人教版（2019） 选择性必修 第三册 第五章 原子核（含解析）

人教版（2019）选择性必修第三册《第五章原子核》 2025年单元测试卷
一、单选题
1.在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。关于物理学史，下列叙述与事实相符合的是( )
A. 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应
B. 汤姆生通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
C. 贝克勒尔发现天然放射现象，说明了原子核有复杂的内部结构
D. 玻尔通过实验提出了玻尔原子模型并成功解释了所有原子的光谱
2.原子核自发地放出电子的现象称为衰变，开始时科学家曾认为衰变中只放出电子，即粒子，后来发现这个过程中除了放出电子以外，还放出一种叫做“反中微子”的高速粒子，反中微子不带电，则( )
A. 原子核能发生衰变，说明原子核内含有电子
B. 发生衰变后的原子核的核子数不变，带电量增加
C. 原子核发生衰变时放出的能量等于粒子与衰变后的核的动能之和
D. 静止的原子核发生衰变时粒子与衰变后的运动速度方向一定相反
3.如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放，，三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法中正确的是( )
A. 表示射线，表示射线
B. 表示射线，表示射线
C. 射线的电离能力最强
D. 射线的穿透能力最强
4.年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为年；衰变为的半衰期约为年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是( )
A. 衰变为时产生粒子
B. 衰变过程中满足动量守恒，机械能守恒
C. 年后，衰变的数目大于的数目
D. 年后，剩余的数目大于的数目
5.下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是( )
A. 图甲：汤姆孙通过分析粒子散射实验结果，建立了原子核式结构模型
B. 图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C. 图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
D. 图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
6.下列说法不正确的是( )
A. 通过增加温度或压力也不可以加快衰变速度
B. 铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能
C. 核电站反应堆中存在的核聚变反应
D. 核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力
7.氘被称为“未来的天然燃料”，应用聚变反应可获取。关于该聚变反应，下列说法正确的是( )
A. 是正电子
B. 中子和的距离达到就能发生核聚变
C. 氘核的比结合能为
D. 中子和的总质量等于生成的氘核的质量
8.根据东京电力公司年发布的数据，福岛核污水存在的放射性元素中，気的含量最高，其次还有碘、钌、碳、钴、锶、铯、铯等物质。其中碘的半衰期约万年，它会损伤甲状腺细胞，可能导致甲状腺癌。有一定初速度的碘的衰变方程为，则下列说法正确的是( )
A. 该核反应为衰变
B. 的核电荷数是
C. 衰变产物和在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比为
D. 经过万年后，核污水中的碘含量约为原来的
9.的衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成，然后可以经一次衰变变成代表某种元素，也可以经一次衰变变成，最后都衰变变成，衰变路径如图所示，下列说法中正确的是( )
A. 过程是衰变，过程是衰变过程是衰变，过程是衰变
B. 过程是衰变，过程是衰变过程是衰变，过程是衰变
C. 过程是衰变，过程是衰变过程是衰变，过程是衰变
D. 过程是衰变，过程是衰变过程是衰变，过程是衰变
10.年月日时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘和氚的核聚变，其核反应方程为，光速则下列说法正确的是( )
A. 的比结合能大于的比结合能
B. 粒子具有较强的电离能力
C. 一个氘核和一个氚核发生核聚变，亏损的质量约为
D. 提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应
11.山东海阳核电站建成并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击原子核的核反应方程为；其中、、、的质量分别为、、、，其中是不稳定的，其半衰期为；真空中的光速为，以下说法正确的是( )
A. 原子核中含有的中子数为
B. 该反应属于人工核转变反应
C. 该反应中释放的能量为
D. 经过，一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的
二、多选题
12.当一个重核裂变时，它能产生的两个核( )
A. 一定是稳定的
B. 含有的中子数较裂变前重核的中子数少
C. 裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D. 可以是多种形式的两个核的组合
13.静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核放出一个粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子与反冲核轨道半径之比为：，如图所示，则( )
A. 反冲核的原子序数为
B. 粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反
C. 原放射性元素的原子序数是
D. 反冲核与粒子的速率之比为：
14.如图所示，为氢原子能级图，为某放射性元素剩余质量与原质量的比值随时间变化的图像，为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，为原子核的比结合能随质量数变化的图像。下列说法正确的是( )
A. 图中，一个氢原子从的能级向基态跃迁时，可以放出种不同频率的光子
B. 图中，由图知放射性元素的半衰期为天
C. 图中，探测器接收到的射线可能是射线
D. 图中，比结合能越大，平均核子质量越小，原子核越稳定
15.年月日，新一代“人造太阳”装置中国环流器二号装置在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为，下列说法正确的是( )
A. 要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力
B. 反应产物为
C. 核的质量为
D. 的比结合能为
16.太阳能量的来源主要通过质子一质子链反应简称链，太阳产生的能量约来自该链反应。科学研究发现，该链反应主要通过如下方程发生：，其中为正电子，为太阳中微子，下列说法正确的是( )
A. 方程式中为，为 B. 方程式中为，为
C. 反应属于核聚变反应 D. 的比结合能大于的比结合能
17.年月日，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：，其中能不稳定，衰变的半衰期为，下列说法正确的是( )
A. 反应产物的中子数为
B. 的原子核，经过剩下开始时的
C. 反应产物的比结合能比的比结合能大
D. 上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
18.如图所示，我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，该核电池是将放射性同位素衰变过程中释放出来的核能转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素钚核，静止的衰变为铀核和粒子，并放出光子。已知、和粒子的质量分别为、和，和的比结合能分别为和，光在真空中的传播速度为。下列说法正确的是( )
A. 光子是由钚原子的内层电子跃迁产生的
B. 的衰变方程为
C. 衰变产生的和的动能之比为
D. 粒子的结合能为
三、填空题
19.卢瑟福在近代原子物理研究中取得了伟大的成就，被人们尊称为原子核之父。下图左图是年卢瑟福完成粒子散射实验的示意图，根据此实验现象，他提出了_______________________模型；卢瑟福在年通过下图右图所示的实验装置，第次实现了原子核的人工转变，得到质量数为的氧的同位素原子核，由此发现了________填“质子”、“中子”、“电子”，这种粒子能穿过银箔打在荧光屏上，用显微镜观察到了闪光。请完成：得到该粒子的核反应方程 。
20.约里奥居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了年的诺贝尔奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是________．是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术随时间衰变的关系如图所示，请估算的经____天的衰变后还剩．
21.正电子发射计算机断层显像的基本原理是：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程。在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇发生湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象。
将放射性同位素注入人体，的主要用途是______
A.利用它的射线
B.作为示踪原子
C.参与人体的代谢过程
D.有氧呼吸
中所选的放射性同位素半衰期应______
A.较短 B.较长 C.很长 D.长短均可
四、计算题
22.一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变次将该种溶液注射到一个病人的血液中，经过，从病人身上取出的血样，测得每分钟衰变次已知这种同位素的半衰期是，试根据上述数据，计算人体血液的总体积．
23.两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应称为核聚变，核聚变反应会释放出核能。现一个氚核与一个氘核结合成一个氦核，同时放出一个中子，向外释放能量。已知氘核的质量为，氚核的质量为，中子的质量为，氦核的质量为。相当于的能量，已知阿伏加德罗常数，氦的摩尔质量，元电荷。
写出该核聚变反应方程。
试根据上述条件计算出该反应能释放出多少的核能结果保留位有效数字。
若已知某种型号汽油的热值为，按照上述核反应，每生成氦核所释放的核能大约相当于完全燃烧多少该汽油释放出的热量？结果保留位有效数字
24.室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。而建筑材料是室内氡的最主要来源。如花岗岩、砖砂、水泥及石膏之类，特别是含放射性元素的天然石材，最容易释放出氡。氡看不到，嗅不到，但它进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的重大因素。静止在匀强磁场中的氡原子核发生衰变，衰变后新核和射线粒子的运动速度和磁感线垂直，两轨迹圆半径之比为比：则：
分析说明该衰变是什么衰变？写出上述衰变方程新核的元素符号可以用表示；
从氡核放射开始到新核与射线粒子再次相遇的时间与新核运动周期的比是多少？此处设质子和中子质量相等
已知新核的动能为，若衰变放出的能量全部变成新核与射线粒子的动能，则该衰变过程放出的总能量为多少？
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.爱因斯坦成功解释了光电效应， A错误
B.卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型， B错误
C.贝克勒尔发现天然放射现象，说明了原子核有复杂的内部结构，正确
D.玻尔理论是假说，只能解释氢原子的光谱，故 D错误。
2.【答案】
【解析】、原子核能发生衰变，是因为内部的中子转化为质子而同时发出一个电子，A错误；
B、发生衰变后的原子核的核子数不变，质子数增加，B正确；
C、原子核发生衰变时，放出的能量等于粒子、“反中微子”与衰变后的核的动能之和，C错误；
D、衰变后粒子、“反中微子”与新核的总动量，D错误；
故选：。
3.【答案】
【解析】、左图中，向右偏转的粒子带正电，向左偏转的粒子带负电，不偏转的粒子不带电，可知表示射线，表示射线，表示射线；
右图中，根据左手定则知，向左偏转的带正电，向右偏转的带负电，不偏转的不带电，可知表示射线，表示射线，表示射线，故A、B错误。
C、射线的电离能力最强，射线的穿透能力最强，故C正确，D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】根据质量数与电荷数守恒，衰变为 时，放射出的粒子的质量数，电荷数，可知，衰变为时产生粒子，故A错误；
B.衰变过程中满足动量守恒，衰变的过程中释放的核能一部分转化为机械能，可知机械能不守恒，故B错误；
C.的半衰期约为年，的半衰期约为年，可知衰变快，年后，衰变的数目大于的数目，故C正确；
D.的半衰期约为年，的半衰期约为年，可知衰变快，年后，剩余的数目小于的数目，故D错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】A、图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故A错误；
B、用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误；
C、玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；
D、图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误。
6.【答案】
【解析】A、放射性元素的半衰期与外界环境无关，与所处状态无关，故A正确；
B、虽然铯原子核的比结合能大于铅原子的比结合能，但铯原子核的核子数小于铅原子核的核子数，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，故B正确；
C、核电站反应堆中存在的核裂变反应，故C错误；
D、核力是短程力，在其作用范围内，随核子间距离的变化可以表现为引力也可以表现为斥力，故D正确。
本题选择不正确的，故选C。
7.【答案】
【解析】A. 核反应方程为，是质子，A错误
B. 要使中子和发生核聚变，必须使它们的距离达到以内，B错误
C. 由题知氘核的结合能是，其比结合能为，C正确
D. 核聚变反应会释放能量，由质能方程知，会有质量亏损，D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】A.由核反应中质量数与电荷数守恒，可知的质量数为，电荷数为，即为电子，所以该核反应为 衰变。故A错误；
B.的核电荷数是。故B错误；
C.若反应物碘没有初速度，则有
根据
联立，解得
依题意，反应物碘衰变前有初速度，所以衰变产物 和在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比不为。故C错误；
D.根据
解得
可知经过万年后，核污水中的碘含量约为原来的 。故D正确。
故选D。
9.【答案】
【解析】经过变化为，质量数没有发生变化，为衰变， 经过变化为，质量数数少，为衰变， 过程变化为，电荷数少，为衰变， 过程的电荷数增加，为衰变，故ACD错误，B正确。
故选B。
10.【答案】
【解析】A、聚变会放出能量，的比结合能小的比结合能，项错误
B、根据电荷数和质量数守恒可知，此反应中的粒子是中子，中子的穿透能力强，电离能力弱，项错误
C、一个氘核和一个佩核发生核聚变，亏损的质量，项正确
D、目前轻核聚变只能在高温高压的环境下进行，项错误。
故选 C。
11.【答案】
【解析】A、根据核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知，原子核为，可知原子核中含有的中子数为，故A错误；
B、此反应属于重核裂变反应，故B错误；
C、此反应释放的能量为，故C错误；
D、经过，一定质量的原子核还剩下原来的，故衰变了的质量占开始时的，故D正确。
12.【答案】
【解析】、发生裂变的重核是中子数大于质子数，所以发生裂变后的两个新核的中子数也大于质子数，新核容易发生衰变，是不稳定的。故A错误；
B、重核发生裂变后会产生更多的中子，所以一个重核裂变时，它能产生的两个核的中子数较裂变前重核的中子数少。故B正确；
C、由于裂变的过程中有质量亏损，会释放能量，所以裂变时释放的能量大于俘获中子时得到的能量。故C错误；
D、根据现在的发现可知，一个重核裂变时，它能产生的两个核可以是多种形式的两个核的组合。故D正确。
故选：。
13.【答案】
【解析】、衰变过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，根据动量守恒定律得知：粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反。由得：。
若原来放射性元素的核电荷数为，则对粒子：。
对反冲核：。
由于，得：：，得。
反冲核的核电荷数为故A错误，BC正确；
D、粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，它们的速度大小与质量成反比；由于不能确定反冲核的质量数，故无法确定速率之比，故D错误。
故选：。
14.【答案】
【解析】A.一个氢原子从的能级向基态跃迁时，最多可以放出种不同频率的光，故A错误；
B.放射性原子核从 衰变为 ，所用时间，有半数发生衰变，所以半衰期为 ，故B正确；
C. 粒子穿透能力比较弱，不能穿透钢板，故C错误；
D.比结合能越大，原子核越稳定，平均核子质量越小，故D正确。
故选BD。
15.【答案】
【解析】A.要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，A正确；
B.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知的质量数为，电荷数为，所以反应产物应为，B错误；
C.由爱因斯坦质能方程，得到
解得，C错误；
D.根据，解得，D正确。
故选AD。
16.【答案】
【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒，方程式中为，为，故A正确，B错误
反应、均属于核聚变反应，反应后的产物更加稳定，比结合能更大，故的比结合能大于的比结合能，故C、D正确。
17.【答案】
【解析】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
可知原子核中含有的中子数为，故A错误；
B.根据半衰期公式可知，经过，所以一定质量的原子核剩下的质量占开始时的，故B正确；
C.核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C正确；
D.该核反应为重核裂变反应，故D错误。
故选BC。
18.【答案】
【解析】光子是原子核衰变过程中，产生的新核处于激发态，从激发态向基态跃迁的过程中以光子的形式释放出来，故A错误；
的衰变方程为，遵循质量数与电荷数守恒，故 B正确；
根据动能与动量的关系，由于该过程动量是守恒的，可知：衰变后柚核与粒子动量大小相等，可以得到两粒子的动能之比为其质量的反比，即铀核与粒子的动能之比：，故C错误；
根据质能方程可知，核反应过程中释放出的能量为，设粒子的结合能为，则根据结合能定义可知，，由以上两式可得：，故D正确。
19.【答案】原子核式结构；质子；；
【解析】年卢瑟福完成粒子散射实验，根据此实验现象，他提出了原子核式结构模型，卢瑟福在年通过题图所示的实验装置，第次实现了原子核的人工转变，得到质量数为的氧的同位素原子核，由此发现了质子，这种粒子能穿过银箔打在荧光屏上，用显微镜观察到了闪光。得到该粒子的核反应方程
20.【答案】正电子；
【解析】核反应方程式为：，由质量数守恒知的质量数为，由电荷数守恒知的质子数为，所以为正电子；
由图象知半衰期大约为天，由公式，
解得：天。
故答案为：正电子；。
21.【答案】
【解析】将放射性同位素注入人体，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，所以它的作用是为了被探测到的，即它的用途是作为示踪原子，故B正确，ACD错误；
在受检体内存留时间要短，这样才安全，故A正确，BCD错误；
故选：；。
22. 【解析】每分钟衰变次数与原子核的总数成正比，
故
将，代入，得次分
因
得．
答：人体血液的总体积为
23.【解析】该核聚变反应的方程为；
该核反应的质量亏损为，
由爱因斯坦的只能方程，得；
氦核含有的氦原子核个数，
结合成氦核释放的核能，
相当于燃烧的汽油。
24.【解析】根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式：，就是动量，衰变的过程中系统的动量守恒，所以衰变后新核与射线粒子的动量大小相等，则两个粒子运动的半径与它们的电荷量成反比，所以电荷量之比为：；若发生衰变，粒子电量为，所以原来静止核的电荷量为，新核的电荷量为即可满足该条件；
衰变方程为：
带电粒子在磁场中运动的周期为：
所以它们的周期之比为：
可知核转圈，粒子转圈二者才能相遇，所以粒子与核两次相遇的时间间隔为：
即为：
衰变产生的新核与射线粒子的动量大小相等，方向相反，由可知：
可得：
释放的总能量：
即：
答：该衰变是衰变，衰变方程；
从氡核放射开始到新核与射线粒子再次相遇的时间与新核运动周期的比是；
该衰变过程放出的总能量为。
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