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高中物理选择性必修三单元复习检测
第五章 原子核单元复习测试卷
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
(时间:75分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.（2024年5月武汉模拟）快中子反应堆利用裂变反应时产生的快中子和发生反应，生成不稳定的，经过第一次衰变生成不稳定的，经过第二次衰变生成。这样越烧越多，所以快中子反应堆又称为增殖反应堆。关于上述过程中的两次衰变反应，下列说法正确的是（ ）
A.第一次是α衰变，第二次是β衰变 B.两次均是α衰变
C.第一次是β衰变，第二次是α衰变 D.两次均是β衰变
2．（2024年5月广西河池质检）广西是世界范围内巨猿化石发现最多的地区，巨猿是一种已经灭绝的高等灵长类动物，其生活于距今约20万年前，利用衰变测定年代技术可以确定化石的大致年代，衰变方程为，其半衰期是5730年，下列说法正确的是（ ）
A．X是电子，来源于核外电子
B．X是中子，来源于原子核
C．化石埋藏的环境会影响的半衰期，进而对推算年代造成影响
D．的比结合能小于的比结合能
3. (2024年12月四川成都石室中学适应性测试)2023年8月24日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水含有的放射性元素高达64种，其中部分放射性物质（如碘129）的半衰期长达1570万年，下列说法正确的是（ ）
A. 核污染水进入海水后温度降低，会延长放射性元素的半衰期
B. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定
C. 天然放射现象中产生的β射线中的电子来源于原子核外电子
D. 100个碘129原子在1570万年后有50个未发生衰变
4.正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03 min,正、负电子的质量均为m,光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.辐射出γ光子的动量为2mc
B.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2
C.15O在人体内衰变的方程是OFe
D.经过4.06 min剩余15O为原来的四分之一
5.（2024广东名校5月高考适应性练习）科幻片《流浪地球2》再次带领大家回到“氦闪”的世界。“氦闪”的本质是恒星内部的氦核聚变，其核聚变反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是
A.该核反应方程中的X是氮核
B.核的比结合能大于X核的比结合能
C.该聚变反应释放的核能为
D.X核的比结合能为
6. （2024年4月安徽安庆示范高中联考）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（ ）
A.核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒
B.核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能
C.只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能
D.要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量
7.一静止的原子核X发生α衰变,变成另一个新的原子核Y,衰变后测得α粒子的速率为v,已知α粒子的质量为m0,原子核Y的质量为M,下列说法正确的是( )
A.原子核Y的符号表示为a-m0n-2Y
BX的比结合能一定大于Y核的比结合能
C.原子核Y的速率为
D.原子衰变过程中释放的核能为m0v2
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8. （2024年新蔡县一高9月质检）如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2和3三束，则（ ）
A. 射线1带负电
B. 射线2为X射线，穿透能力最强
C. 射线3的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子
D. 三束射线速度大小不同，穿透能力也不同
9．（2025四川名校开学考试）静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，衰变后的粒子与新核均做匀速圆周运动，若的比结合能分别为、、，真空光速为，不计衰变放出光子的动量，下列说法正确的是
A．粒子与新核X的轨迹相内切
B．粒子与新核X做圆周运动的周期之比为90:117
C．粒子与新核X做圆周运动的半径之比为45:1
D．该核反应的质量亏损为
10. （2024年7月江西南昌重点高中期末）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法正确的是（ ）
A. 发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙
B. 新核Y在磁场中圆周运动的半径为
C. α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为
D. 若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
三、非选择题(本题共5小题,共54分)
11.(6分)如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置,假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调(选填“大”或“小”)一些。
12.(8分)约里奥-居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系如图所示,请估算4 mg的P经天的衰变后还剩0.25 mg。
13. （2024福建泉州质检2）2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚绕”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。
14、（2024年秋季湖北省随州市部分高中联考协作体12月月考）用高速运动的质子轰击静止的锂原子核()，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。
(1)写出核反应方程式；(6分）
(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能。(设反应过程释放的核能全部转变为动能)(6分）
15．（2024年5月河北承德联考）（16分）一个静止的铀核放出一个粒子后衰变成钍核，衰变后粒子和钍核的速度方向均与匀强磁场方向垂直，二者在匀强磁场中做匀速圆周运动，图甲和图乙中1、2、3、4为粒子和新核可能的运动轨迹。
（1）写出铀核的衰变方程；
（2）从1、2、3、4四个轨迹中，选出粒子和钍核可能正确的轨迹，并求出它们半径的比值；
（3）已知铀核的质量为粒子的质量为，钍核质量为为原子质量单位，相当于，若释放的核能全部转化为粒子和钍核的动能，求粒子的动能。（保留两位有效数字）
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第五章 原子核单元复习测试卷
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
(时间:75分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.（2024年5月武汉模拟）快中子反应堆利用裂变反应时产生的快中子和发生反应，生成不稳定的，经过第一次衰变生成不稳定的，经过第二次衰变生成。这样越烧越多，所以快中子反应堆又称为增殖反应堆。关于上述过程中的两次衰变反应，下列说法正确的是（ ）
A.第一次是α衰变，第二次是β衰变 B.两次均是α衰变
C.第一次是β衰变，第二次是α衰变 D.两次均是β衰变
【参考答案】．D
【名师解析】根据原子核衰变质量数守恒、电荷数守恒，可知上述过程中的两次衰变反应均是β衰变，D正确。
2．（2024年5月广西河池质检）广西是世界范围内巨猿化石发现最多的地区，巨猿是一种已经灭绝的高等灵长类动物，其生活于距今约20万年前，利用衰变测定年代技术可以确定化石的大致年代，衰变方程为，其半衰期是5730年，下列说法正确的是（ ）
A．X是电子，来源于核外电子
B．X是中子，来源于原子核
C．化石埋藏的环境会影响的半衰期，进而对推算年代造成影响
D．的比结合能小于的比结合能
【参考答案】．D
【名师解析】在核反应方程中，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，它是核反应产生的，来源于原子核，不是核外电子，A、B错误；放射性元素的半衰期非常稳定，不受环境影响，C错误；该核反应过程中释放能量，粒子比结合能增大，故的比结合能小于的比结合能，D正确．
31. (2024年12月四川成都石室中学适应性测试)2023年8月24日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水含有的放射性元素高达64种，其中部分放射性物质（如碘129）的半衰期长达1570万年，下列说法正确的是（ ）
A. 核污染水进入海水后温度降低，会延长放射性元素的半衰期
B. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定
C. 天然放射现象中产生的β射线中的电子来源于原子核外电子
D. 100个碘129原子在1570万年后有50个未发生衰变
【答案】B
【解析】．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与所处的外部环境无关，降低温度放射性元素的半衰期不变，故A错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故B正确；天然放射现象中产生的β射线中的电子是原子核内的中子变为一个质子和一个电子，不是来源于原子核外电子，故C错误；半衰期是大量放射性元素的统计规律，对少量原子核不适用，故D错误。
4.正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03 min,正、负电子的质量均为m,光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.辐射出γ光子的动量为2mc
B.正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2
C.15O在人体内衰变的方程是OFe
D.经过4.06 min剩余15O为原来的四分之一
4.答案 D 【解析】据题意可知,正负电子的能量转化为一对光子的能量,即2mc2=2hν,一个光子的能量E=hν=h=mc2,单个光子的动量p==mc,故A错误;根据质能方程可得Δm==2m,故B错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可得15O人体内衰变的方程是 N,故C错误;4.06 min为两个半衰期,剩余15O为原来的四分之一,故D正确。
5.（2024广东名校5月高考适应性练习）科幻片《流浪地球2》再次带领大家回到“氦闪”的世界。“氦闪”的本质是恒星内部的氦核聚变，其核聚变反应方程为。已知一个氦核的质量为，一个X核的质量为，一个质子的质量为，一个中子的质量为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是
A.该核反应方程中的X是氮核
B.核的比结合能大于X核的比结合能
C.该聚变反应释放的核能为
D.X核的比结合能为
参考答案 D
解题分析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为6，质量数为12，X是碳核，A项错误；聚变反应释放能量，表明X核比核更加稳定，则核的比结合能小于X核的比结合能，B项错误；根据爱因斯坦质能方程，该聚变反应释放的核能，C项错误；根据比结合能的定义可知，X核的比结合能为，D项正确。
思路点拨 本题考查了原子物理，属于基础知识，对物理学上的重大发现、发明、著名理论要加强记忆，要求考生重视课本，回归课本。
6. （2024年4月安徽安庆示范高中联考）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（ ）
A.核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒
B.核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能
C.只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能
D.要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量
答案：.B【解析】核聚变反应过程质量数守恒，释放大量能量，一旦发生，就不需要外界提供能量，靠自身产生的能量就会使反应继续下去，原子序数小的原子核也可以发生核聚变，核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能。
7.一静止的原子核X发生α衰变,变成另一个新的原子核Y,衰变后测得α粒子的速率为v,已知α粒子的质量为m0,原子核Y的质量为M,下列说法正确的是( )
A.原子核Y的符号表示为a-m0n-2Y
BX的比结合能一定大于Y核的比结合能
C.原子核Y的速率为
D.原子衰变过程中释放的核能为m0v2
7.答案 C 【解析】质量数和质量不能混淆,原子核Y的符号应表示为Y,故A错误;因该核反应放出核能,则X的比结合能小于Y核的比结合能,故B错误;根据动量守恒定律可得m0v=Mv'得v'=,故C正确;因原子核Y也有动能,则原子衰变过程中释放的核能肯定大于m0v2,故D错误。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8. 8. （2024年新蔡县一高9月质检）如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2和3三束，则（ ）
A. 射线1带负电
B. 射线2为X射线，穿透能力最强
C. 射线3的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子
D. 三束射线速度大小不同，穿透能力也不同
【答案】CD
【解析】
由左手定则可知1是α粒子，带正电，2是γ射线，不带电，3是β粒子，带负电，故A错误；射线2是γ射线，穿透本领最强，故B错误；射线3是β粒子，本质是电子，与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子，故C正确；三种射线速度大小不同，其中α粒子速度最小，穿透能力最弱，电离本领最强，β粒子穿透能力和电离能力都较弱，γ射线速度最大，穿透本领最强，电离本领最弱，故D正确。
9．（2025四川名校开学考试）静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，衰变后的粒子与新核均做匀速圆周运动，若的比结合能分别为、、，真空光速为，不计衰变放出光子的动量，下列说法正确的是
A．粒子与新核X的轨迹相内切
B．粒子与新核X做圆周运动的周期之比为90:117
C．粒子与新核X做圆周运动的半径之比为45:1
D．该核反应的质量亏损为
【答案】BC
【解析】．该衰变的核反应的方程式为 ，产生的新核X和粒子均带正电，衰变过程满足动量守恒而且总动量为零，则衰变刚结束时，粒子与新核的动量等大反向，根据左手定则和洛伦兹力提供向心力可得：粒子与新核X的轨迹相外切，故A选项错误；B．根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式可得= ，故B选项正确；C．衰变结束时，粒子与新核的动量大小相等，由 可得 ，故C正确；D．衰变是放能核反应，反应后原子核结合得更紧密，新核的比结合能更大，由能量守恒可得 解得 ，故D选项错误。故选BC。
10. （2024年7月江西南昌重点高中期末）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法正确的是（ ）
A. 发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙
B. 新核Y在磁场中圆周运动的半径为
C. α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为
D. 若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
【答案】BCD
【解析】．由动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运动的半径公式可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，A错误；
由圆周运动的半径公式，可知，B正确；
圆周运动周期，环形电流 ，C正确；
对α粒子，由洛伦兹力提供向心力
可得
由质量关系可知，衰变后新核Y质量
由衰变过程动量守恒可得 Mv’-mv=0
可知
系统增加的能量为
由质能方程得
联立得，D正确。
三、非选择题(本题共5小题,共54分)
11.(6分)如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置,假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调 (选填“大”或“小”)一些。
11.答案 β 大
解析 α射线不能穿过3 mm厚的铝板,γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响,而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变化会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变化,所以是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值,说明铝板薄了,应将两个轧辊间的距离调节得大些。
12.(8分)约里奥-居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是 P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系如图所示,请估算4 mg的P经 天的衰变后还剩0.25 mg。
12.答案 正电子 56
解析 衰变方程为PSie,即这种粒子是正电子。由图像可以看出P的半衰期为14天,则4mg×=0.25mg,得t=56天。
13. （2024福建泉州质检2）2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于______（选填“聚绕”或“裂变”）反应，X是_______（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为_______。
【答案】 ①. 聚变 ②. 质子 ③.
【解析】[1]核反应方程
为核聚变反应；
[2]根据质量数守恒和电荷数守恒可知，反应式中的X为质子（）；
[3]根据爱因斯坦的质能方程可知，该核反应释放的核能大小为
14、（2024年秋季湖北省随州市部分高中联考协作体12月月考）用高速运动的质子轰击静止的锂原子核()，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。
(1)写出核反应方程式；(6分）
(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能。(设反应过程释放的核能全部转变为动能)(6分）
[解析]
(1)核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，有He。
(2)核反应过程动量守恒，有
mv0＝4m×1.5v0＋4mv
解得v＝－v0
根据能量守恒定律得反应过程中释放的核能为
ΔE＝＝。
[答案] He
15．（2024年5月河北承德联考）（16分）一个静止的铀核放出一个粒子后衰变成钍核，衰变后粒子和钍核的速度方向均与匀强磁场方向垂直，二者在匀强磁场中做匀速圆周运动，图甲和图乙中1、2、3、4为粒子和新核可能的运动轨迹。
（1）写出铀核的衰变方程；
（2）从1、2、3、4四个轨迹中，选出粒子和钍核可能正确的轨迹，并求出它们半径的比值；
（3）已知铀核的质量为粒子的质量为，钍核质量为为原子质量单位，相当于，若释放的核能全部转化为粒子和钍核的动能，求粒子的动能。（保留两位有效数字）
15．答案：（1） （2）3是粒子的轨迹，4是钍核的轨迹，
（3）
【解析】（1）衰变方程是
（2）根据衰变过程中动量守恒，有
根据牛顿第二定律有
解得
粒子和钍核的动量大小相等，故半径之比等于电荷量的反比，故
因为两种产物都带正电，根据左手定则可知，二者受力方向相反，轨迹外切，再根据半径关系可知，3是粒子的轨迹，4是钍核的轨迹
（3）质量亏损
释放的核能
根据可知，粒子和钍核的动能之比
释放的核能全部转化为粒子和钍核的动能，有
则．
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