第五章 原子核 章末检测卷 -2026-2027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，75分钟100分，以科技前沿情境（如“核钻石”电池、硼中子俘获疗法）为载体，融合物理观念与科学思维，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|11题/44分|α/β/γ射线性质、核反应方程、半衰期、比结合能|结合医用同位素镥177、钚238衰变等科技实例，考查科学推理| |非选择|5题/56分|核反应方程书写、动量守恒、质能方程、质量亏损|以硼中子俘获疗法、火星车核供电为情境，综合应用物理观念解决实际问题|

第五章　原子核 (时间:75分钟 满分:100分) 一、单项选择题(共11小题,每小题4分,共44分) 1.物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展。下列说法符合事实的是(　　) A.康普顿效应有力地证明了光的波粒二象性 B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核 C.普朗克提出了光子说,成功地解释了光电效应现象 D.卢瑟福用α粒子轰击N获得反冲核O,发现了质子 2.天然放射性元素放出的α、β、γ射线中(　　) A.三种射线的速度相同 B.α射线的穿透本领最强 C.β射线的本质是高速运动的电子流 D.γ射线在真空中的速度比X射线的大 3.(2025无锡期末)下列反应能产生链式反应的是(　　) ANaMge BHeNeH CHHen DnXeSr+n 4.(2025连云港一模)“核钻石”电池是利用C发生β衰变放能发电的新型电池,该电池具有使用寿命长、安全性高的优点。下列说法正确的是(　　) A.衰变后生成新核为N BN与C互称同位素 C.升高温度会使C的半衰期变短 D.β衰变放出的电子来自碳原子的核外电子 5.锂元素是一种具有独特性质和广泛应用前景的金属元素,随着科技进步和新能源产业的快速发展,应用非常广泛。对核反应方程HLi+2XHe,已知该核反应放出热量,则(　　) A.X为中子 B.X为电子 C.核反应前、后结合能变小 D.核反应前、后质量亏损 6.铝Al的衰变为了解恒星的形成提供了重要线索,其衰变方程为AlMge+γ,则下列说法正确的是(　　) A.该衰变反应过程属于β衰变 Be是质子转变为中子的结果 C.γ光子是Al原子核外电子跃迁时产生的 D.行星上的Al不会衰变 7.碳14能够自发地进行衰变,其核反应方程为CN+X。碳14的半衰期为5 730年,在考古和经济建设中可用碳14测定年代。以下说法正确的是(　　) A.衰变放出的X是一种穿透能力极强的高频电磁波 B.碳14的衰变方程为CNe C.温度升高,碳14的半衰期会变长 D.衰变后X与氮核的质量之和等于衰变前碳核的质量 8.(2024南京六校联合调研)月球夜晚温度低至-180 ℃,“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238(Pu)会不断发生α衰变HeU,释放能量为仪器设备供热Pu可以通过以下反应过程得到HNp+NpPu,下列说法正确的是(　　) A.k=1 B.X为电子 CHNp+n为轻核聚变 DPu的比结合能比U的比结合能大 9.2022年9月国家原子能机构展示了近年来核技术在我国国民经济领域的重大应用成果。其中医用同位素镥177的自主可控及批量生产入选。该成果破解了多年来我国对其大量依赖进口的局面。镥177的半衰期约为6.7 d,衰变时会辐射γ射线,其衰变方程为LuHf+X,下列说法正确的是(　　) A.该反应产生的新核Hf比Lu的比结合能小 B.衰变时放出的X粒子的穿透性比γ射线的强 C.衰变时放出的X粒子来自镥177内中子向质子的转化 D.含有镥177的药物经过13.4 d后,将有的镥177发生衰变 10.一个质量数为X的原子核经过一系列α衰变和β衰变后成为质量数为Y的原子核,下列说法正确的是(　　) A.经过一次α衰变,该原子核的电荷数减少4 B.经过一次β衰变,该原子核中的一个质子转变为中子 C.这一过程共发生了次α衰变 D.这一过程共发生了(X-Y)次β衰变 11.科学研究发现,钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,其衰变方程为PuHe+γ,该衰变过程中产生的γ光子照射到逸出功为W0的金属上,逸出光电子的最大初动能为Ek0。已知普朗克常量为h,下列说法正确的是(　　) A.X原子核中含有92个中子 B.衰变产生的γ光子具有很强的电离作用 C.衰变产生的γ光子的频率为 D.高温条件下钚(Pu)的半衰期会变大 二、非选择题(本题共5小题,共56分。请按题目要求作答) 12.(8分)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术,其原理是进入癌细胞内的硼核B)吸收慢中子,转变成锂核Li)和α粒子,释放出γ光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm,光子的波长为λ,硼核的比结合能为E1,氦核的比结合能为E2,普朗克常量为h,真空中光速为c。 (1)写出核反应方程并求出γ光子的能量E0; (2)求锂核的比结合能E3。 13.(8分)(2025南通期末)放射性元素镅Am,发生一次衰变生成Np和另一种粒子,并放出能量为E的γ光子Am衰变前可视为静止,衰变生成的Np的质量为m、速度为v,与γ光子的运动方向相同。 (1)写出衰变方程; (2)求γ光子的动量p1和另一种粒子的动量p2。 14.(12分)我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现,静止的镁核(Mg)放出两个质子后变成氖核(Ne),并放出γ射线,核反应方程为Ne+H+γ,氖核的速度大小为v1,质子的速度大小为v2,设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2,普朗克常量为h,不考虑相对论效应,求: (1)氖核的质量数A、电荷数Z,物质波波长λ; (2)γ光子的动量大小p。 15.(13分)在火星上太阳能电池板发电能力有限,因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电(PuO2中的Pu是Pu)。已知Pu衰变后变为铀核(符号为U)和α粒子。若静止的Pu在匀强磁场中发生衰变,α粒子的动能为E,α粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直,在磁场中做匀速圆周运动的周期为T0,衰变放出的光子的动量可忽略,衰变释放的核能全部转化为铀核和α粒子的动能。已知光在真空中的传播速度为c。 (1)写出衰变方程; (2)求Pu衰变过程中的质量亏损Δm; (3)求从开始衰变到U和α粒子再次相遇的最短时间t。 16.(15分)用中子轰击锂核Li)发生核反应,生成氚核和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mn=1.008 7 u,mH=3.016 0 u,mα=4.002 6 u,mLi=6.015 1 u,质量亏损1 u释放的核能为931.5 MeV。(计算结果均保留两位小数) (1)请写出核反应方程。 (2)设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粒子和氚核的动能分别为多少? 参考答案 1.D　解析 康普顿效应揭示了光具有粒子性,进一步表明光子具有动量,故A项错误;卢瑟福通过对α粒子散射的研究提出了原子的核式结构模型,发现了原子中存在原子核,故B项错误;爱因斯坦提出了光子说,成功地解释了光电效应现象,故C项错误;卢瑟福用α粒子轰击N获得反冲核O,发现了质子,故D项正确。 2.C　解析 α射线的速度可达0.1c,β射线的速度可达0.99c,γ射线的速度为c,故A项错误;三种射线中,α射线的穿透本领最弱,故B项错误;β射线的本质是高速运动的电子流,故C项正确;γ射线和X射线都是电磁波,它们在真空中的速度相同,故D项错误。 3.D　解析 反应NaMge属于β衰变,不是链式反应,故A项错误;反应HeNeH属于人工转变原子核,不是链式反应,故B项错误;反应HHen是轻核结合成较重的原子核,属于聚变,故C项错误;反应U+XeSr+n中U核在中子的轰击下,裂变为较小的Xe核和Sr核,同时释放出两个中子,这是链式反应,故D项正确。 4.A　解析 根据β衰变的特点,衰变后生成新核质量数不变,电荷数增加1,可知新核为N,选项A正确N与C质子数不同,不能互称同位素,选项B错误;外部因素不会影响C的半衰期,选项C错误;β衰变放出的电子来自碳原子核内的中子转化为质子时放出的电子,选项D错误。 5.D　解析 由质量数守恒和电荷数守恒,得到粒子的质量数和电荷数均为1,则X为质子,故A、B项错误;由于核反应放出能量,反应后结合能变大,故C项错误;由于核反应放出能量,根据质能方程可知,该核反应前、后会出现质量亏损,故D项正确。 6.B　解析 该衰变反应产物为正电子,不属于β衰变,A项错误;衰变过程中原子核少了一个质子,多了一个中子,故e是质子转变为中子的结果,B项正确Al原子核衰变后新生成的核一定处于高能状态,γ光子是向低能级跃迁而产生的,C项错误;原子核的衰变与所处环境的无关,行星上的Al会衰变,D项错误。 7.B　解析 根据反应过程电荷数守恒和质量数守恒,可知其核反应方程为CNe,X为电子,那么衰变放出的是β射线,是一种穿透能力比α粒子强的电子流,故A项错误,B项正确;放射性元素的半衰期是由原子核内部自身因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,故C项错误;碳14自发地进行衰变,衰变中释放了能量,存在质量亏损,所以衰变后X与氮核的质量之和小于衰变前碳核的质量,故D项错误。 8.B　解析 在核反应方程HNp+n中,由质量数守恒可得238+2=238+k,解得k=2,故A项错误;在核反应方程NpXPu中,根据电荷数守恒和质量数守恒可得93=Z+94,238=A+238,解得Z=-1,A=0,故X为电子,故B项正确;核反应方程HNp+n不是聚变反应,是人工核反应,故C项错误Pu的衰变方程为PuU,该反应释放核能,所以Pu的比结合能比U的比结合能小,故D项错误。 9.C　解析 衰变时放出核能,故产生的新核Hf比Lu的比结合能大,选项A错误;根据核反应中电荷数与质量数守恒判断,反应方程为LuHfe,即衰变方程中的X为电子e,为β衰变,其中的β射线是由原子核中的中子转化成一个质子和一个电子产生的,选项C正确;γ射线比β粒子的穿透性强,选项B错误,经过13.4 d后,剩余的镥177将变为原来的,选项D错误。 10.C　解析 经过一次α衰变,该原子核的电荷数减少2,质量数减少4,A项错误;经过一次β衰变,该原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,B项错误;因为发生β衰变时,原子核的质量数保持不变,假设发生了n次α衰变,根据质量数守恒可得X=4n+Y,解得n=,可知这一过程共发生了次α衰变,C项正确;由于不清楚衰变前后的电荷数,故不能判断发生β衰变的次数,D项错误。 11.C　解析 由核反应过程的质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为A=239-4=235,电荷数为Z=94-2=92,则X原子核中含有中子为n=235-92=143,故A项错误;根据γ射线的特点可知,γ射线不带电,其电离能力很弱,故B项错误;γ光子照射到逸出功为W0的金属上,逸出光电子的最大初动能为Ek0,由光电效应方程得Ek0=hν-W0,得光子的频率为ν=,故C项正确;半衰期仅仅与放射性元素有关,与外界环境无关,高温不会改变半衰期的大小,故D项错误。 12.(1nLiHe+γ　　(2)(Δmc2+10E1-4E2) 解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可得B+LiHe+γ, γ光子的能量E0=hν=。 (2)根据爱因斯坦质能方程有4E2+7E3-10E1=Δmc2,解得锂核的比结合能E3=(Δmc2+10E1-4E2)。 13.(1AmNpHe　(2)+mv 解析 (1)根据核反应方程衰变前、后质量数和电荷数守恒可知 AmNpHe。 (2)根据题意可知 E=hν=h p1= 所以γ光子的动量为 p1= 根据动量守恒可得 0=p1+mv-p2 所以p2=+mv。 14.(1)20,10,　(2)m1v1-2m2v2 解析 (1)根据质量数守恒,氖核的质量数 A=22-2×1=20 根据电荷数守恒,氖核的电荷数 Z=12-2×1=10 氖核的物质波波长λ= 其中氖核的动量 pNe=m1v1 解得 λ=。 (2)设氖核运动的速度方向为正方向,核反应中动量守恒,有 m1v1+2m2(-v2)-p=0 解得 p=m1v1-2m2v2。 15.(1PuUHe　(2)　(3)117T0 解析 (1)α衰变方程为PuUHe。 (2)根据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等,设为p,α粒子的动能Eα=,铀核的动能EU=,则,所以释放能量ΔE=Eα+EU=E,且ΔE=Δmc2,解得Δm=。 (3)根据周期公式T=,可得Tα=TU,因为想再次相遇,必然是在裂变的切点处,所以每个粒子运动的时间必须为整数周期,这样就应有Δt=nT0=mTU,而n、m必须为整数,所以根据T0与TU的关系,则必须n=117或m=92,这就意味着Δt=117T0。所以相遇最短时间t=117Tα=117T0。 16.(1nHHe　(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nHHe。 (2)该核反应的质量亏损为Δm=mn+mLi-mH-mα 释放的核能ΔE=Δm·931.5 MeV/u 解得ΔE=4.843 8 MeV≈4.84 MeV。 (3)根据p=mv,Ek=mv2,则有Ekn=,EkLi=,则有EkLi=Ekn=Ekn=0.07 MeV,由于中子和锂核碰撞前二者具有等大、反向的动量,即总动量为零,设反应后生成的α粒子和氚核的动能分别为Ekα、EkH,则有0=, Ekα+EkH=ΔE+Ekn+EkLi 解得Ekα≈2.28 MeV,EkH≈3.05 MeV。 学科网（北京）股份有限公司 $