2026年人教版高中物理选修3-5核物理同步练习题

2026年人教版高中物理选修3-5核物理同步练习题一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在核反应方程²³⁵U→²¹¹Bi+X中，X表示的粒子是什么？根据质量数守恒和电荷数守恒，X的符号和名称是什么？该反应属于哪种类型的核反应？请详细说明判断依据。A.α粒子，氦核，重核裂变，因为质量数235=211+质量数X，电荷数92=83+2B.β粒子，电子，轻核聚变，因为质量数235=211+质量数X，电荷数92=83+1C.α粒子，氦核，人工核反应，因为质量数235=211+质量数X，电荷数92=83+2D.中子，中子，自发衰变，因为质量数235=211+质量数X，电荷数92=83+02.某放射性元素经过两个半衰期后，剩余的质量占原质量的百分比是多少？请用数学公式推导并解释原因。该现象在医学上的应用是什么？举例说明。A.25%，因为每个半衰期减少一半，两个半衰期后剩1/4，医学上用于癌症放疗B.50%，因为每个半衰期减少一半，两个半衰期后剩1/2，医学上用于药物标记C.75%，因为每个半衰期减少25%，两个半衰期后剩75%，医学上用于考古测年D.12.5%，因为每个半衰期减少87.5%，两个半衰期后剩12.5%，医学上用于辐射防护3.在核反应堆中，中子减速剂的作用是什么？请列举两种常见的减速剂材料，并说明选择这些材料的原因。结合核反应链的原理，解释为什么需要减速剂。A.氦气，石墨，因为轻且便宜，但减速效果差，核反应链不易维持B.重水，石墨，因为中子吸收率高，但成本高，核反应链易维持C.铅，重水，因为密度大，但中子吸收率高，核反应链不易维持D.石墨，轻水，因为中子慢化效果好，且成本低，核反应链易维持4.根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，计算一个质量为1kg的物体完全转化为能量时，释放的能量是多少焦耳？请说明该方程的物理意义，并举例说明该方程在核物理中的应用。A.9×10¹⁶J，因为c²=（3×10⁸）²=9×10¹⁶，核能发电利用该方程B.1.8×10¹⁸J，因为c²=（3×10⁸）²=9×10¹⁶，核武器爆炸利用该方程C.8.99×10¹⁹J，因为c²=（3×10⁸）²=9×10¹⁶，核聚变反应利用该方程D.4.5×10¹⁷J，因为c²=（3×10⁸）²=9×10¹⁶，核裂变反应利用该方程5.在卢瑟福的α粒子散射实验中，为什么绝大多数α粒子穿过金箔，而少数发生大角度偏转？请用原子核模型解释该现象，并说明该实验对原子结构理论的贡献。A.绝大多数α粒子穿过金箔，因为原子核很小，少数发生大角度偏转，证明原子核存在B.绝大多数α粒子被吸收，因为原子核很大，少数发生小角度偏转，证明原子核不存在C.绝大多数α粒子被反射，因为原子核很小，少数发生大角度偏转，证明原子核不存在D.绝大多数α粒子穿过金箔，因为原子核很大，少数发生小角度偏转，证明原子核存在6.放射性同位素³²P的半衰期为14.3天，如果某样品最初含有6.4g³²P，经过70.15天后，剩余多少克³²P？请用半衰期公式计算并说明计算过程。该同位素在生物实验中有何应用？A.0.8g，因为经过5个半衰期，剩余6.4×(1/2)⁵=0.8g，用于追踪生物分子B.1.6g，因为经过3个半衰期，剩余6.4×(1/2)³=1.6g，用于医学诊断C.3.2g，因为经过2个半衰期，剩余6.4×(1/2)²=3.2g，用于工业探伤D.4.8g，因为经过4个半衰期，剩余6.4×(1/2)⁴=4.8g，用于环境监测7.核电站中常用的核燃料是铀-235，其核反应方程为²³⁵U+n→²³⁶U→⁹⁰Kr+¹⁴²Ba+3n。请解释该反应是链式反应还是核聚变反应？说明判断依据，并列举链式反应的条件。A.链式反应，因为中子引发裂变，释放更多中子，条件是临界质量B.核聚变反应，因为质量数减少，释放能量，条件是高温高压C.链式反应，因为质量数增加，吸收能量，条件是足够的中子D.核聚变反应，因为质量数减少，吸收能量，条件是核燃料纯度8.在核磁共振成像（MRI）中，利用的是原子核的什么性质？请解释该技术的原理，并说明为什么氢原子核（质子）适合用于MRI。A.放射性衰变，因为氢原子核易发生衰变，原理是核磁共振B.自旋量子数，因为氢原子核自旋为1/2，原理是核磁共振C.质量数，因为氢原子核质量小，原理是核磁共振D.电荷数，因为氢原子核带正电，原理是核磁共振9.在核反应堆中，控制棒的作用是什么？请列举两种常见的控制棒材料，并说明选择这些材料的原因。结合核反应链的原理，解释为什么控制棒需要吸收中子。A.铀棒，镉棒，因为铀棒易裂变，镉棒吸收率高，但铀棒易腐蚀B.钠棒，硼棒，因为钠棒导热好，硼棒吸收率高，但钠棒易熔化C.镉棒，硼棒，因为镉棒吸收率高，硼棒成本低，但镉棒易氧化D.钠棒，铀棒，因为钠棒导热好，铀棒易裂变，但钠棒易爆炸10.在核电站的冷却系统中，为什么使用重水作为冷却剂？请解释重水的性质，并说明为什么重水比普通水更适合用于核反应堆。A.重水比普通水密度大，因为D₂O分子较大，更适合用于核反应堆B.重水比普通水沸点高，因为D₂O分子间作用力强，更适合用于核反应堆C.重水比普通水中子吸收率低，因为D₂O分子不易吸收中子，更适合用于核反应堆D.重水比普通水导热性好，因为D₂O分子运动快，更适合用于核反应堆二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.卢瑟福的α粒子散射实验中，发现少数α粒子发生大角度偏转的原因是__________________________，这一现象说明__________________________。2.核反应方程¹²C+¹⁴N→¹⁵O+X中，X表示的粒子是__________________________，根据质量数守恒和电荷数守恒，X的符号为__________________________。3.放射性同位素¹²⁵I的半衰期为60天，如果某样品最初含有100g¹²⁵I，经过180天后，剩余多少克¹²⁵I？请用半衰期公式计算并填空。4.在核反应堆中，中子减速剂的作用是__________________________，常见的减速剂材料有__________________________和__________________________。5.根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，一个质量为1u的物体完全转化为能量时，释放的能量是多少MeV？请填空并说明1u等于多少千克。6.在核磁共振成像（MRI）中，利用的是原子核的__________________________性质，原理是__________________________。7.在核电站的冷却系统中，为什么使用重水作为冷却剂？请填空并说明重水的性质。8.核反应堆中控制棒的作用是__________________________，常见的控制棒材料有__________________________和__________________________。9.放射性同位素³²P的半衰期为14.3天，如果某样品最初含有10g³²P，经过57.2天后，剩余多少克³²P？请用半衰期公式计算并填空。10.在核电站的辐射防护中，为什么需要使用铅屏蔽？请填空并说明铅的性质。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在核反应方程中，质量数守恒意味着反应前后质量数总和相等，电荷数守恒意味着反应前后电荷数总和相等。该说法是否正确？请解释原因。2.放射性同位素的半衰期与温度有关，温度越高，半衰期越短。该说法是否正确？请解释原因。3.核反应堆中，中子减速剂的作用是增加中子能量，使其更容易引发裂变。该说法是否正确？请解释原因。4.根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量可以完全转化为能量，但能量不能转化为质量。该说法是否正确？请解释原因。5.在卢瑟福的α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子核很小。该说法是否正确？请解释原因。6.核磁共振成像（MRI）利用的是原子核的放射性衰变性质，原理是核磁共振。该说法是否正确？请解释原因。7.在核电站的冷却系统中，使用重水作为冷却剂是因为重水比普通水沸点高。该说法是否正确？请解释原因。8.核反应堆中控制棒的作用是吸收中子，控制反应速率。该说法是否正确？请解释原因。9.放射性同位素³²P的半衰期为14.3天，如果某样品最初含有10g³²P，经过70.15天后，剩余0g³²P。该说法是否正确？请解释原因。10.在核电站的辐射防护中，使用铅屏蔽是因为铅的密度大，吸收辐射能力强。该说法是否正确？请解释原因。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.请简述卢瑟福的α粒子散射实验的原理，并说明该实验对原子结构理论的贡献。2.请简述核反应堆的工作原理，并说明核反应堆中常用的核燃料是什么。3.请简述放射性同位素的半衰期概念，并举例说明半衰期在医学上的应用。4.请简述爱因斯坦的质能方程E=mc²的物理意义，并举例说明该方程在核物理中的应用。5.请简述核磁共振成像（MRI）的原理，并说明为什么氢原子核（质子）适合用于MRI。6.请简述核电站中控制棒的作用，并列举两种常见的控制棒材料。7.请简述核电站中冷却系统的作用，并说明为什么使用重水作为冷却剂。8.请简述核电站的辐射防护措施，并说明为什么使用铅屏蔽。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.某核反应堆中，铀-235的核反应方程为²³⁵U+n→²³⁶U→⁹⁰Kr+¹⁴²Ba+3n。请计算该反应中释放的能量，并说明计算过程。2.某放射性同位素¹²⁵I的半衰期为60天，如果某样品最初含有100g¹²⁵I，经过180天后，剩余多少克¹²⁵I？请计算并说明计算过程。3.在核磁共振成像（MRI）中，利用的是原子核的核磁共振性质，原理是原子核在磁场中发生共振。请解释该技术的原理，并说明为什么氢原子核（质子）适合用于MRI。4.在核电站的冷却系统中，使用重水作为冷却剂是因为重水中子吸收率低。请解释重水的性质，并说明为什么重水比普通水更适合用于核反应堆。5.在核电站的辐射防护中，使用铅屏蔽是因为铅的密度大，吸收辐射能力强。请解释铅的性质，并说明为什么铅适合用于辐射防护。6.请简述核反应堆中控制棒的作用，并列举两种常见的控制棒材料。7.请简述放射性同位素³²P的半衰期为14.3天，如果某样品最初含有10g³²P，经过70.15天后，剩余多少克³²P？请计算并说明计算过程。8.请简述核电站的工作原理，并说明核反应堆中常用的核燃料是什么。【标准答案及解析】一、单项选择题1.C.α粒子，氦核，重核裂变，因为质量数235=211+质量数X，电荷数92=83+2解析：根据质量数守恒，质量数X=235-211=24；根据电荷数守恒，电荷数X=92-83=2，所以X为氦核（α粒子），该反应是重核裂变。2.A.25%，因为每个半衰期减少一半，两个半衰期后剩1/4，医学上用于癌症放疗解析：半衰期是指放射性元素衰变到一半所需时间，经过两个半衰期，剩余质量为6.4×(1/2)²=0.8g，占原质量的25%。医学上用于癌症放疗是因为半衰期适中，便于控制。3.D.石墨，轻水，因为中子慢化效果好，且成本低，核反应链易维持解析：减速剂的作用是使快中子减速为热中子，石墨和轻水中子慢化效果好，且成本低，核反应链易维持。4.A.9×10¹⁶J，因为c²=（3×10⁸）²=9×10¹⁶，核能发电利用该方程解析：根据质能方程E=mc²，m=1kg，c=3×10⁸m/s，E=1×(3×10⁸)²=9×10¹⁶J。核能发电利用该方程，因为核反应中质量亏损转化为能量。5.A.绝大多数α粒子穿过金箔，因为原子核很小，少数发生大角度偏转，证明原子核存在解析：原子核很小，绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生大角度偏转，说明原子核存在且体积很小。该实验证明原子核存在，并提出了原子核模型。6.A.0.8g，因为经过5个半衰期，剩余6.4×(1/2)⁵=0.8g，用于追踪生物分子解析：经过70.15天，相当于5个半衰期，剩余质量为6.4×(1/2)⁵=0.8g。该同位素在生物实验中用于追踪生物分子，因为半衰期适中。7.A.链式反应，因为中子引发裂变，释放更多中子，条件是临界质量解析：铀-235裂变释放中子，引发更多裂变，形成链式反应。链式反应的条件是临界质量，即足够多的核燃料。8.B.自旋量子数，因为氢原子核自旋为1/2，原理是核磁共振解析：MRI利用原子核的自旋量子数，氢原子核自旋为1/2，适合用于MRI。原理是核磁共振，原子核在磁场中发生共振。9.C.镉棒，硼棒，因为镉棒吸收率高，硼棒成本低，但镉棒易氧化解析：控制棒的作用是吸收中子，控制反应速率。镉棒和硼棒吸收率高，镉棒易氧化，硼棒成本低。10.C.重水比普通水沸点高，因为D₂O分子间作用力强，更适合用于核反应堆解析：重水比普通水沸点高，D₂O分子间作用力强，更适合用于核反应堆。二、填空题1.原子核很小，原子核存在解析：绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子核很小，少数发生大角度偏转，说明原子核存在。2.质子，¹H解析：根据质量数守恒，质量数X=12+14-15=11；根据电荷数守恒，电荷数X=6+7-8=5，所以X为质子（¹H）。3.25g解析：经过180天，相当于3个半衰期，剩余质量为100×(1/2)³=25g。4.使中子减速为热中子，石墨，重水解析：减速剂的作用是使快中子减速为热中子，常见的减速剂材料有石墨和重水。5.938MeV，1u=1.660539×10⁻²⁷kg解析：根据质能方程E=mc²，m=1u=1.660539×10⁻²⁷kg，c=3×10⁸m/s，E=1.660539×10⁻²⁷×(3×10⁸)²=1.492418×10¹⁰J≈938MeV。6.核磁共振，原子核在磁场中发生共振解析：MRI利用原子核的核磁共振性质，原理是原子核在磁场中发生共振。7.重水比普通水中子吸收率低，因为D₂O分子不易吸收中子，更适合用于核反应堆解析：重水比普通水中子吸收率低，D₂O分子不易吸收中子，更适合用于核反应堆。8.吸收中子，控制棒，镉棒，硼棒解析：控制棒的作用是吸收中子，控制反应速率。常见的控制棒材料有镉棒和硼棒。9.0.8g解析：经过57.2天，相当于4个半衰期，剩余质量为10×(1/2)⁴=0.8g。10.铅的密度大，吸收辐射能力强解析：铅的密度大，吸收辐射能力强，适合用于辐射防护。三、判断题1.正确解析：核反应方程中，质量数守恒意味着反应前后质量数总和相等，电荷数守恒意味着反应前后电荷数总和相等。2.错误解析：放射性同位素的半衰期与温度无关，半衰期是原子核的固有属性。3.错误解析：中子减速剂的作用是使快中子减速为热中子，更容易引发裂变。4.错误解析：根据质能方程E=mc²，质量和能量可以相互转化。5.正确解析：绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子核很小，少数发生大角度偏转，说明原子核存在。6.错误解析：MRI利用的是原子核的核磁共振性质，原理是原子核在磁场中发生共振，不是放射性衰变。7.错误解析：使用重水作为冷却剂是因为重水中子吸收率低，不是因为沸点高。8.正确解析：控制棒的作用是吸收中子，控制反应速率。9.错误解析：经过70.15天，相当于5个半衰期，剩余质量为10×(1/2)⁵=0.3125g，不是0g。10.正确解析：铅的密度大，吸收辐射能力强，适合用于辐射防护。四、简答题1.卢瑟福的α粒子散射实验的原理是：α粒子轰击金箔，绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生大角度偏转，说明原子核很小。该实验对原子结构理论的贡献是提出了原子核模型，即原子中心有一个很小但质量很大的原子核。2.核反应堆的工作原理是：铀-235裂变释放中子，引发更多裂变，形成链式反应，释放大量能量。核反应堆中常用的核燃料是铀-235。3.放射性同位素的半衰期概念是：放射性元素衰变到一半所需时间。半衰期在医学上的应用是：用于癌症放疗，因为半衰期适中，便于控制。4.爱因斯坦的质能方程E=mc²的物理意义是：质量和能量可以相互转化。该方程在核物理中的应用