第五章 原子核 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** 本卷为高三物理选择性必修第三册第五章原子核单元卷，以贫铀弹、钍基熔盐堆等真实情境为载体，覆盖核衰变、结合能、核反应等核心知识，注重物理观念与科学思维的综合考查，适配单元复习巩固与能力提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|7/28|α衰变（题1）、PET-CT原理（题2）、核聚变（题3）|结合科技前沿（如托卡马克装置），考查比结合能比较等物理观念| |多选|3/18|半衰期（题7）、粒子散射实验（题8）|通过衰变曲线、实验装置图，强化科学论证与模型建构| |非选择|5/54|核反应方程（题10）、动量与能量计算（题12）、磁谱仪应用（题13）|综合动量守恒与电磁偏转，如题13结合磁场考查粒子运动，体现科学探究与创新应用|

2025-2026学年第二学期高三物理人教版（2019） · 选择性必修 第三册 第五章 原子核 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分，每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。 1．贫铀弹是指以含有铀238的硬质合金为主要原料制成的炮弹和枪弹，它是利用贫铀合金的高硬度、高比重和高熔点依靠动能来穿透目标，多用来毁伤坦克等装甲目标。其主要成分铀238的半衰期很长（年），对环境的污染严重而持久。已知发生α衰变形成新核X，以下说法正确的是（　　） A．的比结合能小于新核X的比结合能 B．该衰变过程的方程可写为 C．衰变反应中的α射线在几种放射线中的电离能力最弱 D．2个原子核经过一个半衰期后必定有一个发生衰变 2．医学上PET-CT检查的原理是衰变释放的正电子与人体内的负电子相遇后发生湮灭，产生的射线被探测器接收成像。已知的衰变方程为：，半衰期约为110 min。下列说法正确的是（　　） A．的值为17 B．的值为8 C．人体温度会影响的半衰期 D．约220 min，用于检查的全部发生衰变 3．由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主设计研制的世界上第一个全超导托卡马克装置，于2006年建成投入使用。该装置的核心就是模仿太阳，持续稳定地释放能量，然后转化成电能，供人类使用。该装置的核反应方程可能是，下列说法正确的是（　　） A． B． C．该核反应要吸收热量 D．该核反应是核裂变 4．2025年11月1日，我国第四代先进裂变核能系统——钍基熔盐实验堆，首次实现钍铀核燃料转换。该反应堆中利用钍-铀循环产能，将转变为，再次发生裂变，产生大量能量，裂变的方程为。已知的结合能为，的结合能为，的结合能为，的裂变反应释放的能量为，下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 5．对下列图片的描述正确的是（　　） A．图（a）证实电子具有波动性 B．图（b）中射线3的电离本领最弱 C．图（c）中为了减缓核反应速度，需将镉棒抽出一些 D．图（d）中的β射线穿透能力比γ射线强 6．如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，区域垂直于平面向里，区域垂直于平面向外，磁感应强度大小。镭元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为，质子与电子的质量之比约为则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为的粒子形成射线①，其经纵坐标为的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分，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。 7．是碳的一种放射性同位素，其半衰期为5730年，衰变后产生新核。通过测量样本中剩余的含量推算其死亡年代。下列判断正确的是（　　） A．的衰变过程中电荷数守恒，质量也守恒 B．衰变的核反应类型为衰变 C．100个原子核经过5730年，还剩下50个未发生衰变 D．高温高压的环境，不会影响的衰变速度 8．根据所给图片及有关物理知识，判断下列说法正确的是（　　） A．图1为粒子散射实验装置，卢瑟福通过分析该实验提出了原子的核式结构模型 B．图2为光电流与光电管两端电压的关系图，若甲光和丙光照射某金属都能发生光电效应，则丙光照射产生的光电子的最大初动能更大 C．图3为放射性元素衰变曲线，若有16个氢原子核，经过一个半衰期后只剩下8个氢原子核 D．图4为工业上利用射线检查金属内部是否有缺陷的装置，探测射线应采用穿透能力强的射线 9． 在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（X）发生了衰变放出了一个粒子。放射出的粒子（He）及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动。粒子的运动轨道半径为R，质量为m和电荷量为q。下面说法正确的是（　　） A．衰变后产生的粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图甲 B．新核Y在磁场中圆周运动的半径 C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为 D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 10．一个静止在匀强磁场中的铀核，经一次衰变后，产生钍核。 （1）试写出上述衰变的核反应方程　 　； （2）一个静止的铀核发生衰变，以的速度释放一个粒子，求钍核的速度大小　 　； （3）若铀核的质量为，粒子的质量为，产生的钍核的质量为，真空光速为，一个铀核发生衰变释放的结合能大小为　 　。 （4）发生衰变后放出的粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的8字型轨迹，大圆是　 　（选涂“A．钍核”、“B．粒子”）的运动轨迹，并在图中标出小圆粒子的运动方向　 　。 11． 贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。 （1）三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是　 　射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是　 　射线。 （2）请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：Th→Pa＋　 　；　 　。 12．核电池又称同位素电池，是利用放射性同位素衰变放出载能粒子并将其能量转换为电能的装置，我国发射的嫦娥三号和四号月球着陆器配备了中俄联合研制的钚核电池，该核电池使用的燃料为。一个静止的发生衰变生成新核，并放出射线。已知的质量为，粒子的质量为，动能为，新核的质量为，动能为，光速为，普朗克常量为。 （1）写出衰变的核反应方程； （2）求射线的频率。 13．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。（，） 14．汤姆孙测定电子比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C沿中心轴线OP1进入到两块水平正对放置的极板D1、D2间的区域，射出后到达右端的荧光屏上形成光点．若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点；若在极板间施加偏转电压U，则电子将打P2点，P2与P1点的竖直间距为b，水平间距可忽略不计．若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），则电子在荧光屏上产生的光点又回到P1点．已知极板的长度为L1，极板间的距离为d，极板右端到荧光屏间的距离为L2．忽略电子的重力及电子间的相互作用． （1）求电子进入极板D1、D2间区域时速度的大小； （2）推导出电子的比荷的表达式； （3）若去掉极板D1、D2间的电压，只保留匀强磁场B，电子通过极板间的磁场区域的轨迹为一个半径为r的圆弧，阴极射线射出极板后落在荧光屏上的P3点．不计P3与P1点的水平间距，求P3与P1点的竖直间距y． 参考答案 1．【答案】A 2．【答案】B 3．【答案】A 4．【答案】D 5．【答案】A 6．【答案】D 7．【答案】B,D 8．【答案】A,B 9．【答案】B,D 10．【答案】（1） （2） （3） （4）B； 11．【答案】（1）B；C （2）； 12．【答案】（1）根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的衰变方程为； （2）解：此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，为， 释放的光子的能量为，核反应的过程中释放的能量：， 由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量，可得：。 13．【答案】（1）解：核反应方程为 （2）解：粒子运动轨迹半径 根据 和 解得 （3）解：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）解：打到板上距S最远的距离， 打到板上距S最近的距离， 可得 14．【答案】（1）电子在极板D1、D2间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动，即受力平衡，设电子的进入极板间时的速度为v． 由平衡条件有evB=eE 两极板间电场强度E= 解得v= （2）极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间电子在竖直方向做匀加速运动，设其加速度为a．由牛顿第二定律有V=M解得加速度a=电子射出极板时竖直方向的偏转距离 电子射出极板时竖直方向的分速度为v=at1= 电子离开极板间电场后做匀速直线运动，经时间t2到达荧光屏， 电子在t2时间在竖直方向运动的距离y2=vyt2= 这样，电子在竖直方向上的总偏移距离b=y1+y2解得电子比荷 = （3）极板D1、D2间仅有匀强磁场时，电子做匀速圆周运动，射出磁场后电子做匀速直线运动，如答图所示 则tan = 穿出磁场后在竖直方向上移动的距离y3=L2tan = 则y=r+y3-解得y=r﹣ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $