2025-2026学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册 第5章 原子核 阶段质量检测(五)有解析

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阶段质量检测(五)　原子核 (本试卷满分：100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的) 1．2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素eq \o\al(169, 76)Os，核反应方程如下：eq \o\al(106, 48)Cd＋eq \o\al(58,28)Ni―→eq \o\al(160, 76)Os＋4X，该方程中X是(　　) A．质子 B．中子 C．电子 D．α粒子 2．2024年2月16日，长江干流6座梯级水电站累计发电量超3.5万亿千瓦时。以下相关说法正确的是(　　) A．千瓦时是能量单位 B．因为能量守恒，所以没必要节能 C．水能、风能、太阳能等均属于不可再生能源 D．目前的核电站主要利用核聚变来实现发电 3．有关中子的研究，下列说法正确的是(　　) A．Th核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应 C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性 4.eq \o\al(228, 88)Ra是镭eq \o\al(226, 88)Ra的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法正确的是(　　) A．它们具有相同的质子数和不同的质量数 B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C．它们具有相同的核电荷数和不同的质子数 D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 5．“点燃中国的人造太阳”核聚变能源科普系列活动在某中学启动。活动旨在激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培养学生群体的科技热情与爱国情怀。下列核反应方程式中，表示轻核聚变过程的是(　　) A.eq \o\al(238, 92)U―→eq \o\al(234, 90)Th＋eq \o\al(4,2)He B.eq \o\al(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\al(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋3eq \o\al(1,0)n C.eq \o\al(27,13)Al＋eq \o\al(4,2)He―→eq \o\al(30,15)P＋eq \o\al(1,0)n D.eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n 6．氢的同位素氚eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(3,1)H))具有放射性，会放射出β射线而衰变成氦3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(3,2)He))，半衰期为12.5年。下列关于氚的衰变的说法正确的是(　　) A．β粒子是原子核的组成部分 B．该衰变方程为eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(　0,－1)e C．100个氚核经过12.5年后将有50个氚核发生了衰变 D．通过加热的方法可以缩短氚核的半衰期 7．我国嫦娥四号探测器搭载的放射性同位素温差电池(RTG)，使用的同位素热源是人造同位素钚238，生成钚238的核反应方程是：①eq \o\al(238, 92)U＋eq \o\al(2,1)H―→eq \o\al(238, 93)Np＋2X；②eq \o\al(238, 93)Np―→eq \o\al(238, 94)Pu＋Y。下列说法正确的是(　　) A．粒子X的质量数为2，电荷数为0 B．粒子Y是来自原子核外的电子 C．核反应①前后电荷数守恒，但质量不守恒 D．核反应②是α衰变 8．原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分。关于原子核的裂变下面表述正确的是(　　) A．裂变过程存在质量亏损，但不一定释放能量 B.eq \o\al(235, 92)U裂变成两个中等质量的原子核，产物可能是eq \o\al(136, 54)Xe和eq \o\al(90,38)Sr C.eq \o\al(235, 92)U容易俘获快中子而发生裂变释放核能 D.eq \o\al(235, 92)U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 9．大多数原子核发生反应的过程中都伴随着中微子的产生，如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是(　　) A.eq \o\al(234, 90)Th衰变为eq \o\al(222, 86)Rn，经过3次α衰变、2次β衰变 B.eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n是α衰变方程，eq \o\al(234, 90)Th―→eq \o\al(234, 91)Pa＋eq \o\al(　0,－1)e是β衰变方程 C.eq \o\al(235, 92)U＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\al(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋3eq \o\al(1,0)n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一 D．钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 g未衰变 10．发现中子的核反应方程为eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(9,4)Be―→X＋eq \o\al(1,0)n，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为eq \o\al(238, 94)Pu―→eq \o\al(234, 92)U＋Y，下列正确的是(　　) A．核反应方程中的X为eq \o\al(12, 6)C B．衰变方程中的Y为eq \o\al(3,2)He C．中子eq \o\al(1,0)n的质量数为零 D．钚238的衰变放出能量 11．核废水中的eq \o\al(210, 84)Po发生衰变时的核反应方程为eq \o\al(210, 84)Po―→eq \o\al(206, 82)Pb＋X，该核反应过程中放出的能量为Q。设eq \o\al(210, 84)Po的比结合能为E1，eq \o\al(206, 82)Pb的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是(　　) A．在该核反应方程中，X表示电子 B．该核反应过程中放出的能量Q＝(206E2＋4E3)－210E1 C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为m＝eq \f(Q,c2) D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用 12．某放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变。为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变8×107次。现将这瓶溶液倒入水库，8天后在水库中取水样1.0 m3(可认为溶液已均匀分布)，测得水样每分钟衰变20次，则(　　) A．该无毒放射性元素半衰期为2天 B．该无毒放射性元素半衰期为3天 C．估算出水库中水的体积大约为2.5×105 m3 D．估算出水库中水的体积大约为4.5×106 m3 三、非选择题(本题共4小题，共60分) 13．(12分)假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中速度为c。 (1)写出核聚变反应的方程式。 (2)求核聚变反应中释放出的能量ΔE。 14．(14分)静止的锂核(eq \o\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq \o\al(4,2)He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。 (1)写出此核反应的方程式； (2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向。 15．(16分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装eq \o\al(226, 88)Ra，eq \o\al(226, 88)Ra放出某种射线后衰变成eq \o\al(222, 86)Rn。 (1)写出上述衰变方程； (2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0 m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0 m。已知eq \o\al(222, 86)Rn、eq \o\al(4,2)He质量分别为222 u、4 u，求一个静止eq \o\al(226, 88)Ra核衰变过程中释放的核能有多少。(取1 u＝1.6×10－27 kg，e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字) 16．(18分)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两种：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部轻核聚变反应生成的。 (1)把轻核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出两个正电子(e)和两个中微子(ν)，请写出轻核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量。 (2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝1×1037 J/s)，现假定该能量全部来自上述轻核聚变反应，试估算银河系中核反应产生的氦的质量(最后结果保留一位有效数字)。 (3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径做出判断。 [可能用到的数据：银河系质量为M＝3×1041 kg，原子质量1 u＝1.66×10－27kg,1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mH＝1.007 8 u，中微子(ν)质量为零。] 阶段质量检测(五) 1．选B　根据核反应前后质量数和电荷数守恒得，X是eq \o\al(1,0)n即中子。 2．选A　根据W＝Pt可知，千瓦时是能量单位，A正确；虽然能量守恒，但能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源，B错误；水能、风能、太阳能等均属于可再生能源，C错误；目前的核电站主要利用核裂变来实现发电，D错误。 3．选D　α衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以Th核发生一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A错误；裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，C错误；所有粒子都具有波粒二象性，D正确。 4．选A　eq \o\al(228, 88)Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，eq \o\al(226, 88)Ra的质子数与核电荷数均为88，质量数为226，两者具有相同的质子数和不同的质量数，A正确，C错误；eq \o\al(228, 88)Ra的原子序数为88，中子数为228－88＝140，eq \o\al(226, 88)Ra的原子序数为88，中子数为226－88＝138，两者具有不同的中子数和相同的原子序数，B错误；原子的核外电子数与核内质子数相等，而核外电子数决定了原子的化学性质，两者质子数相等，则具有相同的核外电子数与相同的化学性质，D错误。 5．选D　A选项过程是α衰变过程，不是轻核聚变，A错误；B选项过程是裂变过程，不是轻核聚变，B错误；C选项过程是原子核的人工转变，不是轻核聚变，C错误；D选项过程是轻核聚变过程，D正确。 6．选B　β粒子是电子，所以不是原子核的组成部分，故A错误；根据衰变时电荷数和质量数守恒可知，该衰变方程为eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(　0,－1)e，故B正确；半衰期是大量原子核发生衰变的速度统计规律，对少量的原子核不适用，故C错误；半衰期由原子核内部的性质和结构决定，与外界环境温度无关，所以通过加热的方法不可以缩短氚核的半衰期，故D错误。 7．选C　根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，238＋2＝238＋2A,92＋1＝93＋2Z，解得A＝1，Z＝0，故A错误；核反应②的方程为eq \o\al(238, 93)Np―→eq \o\al(238, 94)Pu＋eq \o\al(　0,－1)e，所以是β衰变，电子来自原子核内的中子转变为质子时放出的电子，故B、D错误；核反应①前后电荷数守恒，质量数守恒，但质量不守恒，由于释放能量，所以质量亏损，故C正确。 8．选B　根据爱因斯坦质能方程可知，裂变过程存在质量亏损，一定释放能量，故A错误；eq \o\al(235, 92)U裂变成两个中等质量的原子核的裂变反应有许多种，产物有可能是eq \o\al(136, 54)Xe和eq \o\al(90,38)Sr，故B正确；eq \o\al(235, 92)U容易俘获慢中子而发生裂变释放核能，故C错误；eq \o\al(235, 92)U的纯度越高，其裂变的链式反应越容易进行，故D错误。 9．选AC　eq \o\al(234, 90)Th衰变为eq \o\al(222, 86)Rn，设经过m次α衰变、n次β衰变，根据质量数与电荷数守恒有234 ＝222＋4m，90＝86＋2m－n，解得m＝3，n＝2，即eq \o\al(234, 90)Th衰变为eq \o\al(222, 86)Rn，经过3次α衰变、2次β衰变，故A正确；反应方程式eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(1,0)n是轻核聚变方程，eq \o\al(234, 90)Th―→eq \o\al(234, 91)Pa＋eq \o\al(　0,－1)e是β衰变方程，故B错误；反应方程式eq \a\vs4\al(\o\al(235, 92)U)＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\al(144, 56)Ba＋eq \o\al(89,36)Kr＋3eq \o\al(1,0)n是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一，故C正确；钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后，发生5次衰变，可得m＝m0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5＝0.031 25 g，故D错误。 10．选AD　根据质量数和电荷数守恒可知，X为eq \o\al(12, 6)C，Y为eq \o\al(4,2)He，故A正确，B错误；中子eq \o\al(1,0)n的质量数为1，故C错误；衰变过程中质量亏损，释放能量，故D正确。 11．选BC　在该核反应方程中，根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，为α粒子(eq \o\al(4,2)He)，A错误；该核反应过程中放出的能量Q＝(206E2＋4E3)－210E1，故B正确；根据爱因斯坦质能方程Q＝mc2，解得m＝eq \f(Q,c2)，故C正确；X粒子的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。 12．选AC　该放射性元素经过6天后，只剩下八分之一没有衰变，可知经过了3个半衰期，则该放射性元素的半衰期为2天，故A正确，B错误；经过8天，即4个半衰期后，测得1立方米的水样每分钟衰变20次，可知8天前1立方米的水样每分钟衰变次数为n＝eq \f(20,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4)＝320次，则水库中水的体积V＝eq \f(8×107,320) m3＝2.5×105 m3，故C正确，D错误。 13．解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒可知，核聚变反应的方程式为eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H―→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n。 (2)核反应过程中的质量亏损为 Δm＝2m1－m2－m3 氘核聚变反应中释放的能量为 ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2。 答案：(1)eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(2,1)H―→eq \o\al(3,2)He＋eq \o\al(1,0)n (2)(2m1－m2－m3)c2 14．解析：(1)根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，此核反应的方程式为eq \o\al(6,3)Li＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(3,1)H。 (2)用m1、m2和m3分别表示中子(eq \o\al(1,0)n)、氦核(eq \o\al(4,2)He)和氚核(eq \o\al(3,1)H)的质量，以反应前的中子速度方向为正方向，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3， 代入数值解得v3＝－8.1×106 m/s。 即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相反。 答案：(1)eq \o\al(6,3)Li＋eq \o\al(1,0)n―→eq \o\al(4,2)He＋eq \o\al(3,1)H　(2)8.1×106 m/s　方向与反应前的中子速度方向相反 15．解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得eq \o\al(226, 88)Ra―→eq \o\al(222, 86)Rn＋eq \o\al(4,2)He。 (2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由2evB＝eq \f(mv2,R) 得α粒子的速度v＝eq \f(2eBR,m)， 衰变过程中系统动量守恒，eq \o\al(222, 86)Rn、eq \o\al(4,2)He 质量分别为222 u、4 u， 则(222 u)×v′＝(4 u)×v， 得eq \o\al(222, 86)Rn的速度v′＝eq \f(2,111)v， 释放的核能E＝eq \f(1,2)×(222 u)×v′2＋eq \f(1,2)×(4 u)×v2 ＝eq \f(113e2B2R2,222 u)， 代入数据解得E≈2.04×10－14 J。 答案：(1)eq \o\al(226, 88)Ra―→eq \o\al(222, 86)Rn＋eq \o\al(4,2)He　(2)2.04×10－14 J 16．解析：(1)由质量数守恒和电荷数守恒可知， 核反应方程为4eq \o\al(1,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋2eq \o\al(0,1)e＋2ν， 核反应中的质量亏损Δm＝4mH－mα－2me， 释放出的核能ΔE＝Δm×1.5×10－10 J＝4.14×10－12 J。 (2)核反应产生的氦的质量m＝eq \f(Pt,ΔE)×mα≈6×1039 kg。 (3)核反应产生的氦的含量k＝eq \f(m,M)＝eq \f(6×1039,3×1041)×100%＝2%， 由估算结果可知，k＝2%远小于25%的实际值， 所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后3分钟左右生成的。 答案：(1)4eq \o\al(1,1)H―→eq \o\al(4,2)He＋2eq \o\al(0,1)e＋2ν　4.14×10－12 J (2)6×1039 kg　(3)氦主要是宇宙诞生后3分钟左右生成的