第五章　原子核 单元检测（含解析）2026-2027学年高中物理人教版选择性必修第三册

第五章原子核全卷满分100分考试用时75分钟一、单项选择题(本大题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)1.在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用,下列说法符合历史事实的是()A.德布罗意把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设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.卢瑟福通过α粒子散射实验,证实了在原子核内存在质子D.β衰变中产生的β射线是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的2.核污染水含氚、锶、碘、铯等高达64种放射性元素,其中氚(13H)衰变过程中产生的电离辐射可损害DNA,是致癌的高危因素之一,半衰期约为12.5年。氚(13H)的衰变方程为

13H→2A.13H的比结合能小于

B.-1C.温度逐渐变低时,氚的半衰期减小D.核电站利用的核反应方程可能是

12H+13H3.下列说法正确的是()A.图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的B.图乙中原子核衰变放出β粒子,说明β粒子是组成原子核的一种粒子C.图丙的γ射线测厚装置,若探测器测得的射线越弱,说明金属板厚度越厚D.图丁中氡的半衰期是3.8天,说明20个氡原子核经过7.6天,还剩下5个未衰变4.92235U核某种裂变方式的核反应方程为

92235U+01n→56144Ba+3689Kr+x01n,已知

92235U、01n、56144Ba、3689A.核反应方程式中x=2B.92235U中含有C.该反应释放的核能为(m1-2m2-m3-m4)c2D.56144Ba的比结合能小于

5.放射性元素123I会衰变为稳定的123Te,半衰期约为13h,可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1,则经过26h后123I与123Te的质量之比为()A.1∶2B.1∶4C.1∶8D.1∶166.下列说法中正确的是()A.在真空中,光子的动量p=hcλ,其中h为普朗克常量,c为光速,λB.人类历史上第一次实现原子核结构的人工转变的方程式为

24He+

7C.如图所示,锂原子核

36Li的比结合能小于氦原子核

D.玻尔的原子结构理论指出,电子围绕原子核运动的轨道是任意的7.静止在匀强电场中的碳14原子核,该原子核某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直,且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是()A.614C→24He+410BeBC.614C→-10e+714N二、多项选择题(本大题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)8.2025年1月20日,中国“人造太阳”装置EAST利用核反应

12H+13H→24He+X释放能量,首次创下“亿度千秒”的世界新纪录。下列关于该反应的说法A.该反应为核聚变B.该反应中总质量不变,释放能量C.X为中子D.生成物的总结合能小于反应物的总结合能9.太阳辐射的总功率约为4×1026W,其辐射的能量来自核聚变反应。在核聚变反应中,一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(12H)和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核(13H)结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(24He),并放出一个X粒子,同时释放大约17.6MeV的能量。已知真空中光速取c=3×108m/s,电子电荷量e=1.6×10-19A.X粒子是质子B.X粒子的质量为939.6MeV/c2C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c210.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2,则下列说法正确的是()A.原子核可能发生α衰变,也可能发生β衰变B.径迹1可能是衰变后新核的径迹C.若衰变方程是

92238U→90234ThD.若衰变方程是

92238U→90234Th+24He,三、非选择题(本大题共5小题,共54分)11.(6分)100多年前,卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来,人们用α粒子轰击

2860Ni核也打出了质子,该核反应方程为

24He+2860Ni→

2962Cu+11H+X,该反应中的X是(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是(选填12.(8分)约里奥-居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素

1530P衰变成

1430Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是

。1532P是

1530P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1mg1532P随时间衰变的关系图像如图所示,请估算4mg的13.(10分)某核电池中一个静止的原子核

84210Po发生了一次α衰变,放射出的

24He核质量为m,速度的大小为v,生成的新核(1)写出该衰变的核反应方程;(2)若该核反应过程中释放的核能全部转化为动能,求衰变过程释放的核能。14.(14分)放射性同位素

614C被考古学家称为“碳钟”(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子

714N后,会形成

614C,614C很不稳定,易发生β衰变,其半衰期为5730年,放出β射线,写出有关的2个核反应方程;若β(2)若测得一古生物遗骸中

614C含量只有活体中的12.5%,15.(16分)碳-14(614C)是碳-12(612C)的一种同位素,具有放射性。如图甲是一个粒子检测装置的示意图,图乙为其俯视图,粒子源释放出经电离后的碳-14与碳-12原子核(初速度忽略不计),经直线加速器加速后由通道入口的中缝MN进入通道,该通道的上下表面是内半径为R、外半径为3R的半圆环,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于半圆环,正对着通道出口处放置一张照相底片,能记录粒子从出口射出时的位置。当直线加速器的加速电压为U0时,碳-12(1)碳-14具有放射性,会发生β衰变,请写出它的衰变方程,并计算碳-12原子核的比荷;(2)照相底片上碳-14与碳-12原子核所击中位置间的距离(结果用根号表示);(3)若加速电压在U016≤U≤9U016

答案与分层梯度式解析1.A2.A3.C4.C5.B6.C7.A8.AC9.BC10.BD1.A德布罗意把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设,选项A正确;贝克勒尔首先发现天然放射现象,但没有发现原子中存在原子核,选项B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构模型,选项C错误;β衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转变成质子时放出的电子,来自原子核,并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的,选项D错误。2.A比结合能越大,原子核越稳定,衰变过程的生成物

23He比反应物

13H稳定,故

13H的比结合能小于

23He的比结合能,故A正确;-10e是核内的一个中子转化成一个质子时放出的,来自原子核,故B错误;半衰期由原子核内部的因素决定,与原子核所处的物理状态或化学状态无关,温度降低,半衰期不变,故C错误;12H3.C题图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的,故A错误;题图乙原子核衰变放出β粒子,β粒子是原子核内的一个中子转化为一个质子时放出的电子,β粒子不是组成原子核的一种粒子,故B错误;γ射线具有较强的穿透本领,题图丙的γ射线测厚装置,若探测器测得的射线越弱,说明金属板厚度越厚,故C正确;半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,对于少数的放射性原子核不适用,故D错误。4.C由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x=3,选项A错误;92235U原子核中电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,选项B错误;根据爱因斯坦质能方程知,该反应释放的能量ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,选项C正确;核反应中生成物比反应物稳定,则

92235U的比结合能小于

561445.B根据题述,某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1,则经过26h(两个123I的半衰期)后,原有的123I有34衰变成了123Te,此时剩余的123I为原有的123I的14,则此时123I与123Te原子数量之比为1∶4,因为123I与123Te质量数相同,所以经过26h后,123I与123Te的质量之比为1∶4,故B正确,A、C、6.C在真空中,光子的动量p=hλ,其中h为普朗克常量,λ为波长,故A错误;人类历史上第一次实现原子核结构的人工转变的方程式为

24He+714N→817O+11H,故B错误;如题图所示,纵坐标表示比结合能,锂原子核

36Li的纵坐标小于氦原子核

24He的纵坐标,故锂原子核

36Li的比结合能小于氦原子核

27.A由轨迹弯曲方向可以看出,反冲核与放出的粒子所受电场力方向均与电场强度方向相同,均带正电,由题图中数据可知a=v1t,2a=12·q1Em1t2,b=v2t,4b=12·q2Em2t2,又因为反应前后动量守恒,则有m1v1=m2v2,8.AC该反应为核聚变,选项A正确;该反应释放能量,有质量亏损,选项B错误;核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒,可得X为

01n,即中子,选项C正确;由反应释放能量可知生成物的总结合能大于反应物的总结合能,选项9.BC由质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子,选项A错误;根据能量关系可知mXc2=(1876.1+2809.5-3728.4-17.6)MeV,解得mX=939.6MeV/c2,选项B正确;太阳每秒放出的能量E=Pt=4×1026J,则太阳每秒因辐射损失的质量Δm=Ec2≈4.4×109kg,选项C正确;因为E=4×1026J=4×10261.6×10-19eV=2.5×1045eV=2.5×103910.BD核反应过程系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,衰变后新核和射出的粒子的动量大小相等、方向相反,即衰变后新核和射出的粒子的速度方向相反,且由题图可知衰变后新核和射出的粒子在磁场中的径迹为外切圆,由左手定则知,衰变后新核和射出的粒子的电性相同,所以原子核发生的是α衰变,A错误;衰变后新核和射出的粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=mv2r,解得r=mvqB=pqB,由于动量大小和磁感应强度都相等,则电荷量q越大,其轨迹半径r越小,由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量,则新核的轨迹半径小于α粒子的轨迹半径,则径迹1为新核的运动轨迹,径迹2为α粒子的运动轨迹,B正确;若衰变方程是

92238U→90234Th+24He,则新核

90234Th和α粒子的动量大小相等,根据动能Ek=p22m,可知动能之比等于质量的反比,则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2∶117,根据r=mvqB11.答案中子(3分)核裂变(3分)解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可得X的质量数为1,电荷数为零,所以X是中子。目前人类获得核能的主要方式是核裂变。12.答案正电子(或

10e)(4分)56(4解析核反应方程式为

1530P→1430Si+X,由质量数守恒知X的质量数为0,由电荷数守恒知X的电荷数为1,所以X为正电子;由题图知

1532P的半衰期大约为14天,由m余=m原12tT,得0.25mg=413.答案(1)84210Po→24He+解析(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得该衰变的核反应方程为

84210Po→24He(2)由动量守恒定律得0=Mv'-mv(2分)若核反应过程中释放的核能全部转化为动能,则由能量守恒定律可知,该衰变过程释放的核能为ΔE=12Mv'2+12mv2(2联立解得ΔE=(M+m14.答案(1)714N+01n→614C+11H614C→解析(1)根据反应过程质量数守恒和电荷数守恒,可得

714N+01n→6

614C→714N由爱因斯坦质能方程可得E=Δmc2(2分)可得Δm=Ec2(2(2)由题知古生物体遗骸中

614C故有m余=m012n(2代入数据解得n=3(2分)则有t=3T=3×5730(年)=17190(年)(2分)15.答案(1)614C→714N+-10eU解析(1)碳14衰变成为氮14的过程,会放出β射线,其衰变方程为

614C→714N由题意可知当碳-12恰好能击中照相底片的正中间位置时,其运动半径为r1=R+R=2R(1分)设碳-12经过加速后获得的速度大小为v1,根据动能定理有qU0=12mv12根据牛顿第二定律有qv1B=mv12r联立解得2R=1B2mU0q,(2)设碳-14粒子经过加速后获得的速度大小为v2,