2026年北师大版高三物理选修3-1第九章原子核物理测试卷

2026年北师大版高三物理选修3-1第九章原子核物理测试卷一、单选题（总共10题，每题2分，共20分）1.在核反应方程⁹²U→⁸⁴Kr+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的符号和名称分别为（）A.⁴⁰Xe，氙核B.⁴⁰Ca，钙核C.⁴⁰Ar，氩核D.⁴⁰Be，铍核解析：根据质量数守恒，92=84+A，A=8；根据电荷数守恒，92=36+Z，Z=56。查元素周期表可知，Z=56对应钡（Ba），但选项无钡，需重新计算。实际反应为²³⁸U→⁹²Kr+²⁴⁶Cf，X为碳-246，但题目选项错误，正确答案应为⁴⁰Ar（氩核），故选C。2.某放射性元素半衰期为T，若初始质量为m₀，经过2.5T时间后，剩余未衰变的质量约为（）A.m₀/2B.m₀/4C.m₀/8D.m₀/16解析：半衰期定义为一半原子核衰变所需时间。经1T剩m₀/2，经2T剩m₀/4，经2.5T剩m₀/4×(1/2)=m₀/8，故选C。3.在核反应堆中，中子轰击铀-235产生链式反应的关键条件是（）A.中子能量过高B.铀-235富集度不足C.控制棒吸收中子效率低D.铀-235裂变碎片动能大解析：链式反应需慢中子（热中子）引发，铀-235裂变产生新中子，若中子能量过高（如快中子）不易被吸收，需慢化剂（如重水、石墨）减速。控制棒吸收中子可调节反应速率，富集度不足则裂变概率低。故选B。4.某核电站利用核能发电，其核心原理是将核能转化为（）A.化学能B.机械能C.电能D.光能解析：核电站通过核裂变产生热能，驱动汽轮机做功，进而带动发电机发电，最终转化为电能。故选C。5.α射线、β射线和γ射线中，电离能力最强的是（）A.α射线B.β射线C.γ射线D.三者相同解析：α射线（氦核）质量大、电荷强，电离能力强但穿透力弱；β射线（电子）电离能力弱于α射线；γ射线（光子）电离能力最弱但穿透力最强。故选A。6.某核反应方程为¹H+¹H→²H+X+能量，X表示的粒子是（）A.中子B.质子C.正电子D.α粒子解析：质量数守恒：1+1=2+A，A=0；电荷数守恒：1+1=1+Z，Z=1。查元素周期表，Z=1对应正电子，该反应为聚变反应。故选C。7.在卢瑟福α粒子散射实验中，少数α粒子大角度偏转的原因是（）A.α粒子质量较大B.原子核带正电C.原子核体积很小D.原子核含有中子解析：实验表明原子核体积极小（直径约10⁻¹⁵m），α粒子靠近时受库仑力作用发生大角度偏转。故选C。8.根据质能方程E=mc²，下列说法正确的是（）A.物体的质量增加，其能量一定增加B.核反应中质量亏损全部转化为能量C.能量守恒意味着质量守恒D.只有核反应中才存在质能转换解析：质能方程表明质量与能量等价，质量变化对应能量变化。核反应中亏损质量转化为能量，但非所有能量转换均涉及核反应（如化学能）。故选A。9.某放射性同位素用于医学成像，其半衰期为6小时，若初始活度为100Ci，24小时后活度为（）A.25CiB.50CiC.75CiD.100Ci解析：经4个半衰期（24/6=4），活度减为100×(1/2)⁴=6.25Ci，但选项无此值，需重新计算。实际题目应改为半衰期12小时，则24小时后活度为100×(1/2)²=25Ci，故选A（假设题目修正）。10.在核电站冷却系统中，重水（D₂O）被用作慢化剂的原因是（）A.重水密度大B.重水吸收中子能力强C.重水成本低D.重水化学性质稳定解析：重水中的氘核（²H）质量较大，与中子碰撞时易使中子减速至热中子状态，且吸收中子截面小。故选B。二、填空题（总共10题，每题2分，共20分）1.某核反应方程为²³⁹Pu→²³⁵U+X，X的质量数和电荷数分别为______、______。解：质量数守恒：239=235+A，A=4；电荷数守恒：94=92+Z，Z=2。X为氦核（⁴He）。参考答案：4；22.放射性元素衰变过程中，原子核的半衰期由______决定，与外界条件______。解：半衰期是原子核固有属性，由核内部结构决定，与温度、压强等无关。参考答案：原子核内部结构；无关3.核电站中，控制棒通常由______制成，其作用是______。解：控制棒（如镉棒）吸收中子，调节链式反应速率。参考答案：镉（或硼）；吸收中子4.α射线在空气中的射程约为______厘米，其穿透能力相当于______厚度的铝箔。解：射程约几厘米，穿透力弱，可被纸张阻挡。参考答案：几；一张纸5.质能方程E=mc²中，c表示______，单位为______。解：光速，国际单位制中为m/s。参考答案：真空中的光速；m/s6.某放射性同位素衰变后，其子核处于激发态，会通过______方式释放能量。解：衰变后子核从高能级跃迁至低能级，发射γ射线。参考答案：γ衰变7.核反应堆中，常用的慢化剂有______、______和石墨。解：轻水（普通水）、重水、石墨。参考答案：轻水；重水8.根据卢瑟福散射实验，可以估算原子核半径约为______米。解：实验估算半径约10⁻¹⁵m。参考答案：10⁻¹⁵9.在核聚变反应中，氘（²H）和氚（³H）结合生成氦（⁴He）并释放一个______，释放的能量比核裂变______。解：释放一个中子，聚变能量密度更高。参考答案：中子；大10.国际单位制中，放射性活度的单位是______，1Ci等于______Bq。解：居里（Ci），1Ci=3.7×10¹⁰Bq。参考答案：居里；3.7×10¹⁰三、判断题（总共10题，每题2分，共20分）1.所有放射性元素都会发生α衰变。（×）解：衰变方式与原子核性质有关，如铍-₈易发生β衰变。2.核反应堆中，增殖堆的目的是增加中子数量。（√）解：增殖堆通过裂变碎片俘获中子生成新的裂变材料（如铀-233）。3.β射线本质是高速电子流，其电离能力比α射线强。（√）解：β射线电离能力弱于α射线，但穿透力更强。4.半衰期越长的放射性元素，其衰变速率越快。（×）解：半衰期与衰变速率成反比，半衰期越长衰变越慢。5.核电站的冷却系统必须使用重水，否则无法维持链式反应。（×）解：轻水也可用作慢化剂，但需更高铀富集度。6.γ射线是高能光子，其质量数为0，电荷数为0。（√）解：γ射线无静止质量，不参与电荷数守恒。7.质子、中子和电子都属于基本粒子。（×）解：质子和中子由夸克组成，非基本粒子。8.核聚变反应中，反应产物的质量数总是大于反应物质量数之和。（×）解：聚变伴随质量亏损，产物质量数约等于反应物之和。9.放射性同位素可用于地质年代测定，其原理是半衰期稳定性。（√）解：如碳-₁₄用于考古。10.核电站的辐射防护主要通过屏蔽、距离和时间的控制。（√）解：防护措施包括铅屏蔽、远距离操作和短时间暴露。四、简答题（总共4题，每题4分，共16分）1.简述核裂变与核聚变的主要区别。解：裂变是重核分裂成轻核（如铀-235），聚变是轻核结合成重核（如氘氚）。裂变释放能量量级较低，聚变能量密度更高；裂变可链式反应，聚变需极高温度条件。2.为什么核电站需要慢化剂？解：核裂变产生的高速中子不易被铀-235俘获，慢化剂（如重水）通过弹性碰撞使中子减速至热中子（动能<0.025eV），提高裂变概率。3.放射性同位素在医学中有哪些应用？解：用于诊断（如碘-¹²¹显像）、治疗（如钴-₆₀放疗）、药物标记等。4.质能方程E=mc²的物理意义是什么？解：表明质量与能量等价，质量可转化为能量（如核反应），能量也可体现为质量（如粒子静止质量）。五、应用题（总共4题，每题6分，共24分）1.某核反应堆功率为1000MW，若铀-235的裂变释放能量为200MeV/个，求每秒消耗的铀-235原子数。解：1s内能量E=Pt=1000×10⁶J/s=3.2×¹⁰¹⁸eV，需铀原子数N=E/ΔE=3.2×¹⁰¹⁸/(200×1.6×10⁻¹⁹)≈1.0×¹⁰²¹个。2.某放射性同位素半衰期为5天，初始活度为800Ci，求10天后活度是多少？解：经2个半衰期（10/5=2），活度A=A₀(1/2)²=800×(1/4)=200Ci。3.在卢瑟福实验中，α粒子与金箔距离为10⁻¹⁴m，若α粒子电荷量为2e，求其受原子核库仑力大小。解：F=k•q₁q₂/r²=(9×10⁹)×(2×1.6×10⁻¹⁹)²/(10⁻²⁸)≈4.6×10⁻²N。4.某核聚变反应²H+³H→⁴He+¹n+17.6MeV，求反应中的质量亏损。解：Δm=ΔE/c²=17.6×10⁶×1.6×10⁻¹⁹/(3×10⁸)²≈3.1×10⁻²⁹kg。【标准答案及解析】一、单选题1.C2.C3.B4.C5.A6.C7.C8.A9.A10.B解析：第9题需假设题目修正为半衰期12小时，否则无正确选项。二、填空题1.4；22.原子核内部结构；无关3.镉；吸收中子4.几；一张纸2.真空中的光速；m/s6.γ衰变7.轻水；重水8.10⁻¹⁵9.中子；大3.居里；3.7×10¹⁰Bq三、判断题1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.×8.×9.√10.√四、简