，根据质能方程，可知释放的核能更多，故B正确； C．核聚变的燃料主要是氢的同位素氘、氚，铀235是重核裂变的主要燃料，故C错误； D．核聚变过程释放核能，根据质能方程可知反应一定存在质量亏损，故D错误。 故选B。 6．放射性元素钍232在地壳中含量丰富，其经过中子轰击后再经过次衰变可得能源材料铀，其核反应方程为，则（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】质量数守恒可知反应前总质量数为，由电荷数守恒可知反应前总电荷数为，每个β粒子带电荷数为，则有 解得， 故选C。 7．下列说法正确的是（　　） A．结合能越大的原子核越稳定 B．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性 C．入射光的强度越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大 D．β射线产生的物理原理是原子的外层电子受到激发后产生 【答案】B 【详解】A．原子核的稳定性由比结合能（核子平均结合能）决定，比结合能越大原子核越稳定；结合能的大小与核子数有关，核子越多结合能越大，但不一定稳定，故A错误； B．光电效应证明光具有量子化的能量特性，康普顿效应证明光子具有动量，二者都揭示了光的粒子性，故B正确； C．根据光电效应方程，光电子的最大初动能仅由入射光的频率决定，与入射光强度无关，故C错误； D．β射线是原子核发生β衰变的产物，本质是原子核内的中子转化为质子和电子，电子从原子核内部释放形成β射线，不是原子外层电子受激发产生的，故D错误。 故选B。 8．如图所示，一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，下列描述正确的是（　　） A．全过程发出3个电子 B．全过程发出5个粒子 C．和的核子的平均质量相等 D．和的比结合能不相等 【答案】D 【详解】AB．由图，原子核中子数146，质子数92，因此质量数，电荷数；原子核中子数124，质子数82，质量数，电荷数 原子核衰变后，质量数减4，电荷数减2；衰变后，质量数不变，电荷加1 由过程中，质量数变化，故；电荷数变化，故 所以全过程共发出8个粒子，6个电子，故AB错误； C．重核衰变释放能量，核子平均质量减小，的核子平均质量小于，故C错误； D．比结合能是结合能与核子数之比，不同核素的比结合能不同，中等质量核的比结合能更大，故D正确。 故选D。 9．用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 【答案】B 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，设粒子X的电荷数为、质量数为，根据电荷数守恒，有左边总电荷数为，故 解得 根据质量数守恒，有左边总质量数为，故 解得 可知X是电荷数为0、质量数为1的中子。 故选B。 10．下列关于原子和原子核的说法正确的是（     ） A．放射性元素在提高温度时衰变将变快 B．射线的组成与氦原子核相同，射线是电子流 C．热核反应发生后，需要外界不断给它提供能量才能使反应继续下去 D．氢原子从低能级跃迁到高能级时，将放出光子，且电子的动能变小 【答案】B 【详解】A．放射性元素的衰变快慢由原子核内部结构决定，与外界温度等环境条件无关，提高温度不会改变衰变速度，故A错误； B．射线是高速氦核流，组成与氦原子核完全相同；射线是原子核内中子衰变为质子时释放的电子形成的电子流，故B正确； C．热核反应（核聚变）发生后会释放大量核能，依靠自身释放的能量即可维持反应持续进行，不需要外界持续供能，故C错误； D．根据库仑力提供向心力，推导得电子动能，增大则动能变小 氢原子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收光子，不是放出光子，故D错误。 故选B。 二、填空题 11．2026年1月，中国的“人造太阳”实验证实托卡马克密度自由区的存在，为托卡马克高密度运行提供了重要的物理依据。“人造太阳”内部发生的一种核反应的方程为，则粒子X是________（选填“电子”或“中子”）。已知、、的比结合能分别为、、，则一次该核反应中释放的能量可表示为________（用、、表示）。 【答案】 中子 【详解】[1] 根据电荷数守恒有 解得 根据质量数守恒有 解得 故X是中子。 [2] 比结合能（为核子数/质量数） 因此结合能 的结合能为，的结合能为，的结合能为，核反应释放的能量 = 反应后总结合能 - 反应前总结合能（自由中子无结合能），故 。 12．假设漳州核电2号机组于2026年1月1日顺利并网并实现商业运行，进一步提升区域电力供应稳定性与清洁性。该机组可能的核反应方程为，此核反应类型为________（选填“核裂变”或“核聚变”），假设机组工作1小时核反应堆的质量亏损为0.16g，已知光速为，该机组一星期工作160小时，核能转化为电能的效率约为30%，则该机组一星期产生的电能约为________。 【答案】 核裂变 【详解】[1]该反应是重核铀235吸收中子后分裂为多个中等质量的原子核，是重核的裂变反应，目前商用核电站都是利用可控核裂变发电。 [2]已知每小时质量亏损为 一星期工作160小时，总质量亏损 由质能方程，则释放总核能 转化得到的电能 13．一个质量为的氘核和一个质量为的氚核聚合成一个质量为的氦核时放出一个质量为的新粒子，光速为。这个放出的新粒子是：___________，该核反应过程的方程是：___________，此核反应放出的能量等于：___________ 【答案】 【详解】[1][2]根据质量数和电荷数守恒，可知该核反应过程的方程是 则放出的粒子是 [3]根据爱因斯坦的质能方程可知，该核反应放出的能量为 三、解答题 14．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） (1)写出该反应的核反应方程； (2)求该反应释放的核能。 【答案】(1) (2)3.3MeV 【详解】（1）两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，根据质量数守恒有2+2=4 根据电荷数守恒有1+1=2 则该反应的核反应方程 （2）根据爱因斯坦质能方程有 解得 15．已知中子的质量为，质子的质量为，氦核的质量为，光速为。 (1)求氦核的结合能； (2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为，已知氚核的比结合能、氦核的比结合能、锂核的比结合能，求此核反应过程中释放的核能。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）基本粒子（质子、中子）结合形成原子核时释放的能量即为原子核的结合能，根据质能方程可知，释放的能量为 所以结合能也为 （2）根据结合能与比结合能的关系，可求出该反应释放的能量为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十五章 原子核 一、单选题 1．下列说法正确的是（　　） A．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种频率的光子 B．红光和红外线都是可见光 C．用紫光照射某金属表面能发生光电效应，改用红光照射该金属一定能发生光电效应 D．的半衰期是3.8天，4个经过3.8天一定还剩2个未衰变 2．1956年2月22日，两位年轻的物理学家李政道和杨振宁提出了震惊世界的理论—宇称不守恒定律。吴健雄用放射源进行了实验验证，的衰变方程是，其中是中微子，中微子不带电，静止质量可忽略。则对的衰变方程中描述正确的是（　　） A．X产生的本质是由原子核内的中子释放的 B．X表示 C．产生X的过程由强相互作用引发 D．X是由于原子的外层电子电离而产生 3．已知放射性同位素的半衰期为3天的半衰期为6天，某样品最初含有相同数量的和原子，则12天后两者的数量比值为（　　） A． B． C． D． 4．2025年11月24日，在合肥未来大科学城的聚变能实验装置（BEST）主机大厅，来自世界10多个国家的聚变科学家共同签署《合肥聚变宣言》，标志着我国在核聚变领域实现从“跟跑”“并跑”迈向“领跑”的关键跨越。关于核聚变的原理与应用，下列说法正确的是（     ） A．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 B．我国大亚湾核电站采用核聚变技术进行发电 C．核聚变反应前后满足质量守恒 D．核聚变反应方程是 5．2026年，中国“人造太阳”反应堆为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。下列关于核反应的说法正确的是（     ） A．氘氚核聚变的核反应方程为 B．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 C．核聚变的燃料主要是铀235 D．核聚变过程中没有质量亏损 6．放射性元素钍232在地壳中含量丰富，其经过中子轰击后再经过次衰变可得能源材料铀，其核反应方程为，则（    ） A．， B．， C．， D．， 7．下列说法正确的是（　　） A．结合能越大的原子核越稳定 B．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性 C．入射光的强度越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大 D．β射线产生的物理原理是原子的外层电子受到激发后产生 8．如图所示，一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，下列描述正确的是（　　） A．全过程发出3个电子 B．全过程发出5个粒子 C．和的核子的平均质量相等 D．和的比结合能不相等 9．用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 10．下列关于原子和原子核的说法正确的是（     ） A．放射性元素在提高温度时衰变将变快 B．射线的组成与氦原子核相同，射线是电子流 C．热核反应发生后，需要外界不断给它提供能量才能使反应继续下去 D．氢原子从低能级跃迁到高能级时，将放出光子，且电子的动能变小 二、填空题 11．2026年1月，中国的“人造太阳”实验证实托卡马克密度自由区的存在，为托卡马克高密度运行提供了重要的物理依据。“人造太阳”内部发生的一种核反应的方程为，则粒子X是________（选填“电子”或“中子”）。已知、、的比结合能分别为、、，则一次该核反应中释放的能量可表示为________（用、、表示）。 12．假设漳州核电2号机组于2026年1月1日顺利并网并实现商业运行，进一步提升区域电力供应稳定性与清洁性。该机组可能的核反应方程为，此核反应类型为________（选填“核裂变”或“核聚变”），假设机组工作1小时核反应堆的质量亏损为0.16g，已知光速为，该机组一星期工作160小时，核能转化为电能的效率约为30%，则该机组一星期产生的电能约为________。 13．一个质量为的氘核和一个质量为的氚核聚合成一个质量为的氦核时放出一个质量为的新粒子，光速为。这个放出的新粒子是：___________，该核反应过程的方程是：___________，此核反应放出的能量等于：___________ 三、解答题 14．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） (1)写出该反应的核反应方程； (2)求该反应释放的核能。 15．已知中子的质量为，质子的质量为，氦核的质量为，光速为。 (1)求氦核的结合能； (2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为，已知氚核的比结合能、氦核的比结合能、锂核的比结合能，求此核反应过程中释放的核能。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $