人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核1 原子核的组成优秀单元测试同步达标检测题

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班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________
（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
单项选择题（本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求）
1.（2024·天津南开·一模）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．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究发现了质子
C．爱因斯坦第一次将量子观念引入原子领域，成功解释了氢原子光谱是分立的线状光谱
D．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
【答案】A
【解析】A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，A正确；
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，B错误；
C．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱实验规律，C错误；
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子核具有复杂结构，并没有发现原子中存在原子核，D错误。故选A。
2．（2024·辽宁辽阳·二模）放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料器94238Pu作为燃料，其原理为94238Pu发生α衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为94238Pu→X+24He，以Z和N分别表示X的电荷数和中子数，下列判断正确的是（ ）
A．Z=90，N=142B．Z=92，N=144
C．Z=92，N=142D．Z=90，N=144
【答案】C
【解析】根据质量数守恒和电荷守恒定律，可知X的电荷数为92，质量数为234，电荷数等于质子数，质量数等于质子数加中子数，所以中子数为142，即Z=92，N=142，故选C。
3．（2024·北京石景山·一模）工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。某轧钢厂的热轧机上安装的射线测厚装置如图所示，让γ射线穿过钢板，探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，将射线强度的信号输入计算机，可对钢板的厚度进行自动控制。下列说法正确的是（ ）
A．若钢板变厚，则探测到γ射线变弱
B．若钢板内部有裂缝，则探测到γ射线变弱
C．该装置主要利用γ射线的电离能力
D．若仅把γ射线换为α射线，该装置仍正常运行
【答案】A
【解析】A．若钢板变厚，则对γ射线的阻碍变强，探测到γ射线变弱，故A正确；
B．若钢板内部有裂缝，则对γ射线的阻碍变弱，探测到γ射线变强，故B错误；
C．该装置主要利用γ射线的穿透能力，故C错误；
D．该装置主要利用γ射线的穿透能力，而α射线的穿透能力很弱，若仅把γ射线换为α射线，该装置不能正常运行，故D错误。故选A。
4．下列说法的正确的是（ ）
A．目前，人们认为粒子界由夸克、强子、轻子构成
B．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子
C．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子
D．夸克的带电荷量是电子电荷量的整数倍
【答案】B
【解析】A．按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子，A错误；
B．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子，B正确；
C．质子和中子由不同的夸克组成，本身有复杂的结构，不是基本粒子，C错误；
D．已知夸克有6种，它们的电荷分别为元电荷的+23或−13，D错误。故选B。
5．（2024·黑龙江哈尔滨·三模）关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A．100个铀核（92238U）经一个半衰期后一定剩50个铀核（92238U）未发生衰变
B．原子核的半衰期在高温高压下会变短
C．放射性元素发生β衰变时所放出的电子来源于原子核外
D．一个铀核（92238U）衰变为铅核（82206Pb），要经过8次α衰变和6次β衰变
【答案】D
【解析】A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素的原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故A错误；
B．放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，与化学状态也无关。故B错误；
C．放射性元素发生β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，故C错误；
D．令铀核（92238U）衰变为铅核（82206Pb）的核反应方程为
92238U→82206Pb+m24He+n−10e
根据质量数守恒和电荷数守恒
238=206+4m
92=82+2m−n
联立解得m=8，n=6，故D正确。故选D。
6．（2024·湖南长沙·二模）我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程—福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90％，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是（ ）
A．816O核的结合能比36Li核的结合能更小
B．两个12H核结合成24He时要释放能量
C．两个12H结合成24He存在能量与质量的相互转化
D．92235U中核子的平均质量比56144Ba中核子的平均质量小
【答案】B
【解析】A．由题图可知，36Li核的比结合能约为5MeV，则36Li核的结合能约为30MeV。可知816O核的比结合能约为8MeV，则816O核的结合能约为128MeV，所以816O核的结合能比36Li核的结合能更大，故A错误；
B．由图可知，12H的比结合能约为1eV，则两个12H的结合能约为4eV，24He的比结合能约为7eV，则24He的结合能为28eV，可知，24He的结合能大于两个12H的结合能，则两个12H核结合成24He时要释放能量，故B正确；
C．由质能方程可知，能量与质量之间存在着—定的必然对应的关系，两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，故C错误；
D．由题图可知，92235U核的比结合能比56144Ba核的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以92235U中核子的平均质量比56144Ba中核子的平均质量大，故D错误。故选B。
7．（2024·吉林白城·二模）图为铀238衰变为钍234过程中铀核质量随时间变化图像，则（ ）
A．原子核衰变过程中不释放核能
B．铀238衰变为钍234同时放出电子
C．铀238半衰期为4.5×109年
D．环境温度降低衰变速度将变慢
【答案】C
【解析】A．原子核衰变过程中有质量亏损，会释放核能，故A错误；
B．铀238衰变为钍234，质量数减少4，为α衰变，故B错误；
C．由图可知铀238从23m衰变13m到的时间为4.5×109年，则可知半衰期为4.5×109年，故C正确；
D．外界因素不会影响半衰期大小，故D错误。故选C。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。)
8.（2024·海南·高三期中）关于半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．有100个半衰期为2天的某元素，经过4天后一定还剩下25个未衰变
B．有10g半衰期为24天的 90234Th元素，经过72天后还剩下1.25g未衰变
C．放射性元素发生化学反应后，半衰期不会发生变化
D．改变压强和温度可以改变放射性元素的半衰期
【答案】BC
【解析】A．放射性元素的半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律故A错误；
B． 90234Th元素的半衰期为24天，72天是3个半衰期，还剩余的 90234Th元素是10×123g=1.25g
故B正确；
CD．放射性元素的衰变快慢是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C正确，D错误。故选B。
9．（2024·山东日照·一模）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。下列关于核反应方程13H+12H→24He+X的说法，正确的是（ ）
A．X是中子B．该核反应属于原子核的人工转变
C．该核反应过程电荷数和质量均守恒D．24He的比结合能大于13H的比结合能
【答案】AD
【解析】C．核反应方程电荷数和质量数守恒，释放热量，质量亏损，所以质量不守恒，故C错误；
A．由电荷数和质量数守恒可知核反应方程为13H+12H→24He+01n
所以X是中子，故A正确；
B．该核反应属于核聚变，故B错误；
D．原子的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能越大，24He的比结合能大于13H的比结合能，故D正确。故选AD。
10．（2024·上海宝山·高三月考）钚239既可能发生α衰变，也可能发生β衰变。将钚239核置于匀强磁场中，衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直，图中的a、b、c、d分别表示粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变过程中粒子的动量守恒
B．磁场方向垂直纸面向里
C．甲图是β衰变，乙图是α衰变
D．b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹
【答案】AD
【解析】A．衰变过程中，系统合外力为零，粒子的动量守恒，故A正确；
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子旋转的方向相反，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，故不能判断磁场的方向，故B错误；
C．放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故甲图是α衰变，乙图是β衰变，故C错误；
D．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，根据洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r
可得轨迹半径为r=mvqB=pqB
可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，α粒子和β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则α粒子和β粒子的轨迹半径比反冲核的轨迹半径大，故b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹，故D正确。故选AD。
三、非选择题:共5小题,共57分。
11.（6分）（2023·福建·高考真题）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为01n+92235U→Z141Ba+36AKr+301n，则A = ；Z = ；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为 J。（光速大小取3.0 × 108m/s）
【答案】92 56 9 × 1013
【解析】[1]根据核反应前后质量数守恒有1＋235 = 141＋A＋3
解得A = 92
[2]根据核反应前后电荷数守恒有92 = Z＋36
解得A = 56
[3]根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为
E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J
12．（9分）（2023·内蒙古赤峰·高二月考）（1）在下列核反应方程中，属于α衰变的是 ，属于裂变的是 ，卢瑟福发现质子的核反应方程是 （填正确答案标号）。
A．614C→714N+−10e B．13H+12H→24He+01n
C．714N+24He→817O+11H D．92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n
E.92238U→90234Th+24He F.1327Al+24He→1530P+01n
（2）不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能 （填“越大”或“越小”的原子核越稳定，氘核和氚核聚变的核反应方程为12H+13H→24He+01n，已知13H的比结合能是2.78MeV，12H的比结合能是1.09MeV，24He的比结合能是7.03MeV，则该核反应所 （填“释放”或“吸收”）的能量为 MeV。
【答案】 E D C 越大 释放 17.6
【解析】（1）[1]原子核放出α粒子变成另一种原子核叫做α衰变，衰变的重要特征为反应前只有一个原子核，反应后有一个α粒子和新核，故属于α衰变的是E。
[2]裂变是质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核，属于裂变的是D。
[3]卢瑟福发现质子的核反应方程是714N+24He→817O+11H，故是C。
（2）[4]比结合能表示原子核结合的松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定。
[5][6]聚变反应前的总结合能E1=1.09×2+2.78×3MeV=10.52MeV
反应后生成的氦核的结合能E2=7.03×4MeV=28.12MeV
所以反应释放的核能ΔE=E2−E1=17.6MeV
13．（12分）（2023·江苏苏州·高二期中）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。核聚变反应的方程为；12H+12H→x+01n。已知氘核的质量为m1， 比结合能为E， 中子的质量为m2， 反应中释放的核能为ΔE， 光速为c，求
（1）x核的质量mx；
（2）x的比结合能Ex。
【答案】（1）2m1−m2−ΔEc2；（2）4E+ΔE3
【解析】（1）根据质能方程得ΔE=Δmc2=(2m1−m2−mx)c2
解得mx=2m1−m2−ΔEc2
（2）根据质量数守恒，x的质量数为
2+2-1=3x的比结合能Ex=4E+ΔE3
14．（12分）（2023·宁夏石嘴山·高二下期末）镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知88226Ra能自发放出α粒子而变成新核Rn，已知88226Ra的质量m1=226.0207u，Rn的质量m2=222.0101u，α粒子的质量mα=4.0026u。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求：
（1）α粒子与Rn核在磁场中运动的半径之比和周期之比；
（2）衰变过程中放出的能量（1u=931.5MeV）。

【答案】（1）431，86111；（2）7.452MeV
【解析】（1）静止的镭核衰变时动量守恒，α粒子与Rn核运动方向相反，因此均带正电，在磁场中所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反；又因粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，故两粒子的运动轨迹为两外切圆，由动量守恒知0=mαvα−m2v2
由qvB=mv2R
可得R=mvqB
由电荷数守恒可知Rn核的电荷量为q2=88e−2e=86e
可知α粒子与Rn核在磁场中运动的半径之比
RαR2=q2qα=86e2e=431
由周期公式T=2πmqB
可知α粒子与Rn核在磁场中运动的周期之比为
TαT2=mα⋅q2m2⋅qα=4×86e222×2e=86111
（2）衰变过程中的质量亏损
Δm=m1−m2−mα=0.008u
衰变过程中放出的能量为
ΔE=Δmc2=0.008×931.5MeV=7.452MeV
15．（18分）（2023·江苏苏州·高二期中）两个氘核以相等动能Ek=0.5MeV相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD=2.0136u，氦核质量mHe=3.0150u，中子质量mn=1.0087u，1u相当于931.5MeV，取阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023ml-1。结果均保留三位有效数字。
（1）计算这次反应释放多少核能；
（2）求中子和氦核的动能分别为多少；
（3）若共有1g的氘核完全反应，求放出的总能量。
【答案】（1）3.26MeV；（2）3.195MeV，1.065MeV；（3）7.824×1010J
【解析】（1）由题可知反应过程中质量亏损为
Δm=2mD-mHe-mn=（2×2.0136-3.0150-1.0087）u=0.0035u
则释放的能量为ΔE=Δmc2=0.0035×931.5MeV≈3.26MeV
（2）因碰撞过程中动量守恒，反应前后总动量为零，所以中子与氦核动量大小相等，方向相反，由公式
Ek=p22m
可得EknEkHe=mHemn=31
又由能量守恒有Ekn+EkHe=ΔE+2Ek=4.26MeV
解得Ekn=3.195MeV，EkHe=1.065MeV
（3）1g的氘含有的原子数为N=mMNA=12×6.0×1023个=3×1023个
发生核反应的次数为N2，故放出的总能量为
E=N2×ΔE=3×10232×3.26×106×1.6×10-19J=7.824×1010J