第五章 原子核（单元测试）解析版-2026高中物理选修二

第五章《原子核》单元测试卷

注意事项：

1.测试范围：人教版2019选择性必修三第5章。

一、选择题：本题共13小题，每小题4分，共52分。在每小题给出的四个选项中，第广7题只有一项

符合题目要求，第8~13题有多项符合题目要求.全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得

0分。

L随着核物理的发展，人们对原子核有了更进一步的认识，下列说法正确的是（）

A.牡的半衰期为24天，1g牡经过120天后还剩0.3125g

B.艳原子核（冷cs）的比结合能小于铅原子核（第8pb）的比结合能

C轻核聚变释放能量，但不一定有质量亏损

D.一重原子核变成a粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能

【答案】D

【解析】4根据m=代入数据可得1g社经过120天衰变还剩0.03125g,故/错误；

8•钠原子核的比结合能大于铅原子核的比结合能，故8错误；

C轻核聚变释放能量，一定有质量亏损，故。错误；

，一重原子核哀变成a粒子和另一原子核，衰变产物的平均比结合能比衰变前大，核子数不变，因此结

合能之和一定大于原来重核的结合能，故。正确。

故选a

2.2020年3月15日，中国散裂中子源（CSNS）利用中子成像技术帮助中国科学技术大学进行了考古方面的研

究。散裂中子源是研窕中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。CSNS是我国重点建设的大科

学装置，已成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源。下列关于中子研究的说法正确的是（）

A.a粒子轰击/N生成？。并产生了中子

B.核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度

C放射性。射线其实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗

238

92U经过4次。衰变，2次/?衰变，新核与原来的原子核相比，中子数少了6个

【答案】B

【解析】4根据质量数守恒和电荷数守恒知，a粒子轰击/可,生成，。，其核反应方程为：/N+W“e

T?O+；H,产生了质子，故力错误；

8.核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度，故8正确；

C放射性0射线其实质是高速电子流，故。错误；

。每次a衰变，质量数少4,电荷数少2,所以中子数少2,每次0衰变一个中子转化成一个质子和一个电

子，所以中子数少1,所以经过4次a衰变，2次/?衰变，新核与原来的原子核相比，中子数少

4x2+2x1=10,故。错误。

故选：B。

3.下列表述正确的是（）

A.-e+/NT?O+X中，X表示斌e

B.”+；n是重核裂变的核反应方程

C放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关

D.0衰变中放出的/?射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

【答案】c

【解析】解：4、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1,质量数为1,则X为质子，故/错

误。

B、jH+汨T：He+乩是轻核聚变的核反应方程，故8错误。

。、放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关，故。正确。

。、夕衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故。错误。

故选:Co

4.天然大理石有一定的放射性，其放射源主要是石材中的氨元素惫2R%已知氨丝2R九衰变产生和另

一种粒子X,下列说法正确的是（）

A.一个hPa核含有134个质子B.X粒子中含有4个中子

C、3%核比丝2R九核的比结合能大D.经高温搬烧后石材中的氨半衰期会缩短

【答案】c

【解析】凡一个核含有84个质子，134个中子，故/错误；

8X为罚e,其含有2个中子，故8错误；

核比丝2Rn核更稳定，其比结合能更大，故。正确；

。•由于半衰期由原子核内部性质决定，而与外部发生化学、物理变化无关，所以经高温煨烧后石材中

的氨半衰期不变，故。错误。

故选C

5.“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是汨+汨-4肥+和，反应原料笊（汨）富存于海水中，

笳（汨）可以用中子轰击锂核（ni）得到，则关于中子轰击锂核怎Li）产生一个危（汨）和一个新核，下列说

法正确的是（）

A.该核反应方程为gLi+：n-4He+；H

B.核反应生成物中的a粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱

C.在中子轰击锂核（gLi）的核反应生成物中出现a粒子，故该核反应属于a衰变

D.核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能

【答案】B

【解析】4根据题意以及质量数守恒和核电荷数守恒可得中于轰击锂核的核反应方程为"1+扣7：

He+lH,/错误；

B、核反应生成物中的。粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，8正确；

。、伴随着天然放射现象发生衰变中产生a粒子，这样的核反应才是a衰变，而中子轰击锂核CLi）的核

反应是原子核的人工转变，故。错误；

。、核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故。错误。

6.三星堆遗址考古新发现让古蜀文明一鸣惊天下。考古学家利用放射性元素1C的半衰期来确定文物的年

代，已知14c能自发释放£射线，其半衰期约为5730年。下列说法正确的是（）

A-24c的衰变方程为$Ci/N+'e

B.£衰变的本质是核内一个中子转化成一个质子和一个电子

C24c的比结合能比尹N的大

D.随着全球变暖，/C衰变周期减小

【答案】B

【解析】解：AB.0衰变的本质是核内一个中子转化成了一个质子和一个电子，所以。14的£衰变方程

为［CT//7+9通,故/错误，8正确：

C、/?衰变的过程中伴随释放能量，原子核的结合能增大，而铲C和/N的核子数相等，所以肥C的比结

合能比/N的比结合能小，故。错误；

久原子核的半衰期是由放射性元素本身决定的，不因外界环境变化而发生变化，故。错误。

故选：B°

7.下列核反应方程及其类型的对应关系，正确的是（）

A.瑞7九+/e属于0衰变

B.：“+；“1胃”°+初属于核聚变

C.铀核裂变的一种核反应方程H5U^Ba+瑞Kr+2\n

。.空尸+$“。1给/7。+丫属于原子核的人工转变，X表示质子

【答案】D

【解析】4处核的核电荷数为90,不是93,核反应方程应为贵8〃T第477i+$He,属于“衰变，故/错

误；

8.给出的核反应方程电荷数和质量数都不守恒，应为髀净廨噂撤能，故8错误；

C铀核裂变属于重核裂变，不能自发进行，铀核需要俘获一个慢中子产生裂变，铀核裂变的核反应方程

应是235u

92+E九T笊Ba+瑞Kr+3靛,。错误;

422N+1

。・核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，因此方程应为染尸+2e10e1可知X表示质子,

属于原子核的人工转变，。正确。

故选。。

8.我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1

亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础.下列关于聚变的说法正确的是（）

A.核聚变比核裂变更为安全、清洁

B.任何两个原子核都可以发生聚变

C两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加

D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

【答案】AD

【解析】4与裂变相比轻核聚变辐射极少，废物容易处理，更为安全、清洁，故力正确；

8.自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素：气与僦的聚变。不是任意的原子核都能发生核聚变,

故8错误；

CD.两个轻核结合成质量较大的核，出现质量亏损，则总质量较聚变前减小，结合时放出能量，则核子

的比结合能增加，故。正确。

故选4?。

9.在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料Pu（）2作为发电能源为火星车供电。PuO2

中的Pu元素是品8pu,其半衰期是87.7年，可衰变为免,IK某次火星探测时火星车储存了5kg的放射性

材料PuC）2。下列说法正确的是（）

A.Pu的同位素觥8PU的半衰期一定为87.7年

B.铮Pu的衰变方程为攀PUT铲U+[He

C.—Pu的比结合能小于能P的比结合能

D.经过87.7年该火星车上的PiQ能释放约1.4xKpOMeV的能量

【答案】BC

【解析】4半衰期是大量原子核衰变的统计规律，则歌叩u的半衰期小一定为潴确的87.7年，故4错

误；

笈衰变过程满足质量数守恒，电荷数守恒，则/8pu衰变为笋U和匆e,其衰变方程为£8puT的“j+w

He,故8正确；

c重核和轻核的比结合能较小，中核的比结合能较大，贝喝黄Pu的比结合能小「嗡4u的比结合能，故。

正确；

。•经过87.7年，有2.5的的既8pu衰变，而不是质量亏损2.5如，所以不能直接将2.5如代入公式/E二4九

C?来算出释放的能量，故。错误。

故选BCa

10•居里夫人是世界上第一位两次获得诺贝尔奖的人。1934年，居里夫人用a粒子轰击铝片获得具有放射性

的P相P,P普P发生衰变生成黄Si和另一种粒子丫。下列说法正确的是（）

A.磷肥中若含有P相尸，则P相P可用作示踪原子来观察磷肥对植物的影响

B.该反应的核反应方程为谷4+得P+

C.粒子丫是正电子髭

D.若Si的比结合能比得P的小

【答案】AC

【解析】凡放射性同位素可作为示踪原子，磷肥中的P猾P可用作示踪原子来观察磷肥对植物的影响，

选项/正确；

8.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为弘加+加0-＞得P+]n,选项8错误；

C根据质量数守恒和电荷数守恒，可知尸猾P发生衰变时的方程为^P^Si+眄粒子丫是正电子（力），

选项。正确：

0P猾P自发地衰变为普S3放出能量，比结合能增大，因此得P的比结合能比苦Si的小，选项。错误。

112021年12月20F1,我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站--山东荣成石岛湾高温气冷堆核

电站示范工程送电成功。标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站

获取核能的基本核反应方程：的5u+M-＞公4Ba+x+3^n,其中能grBa不稳定，衰变的半衰期为T,

下列说法正确的是（）

A.反应产物X的中子数为50

B.0.5kg的第，Ba原子核，经过3r剩下开始时的2

C反应产物X的比结合能比取s（J的比结合能大

D.上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量

【答案】BC

【解析】4根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为第5u+器《Ba+戏X+3?1n

可知X原子核中含有的中子数为53,故力错误；

8根据半衰期公式m金二mg/可知，经过3嗤=@）3='所以一定质量的W，Ba原子核剩下的质量

占开始时的1故8正确；

O

C核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C正确；

。,该核反应为重核裂变反应，放。错误。

故选8c

12在磁感应强度为B的匀强磁场中，•个原来静止的原子核胃X,由于发生了一次衰变放射出某种粒子，放

射出的粒子与生成的新核在与磁场垂直的平面内做圆周运动.得到一张两个相切圆的径迹照片如图所

示。以m、q分别表示放出的粒子的质量和电荷量，放出的粒子运动的轨迹圆半径为R。则（）

A.放出的是a粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为顺时针

B.放出的是6粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为逆时针

C.若测得新核与放出的粒子的半径之比为1：60,则Z=122

D.若衰变过程中释放的核能全都转化为粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为4m=

A(BqR)2

2m(A-4)c2

【答案】CD

【解析】解：AB.衰变过程系统动量守恒，以放出的粒子速度方向为正方向，由动量守恒定律得：

P粒子一、新核=°，解得：P粒子=P新核=P：

粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB=解得：厂=端=

p

而

由于衰变后粒子与新核的动量p相等，磁感应强度B相等，则电荷量q越小，粒子轨道半径越大，放出的

粒子轨迹对应着大圆，

原来静止的原子核号X带正电荷，衰变后，由于两个运动轨迹相外切，根据左手定则可知，放出的粒子

也一定带正电荷，因此放出的是a粒子，而且都做逆时针方向旋转，故错误；

C、a粒子带两个单位正电荷，根据动量守恒，可知新核与a粒子动量大小相等，因此：g=2=

NZ-/OU

解得：Z=122,故。正确；

久放出的a粒子的轨道光径：R喊=言,

可得a粒子动能：E「=%记=£1=弊匕

由于动量守恒，剩余新核动能：EK2=如忧=&=攀黑，

总动能：E=EK1+Ek2=2(^-4)m,

由爱因斯坦质能方程E=mc2可知，质量亏损：△m=/誓7,故。正确。

故诜：CD.

13.“银-3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源二普

通水中含有质量约0.015%的“重水”（普通水”2。的两个氢中的一个被笊核取代），使两个笊核通过反

应汨+钳制He+和发生聚变产生“氨-3”，已知笊核的质量是3.3436x10-27口,“氮-3”的质量是

5.0064乂10-27的，中子的质量是1.6749X10-27%，19g"重水”含有的笊核数目为6.02X1（）23个,

若一天内“烧”掉1L普通水中的所有质核，则（）

A.发生聚变反应后比结合能减小

B.聚变反应前后质量守恒但能量不守恒

C两个笊核聚变后释放的能量约为3.3MeV

D.所有笊核聚变后可获得约14.6kW的平均功率

【答案】CD

【解析】4核裂变或者核聚变都是放出能量，故产物的比结合能比原来的原子核比结合能天，故力错

误；

&核反应前后质量不守恒，亏损的质量以能量的形式放出，自然界任何反应前后能量都是守恒的，故8

错误；

C由E=4mc2可得，反应前后放出的能量为瓦）=（2x3.3436x10-27-5.0064x10-27-1.6749x

10-27）x（3x108）2/«3.3MeV,故。正确；

D.“烧”掉1L普通水中所有气核放出的能量为E=*x0.015%x6.02x1023x^MeV,故功率P=

£=景森W*14.6kW,故。正确。

二、计算题：本题共4小题，共48分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最

后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

14.（12分）在方向垂直于纸面的匀强磁场中，一个原来静止的二比、原子核衰变后变成一个怒2RU核并放

出一个粒子，该粒子动能为反，速度方向恰好垂直磁场。R—核和粒子的径迹如下图所示，若衰变时产

生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为c,求：

（1）写出这个核反应方程;

（2）/?九核与粒子做圆周运动半径之比；

（3）衰变过程中的质量亏损。

【答案】碟队若瞰哪标翼警4：颍标“

【解析】（1）根据质最数与电荷数守恒，可得衰变方程为鬻嬴鬻皿隰life：

（2）由动量守恒定律可知，R"核与粒子的动量大小相等，p1=P2，

洛伦兹力提供向心力有=可知警台嘉,代入数据解得警经克；

⑶市动能与动11；:的关系\尊信或魅加高j^-

解得核获得的动能要育詈隰，

核反应中释放的核能4E=Ek+E1,

由质能方程zJE=4mc2,解得融白

15.（12分）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——P〃O2作为发目能源为火星

车供电。P"O2中的孔元素是品8pu。

（1）写出觥8pu发生a衰变的核反应方程。

（2）就8pu的半衰期是87.7年，大约要经过多少年会有87.5%的原子核发生衰变？

【答案】解:

（2）由题意知经过时间t后，剩余的原子核是原来的12.5%

根据半衰期定义，有m=mo（；y=0.125瓶（）

可得;3,攀Pu的半衰期是87.7年

故亡=263.1年。

16.（12分）某放射性元素经过6d后，只剩下:没有衰变，它的半衰期是多少天？为估算某水库的库容，可

取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变8x107次。现将这瓶溶液倒入水库，

8d后在水库中取水样1.0血3（可认为溶液已均匀分布），测得水样每分钟衰变20次。请估算水库中水的

体积。

【答案】解：由半衰期公式m=（工）加o；m=；t=6d

解得：T=2d