专题16.2　原子核练——2023年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考通用）（解析版）_4.2025物理总复习_2023年新高复习资料_一轮复习

专题 16.2 原子核【练】 1．（2022·山西·高三开学考试）陶寺遗址是尧的都城，是最早的“中国”，在发 掘中采用了碳十四测年技术等多项科技手段来判断陶寺文化的绝对年代。 的衰变方程为 ， 下列说法正确的是（ ） A．衰变方程中的X是中子 B． 需吸收能量才能发生衰变 C．随着 的不断衰变，其半衰期会逐渐变长 D． 与X的质量之和小于 的质量 【答案】 D 【解析】A．据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为 ，即电子，A错误； B． 发生的为 衰变，自发进行，会放出能量，B错误； C． 的半衰期由原子核内部结构决定，与所处的物理、化学环境无关，不会变长，C错误； D．由于衰变过程放出能量，发生质量亏损，可知 与X的质量之和小于 的质量，D正确。 故选D。 2．（2022·湖南·高三开学考试）以下是来自物理教材选择性必修第三册的四幅图片，对相关知识的说法正 确的是（ ）A．图甲中，在紫外线灯照射前，验电器指针带正电 B．图乙中，J.J.汤姆孙通过气体放电管发现了电子并测出了电子的电荷量 C．图丙中，一个处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出10种不同频率的光子 D．图丁中，比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出能量 【答案】 D 【解析】A．紫外线灯照射时金属板电子数减少，验电器指针偏角减小，所以照射前指针带负电，故 A错 误； B．J.J.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，故B错误； C．一群处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出10种不同频率的光子，故C错误；D．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时有质量亏损，放出能量，故D正确。 故选D。 3．（2022·四川成都·高三开学考试）2021年11月30日，上海市洋山海关透露，199.5 吨被放射性污染的 樟子松板材被退运出境。原因是在这批进口板材中检测出了人工核素铯 137（ ），且其活度浓度超过 了国家规定的免管浓度值。已知人工核素铯137的半衰期长达30年，衰变时会辐射γ射线。其衰变方程为 → +X。下列说法正确的是（ ） A．衰变方程中的X来自于铯（ ）内中子向质子的转化 B．通过高温暴晒，可使板材中的铯（ ）尽快衰变殆尽 C．该反应产生的新核 与铯（ ）的比结合能相等 D．衰变时放出的X离子的穿透性比γ射线强 【答案】 A 【解析】A．根据核反应中电荷数与质量数守恒判断，衰变方程中的X为电子 ，为 衰变， 离子即 ， 是由原子核中的中子转化成一个质子和一个电子产生的，故A正确； B．原子核的半衰期并不受外界因素（如温度）的影响，故B错误； C．衰变时放出核能，故衰变后的新核 的比结合能比铯（ ）的比结合能大，故C错误； D．衰变时放射出的 射线穿透性最强，故D错误。 故选A。 4．（2022·浙江·嘉兴一中高三期中）下列说法中正确的是（ ） A． 粒子散射实验证明原子内部的正电荷是均匀分布的 B．氢原子的发射光谱是连续谱 C．当入射光子与晶体中的电子碰撞后，这些光子散射后的波长变小 D．镉棒在反应堆中的作用是控制链式反应的速度 【答案】 D 【解析】A．α粒子散射实验中绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小， 所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是均匀分布的，故A错误； B．氢原子发射的光子能量值是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故不是连续谱，故B错误； C．当入射光子与晶体中的电子碰撞后，这些光子的能量减小，波长变大，故C错误； D．镉棒能够吸收中子，在反应堆中的作用是控制链式反应的速度，故D正确。 故选D。5．（2022·黑龙江·大庆实验中学高三期中）下列说法中正确的是（ ） A．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转 B．康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量 C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增加，原子 总能量减少 D．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过7.6天就只剩下1个 【答案】 B 【解析】A．天然放射现象中产生的 射线不能在电场或磁场中发生偏转，A错误； B．康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量，B正确； C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子 总能量增加，C错误； D．半衰期是对大量原子核在衰变时的统计规律，只适用于大量原子核的衰变,对少数原子核不适用，D错 误； 故选B。 6．（2022·江苏·楚州中学高三阶段练习）2022年8月9日，中核集团漳州核电2号机组反应堆压力容器顺 利吊装就位，向投产发电迈出了重要一步，该核电项目投产后核反应堆中存在如下核反应， ，则（ ） A．该反应为核聚变反应 B．该核反应过程没有质量亏损 C．该核反应方程式中A = 144 D． 的质子数是235，中子数是92 【答案】 C 【解析】A．该反应为核裂变反应，A错误； B．核裂变会产生大量能量，则该核反应过程发生质量亏损，B错误； C．根据质量数相同 235＋1 = A＋89＋3 解得 A = 144 故C正确； D． 的质子数是92，核子数为235，则中子数为143，D错误。 故选C。7．（多选）（2022·浙江·高三专题练习）2020年12月4日，新一代“人造太阳”——中国环流二号M装 置（HL—2M）在成都建成并投产发电，标志我国的可控热核反应的核聚变堆的设计和建设达到了国际领 先。成都的“人造太阳”可控热核反应的方程是 ，此反应中燃料氘核（ ）和氚核（ ），氘核（ ）来源于海水，海水中富含反应原料氘（ ），而氚核（ ）可以用中子轰击锂核（ Li）得到。下列说法正确的是（ ） A．由于核反应前后核子数守恒，故生成物的质量等于反应物的质量 B．氦核（ He）的比结合能比氘核（ ）和氚核（ ）的比结合能均大 C．中子轰击锂核（ Li）反应方程为 ，且此反应为原子核的人工转变 D．氦核（ He）的结合能要比氘核（ ）和氚核（ ）的结合能之和大 【答案】 BCD 【解析】A．核反应过程中会出现质量亏损，所以生成物的质量不等于反应物的质量，A错误； B．氘核（ ）和氚核（ ）经聚变反应生成氦核（ He），同时放出能量，故氦核（ He）的比结合能 比氘核（ ）和氚核（ ）的比结合能均大，B正确； C．根据反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知中子轰击锂核（ Li）反应方程为 该反应为原子核的人工转变，C正确； D．核反应之后释放能量，因此反应物的结合能小于生成物的结合能，又因为中子的结合能为零，所以氦 核（ He）的结合能要比氘核（ ）和氚核（ ）的结合能之和大，D正确。 故选BCD。 8．（多选）（2022·天津·耀华中学一模）下列说法中正确的是（ ） A．一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应，若仅使入射光的强度减弱，那么从金属表面逸出的光 电子的最大初动能将变小 B．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性 C．电子的发现说明原子是可分的，天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构 D．放射性同位素232Th经 、 衰变会生成220Rn，其衰变示意方程为 其中x=3，y=1 E．原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关 【答案】 BCE 【解析】A．一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应，由于发生光电效应与入射光的强度无关，所 以入射光强度减弱，光电子的最大初动能不变，A错误； B．光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，B正确； C．电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子可再分，天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构， C正确； D．在衰变方程中，电荷数守恒，质量数守恒，则解得 D错误； E．原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关，E正确。 故选BCE。 9．（2022·山东泰安·三模）2020年12月17日，“嫦娥五号”顺利返回地球，带回1.7kg月壤。月球氦3 （ He）是月球岩石样本中发现的一种储量惊人的新物质，该物质可以与氘（ H）一同参与核聚变反应， 放出质子，同时释放出大量能量。已知氨3的原子质量为3.0160u，氘的原子质量为2.0140u， He的原子 质量为4.0026u，质子的原子质量为1.0078u，其中u为原子质量单位，1u相当于931.5MeV的能量。 （1）试写出此核反应方程； （2）求该核反应中释放的核能。 【答案】 （1） ；（2） 【解析】（1）依题意，该核反应方程为 （2）核反应的质量亏损 释放出的核能 10．（2022·河北秦皇岛·高三开学考试）心脏起搏器使用“氚电池”供电，是利用了氚核（ ）发生β衰 变过程释放的能量，衰变方程为 ，已知氚核的半衰期为12.5年。氚核与其同位素氘核（ ） 在一定条件下可以发生反应，反应方程为 。下列说法正确的是（ ） A．新核X是氘核（ ） B．氚核（ ）发生β衰变时，质量和电荷数都守恒 C．若有质量为100g的氚核，经过25年后，剩余氚核的质量为25g D． 是核聚变方程，核电站利用该核反应获得核能 【答案】 C 【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒，可知新核X是 ，故A错误； B．氚核（ ）发生β衰变时，质量数和电荷数都守恒，但质量不守恒，故B错误；C．根据 可得 故C正确； D．核反应方程式 H+ H→ He+ n，属于核聚变（或热核反应），核电站利用核裂变获得核能，故D错 误。 故选C。 11．（2022·陕西师大附中高三开学考试）钴，银白色铁磁性金属，元素符号 Co，早期的中国就已知并用 于陶器釉料； 衰变的核反应方程为 ，其半衰期为 ， 、 、 的质量分别为 、 、 ，下列说法正确的是（ ） A．经过 的时间，10个 核中有5个已经发生了衰变 B． 射线的穿透本领比 粒子弱 C．该核反应中释放的能量为 D． 粒子是 核外的电子电离形成的 【答案】 C 【解析】A．半衰期具有统计意义，对少数的原子核没有意义，故经过 的时间，不能确定10个 核中 有5个发生了衰变，故A错误； B．根据三种射线的特点可知， 射线的穿透本领比 射线强，故B错误； C．根据质能方程可知核反应中释放的能量为 故C正确； D．根据 衰变的实质可知， 粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，故D错误。 故选C。 12．（2022·河北·邯郸市教育科学研究所高三开学考试）一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里、磁 感应强度为B的匀强磁场中，由于发生了 （或 ）衰变而得到两种粒子，一种是 （或 ）粒子，另一种 是反冲核。如图所示为两种粒子在磁场中的圆形轨迹，已知衰变前核的质量为，衰变后形成的两种新粒子 的质量分别为 ，在磁场中的轨迹半径分别为 。两圆半径之比为 ，则以下说法正 确的是（ ）A．该原子核发生的是 衰变，得到的两种新粒子在磁场中做圆周运动的绕向相反 B．原来静止的原子核的原子序数为92，反冲核的轨道半径为 C．衰变过程释放的核能 ，得到的射线在空气中具有较强的穿透本领 D．该衰变的衰变方程可能为 【答案】 D 【解析】A．两圆形轨迹外切，可知是 衰变，两种新粒子均带正电，根据左手定则可知两种新粒子在磁场 中做圆周运动的绕向相同，A错误； D．根据质量守恒定律与电荷数守恒定律可知，该衰变的衰变方程可能为 D正确； B．反冲核的原子序数为 为钍核，根据动量守恒定律得 所以静止原子核衰变后两种新粒子动量等大反向，根据 ， 解得 结合 电荷数大的半径小，反冲核的轨道半径为 ，B错误； C．衰变过程释放的核能为 得到的射线是 射线，但 射线在空气中电离本领较强，贯穿本领较弱，空气中一张纸就能把 射线挡住， C错误。 故选D。 13．（2022·山东聊城一中高三开学考试）我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之 一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应， 释放出大量核能。 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a 是X粒子的个数，用m 、m 、m 分别表示 、 、 核的质量，m 表示X粒子的质量，c为真空 U Ba Kr X中的光速，以下说法正确的是（ ） A． 的结合能小于 与 的结合能之和 B．X为中子，a = 2 C． 的比结合能比 的大 D．上述核反应中放出的核能E = (m －m －m －3m )c2 U Ba Kr X 【答案】 A 【解析】A．核裂变要释放能量，则核裂变产物 与 的结合能之和一定大于原来重核 的结合能， A正确； B．由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知 a = 3 B错误； C．核裂变过程释放能量，比结合能变大，则 的比结合能比 的小，C错误； D．由题意知，核反应过程中的质量亏损 m = m －m －m －2m U Ba Kr X 由质能方程可知，释放的核能 E = (m －m －m －2m )c2 U Ba Kr X D错误。 故选A。 14．（2022·安徽·合肥一中高三开学考试）自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变， 又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连续衰变，直至 生成一个稳定核素。已知 的衰变链如图所示。下列判断中正确的是（ ） A．图中的横坐标表示核电荷数，纵坐标表示中子数 B． 衰变最终生成的稳定核素为 C． 衰变最终生成的稳定核素，共有两种不同的衰变路径D． 衰变最终生成的稳定核素，共发生了7次 衰变，2次 衰变 【答案】 A 【解析】A． 的核电荷数为92，核子数为235，中子数为143。结合衰变链图可知，图的横坐标表示核 电荷数，而纵坐标表示中子数，选项A正确； B．查图可知，最终生成的稳定核素为核电荷数为82，核子数为 82+125=207 的 ，选项B错误； C．由图可知，衰变为 后 ，接下来可能发生α衰变生成 ，亦可能发生β衰变生成 。而衰 变至 后亦存在两条衰变路径。所以 衰变生成 ，共有四条不同的衰变路径，选项C错误； D．由图结合前面C项的分析可知，无论沿任何一条路径，最终都是发生7次α衰变，4次β衰变，选项D 错误。 故选A。 15．（多选）（2022·河南·高三开学考试）微型核电池的体积很小，只有一个硬币的厚度，电力极强，可 用于手机充电。微型核电池利用微型和纳米级系统研发出了一种超微型电源设备，这种通过放射性物质的 衰变，释放出带电粒子，从而获得持续电流。镍 发生 衰变变为铜 ，用它制成的大 容量核电池，续航可超百年。下列说法正确的是（ ） A．镍 的 衰变方程为 B． 衰变中 粒子来源的方程为 C．升高镍 的温度，可使其半衰期减小 D． 的比结合能比铜 的比结合能小 【答案】 BD 【解析】A．根据核反应方程的核电荷数守恒、质量数守恒可知，镍 的 衰变方程为 故A错误； B． 衰变中 粒子来自原子核中的中子，其方程为 故B正确； C．放射性元素的半衰期与温度无关，故C错误； D． 的比结合能比铜 的比结合能小，铜 比结合能大更稳定，故D正确。 故选BD。 16．（多选）（2022·浙江·高三开学考试）关于下列教材中的四幅图说法正确的是（ ）A．甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为 射线 B．乙图为光电效应实验，它说明了光具有粒子性 C．丙图为电子束通过铝箔时的衍射图样，它证实了电子具有波动性 D．丁图为 粒子散射实验，发现少数 粒子发生了大角度偏转，说明了原子的质量绝大部分集中在很小空 间范围 【答案】 BCD 【解析】A．甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，根据左手定则可知射线 1带正电为 射线， 故A错误； B．乙图为光电效应实验，它说明了光具有粒子性，故B正确； C．丙图为电子束通过铝箔时的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，说明电子具有波动性，故C正确； D．丁图为 粒子散射实验，发现少数 粒子发生了大角度偏转，说明了原子的质量绝大部分集中在很小空 间范围，故D正确。 故选BCD。 17．（2022·福建·漳州立人学校模拟预测）卢瑟福通过α粒子（ He）轰击氮（ ）的实验发现了质子并 产生氧（O）原子核。某研究小组设计了如下装置分析该反应中产生的两种粒子。氮室右侧长方形区域 MNPQ内存在磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向外；区域左边界中点O处带有一小孔，且与氮 室右侧出口处于同一位置，其余三面均装有荧光底片。现让α粒子以初速度v 从左侧进入氮室轰击静止的 0 氮原子核，反应后两粒子从O点垂直进入磁场，恰好打在底片的M、N两端点。已知反应后质子的速度也 为v，质子与中子的质量均为m，质子电荷量为e，全过程不考虑其他粒子的影响。 0 （1）写出该实验的核反应方程； （2）求磁场区域MN的长度L； （3）若在磁场区域内加入垂直MN板的匀强电场（未画出），发现两个粒子分别打在 NQ中点O＇和PQ上，求粒子打在PQ上时的动能E。 k 【答案】 （1） ；（2） ；（3） 【解析】（1）α粒子（ He）轰击氮（ ）的实验发现了质子并产生氧（O）原子核，该实验的核反应方 程 （2）不考虑其他粒子的作用，设反应后氧原子核速度为v，由动量守恒定律，可得 在磁场中运动时，质子的轨道半径为 ，氧原子核的轨道半径为 ，则有 解得 由于 ，所以打在M的粒子为氧原子，打在N的粒子为氢原子，则有 解得 （3）打在PQ上的粒子所受洛伦兹力小于电场力，是氧原子；质子打在 点，设电场强度大小为E，对质 子 对氧原子，运动过程只有电场力做功 解得18．（2022·河北·石家庄二中实验学校高三开学考试）我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，“东方 超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，又被称为“人造太阳”。其原理是让海水中大量存在的氘和氚 原子在高温高密度条件下，像太阳一样发生核聚变，为人类提供源源不断的能源。氘核（ ）和氚核（ ）结合成氦核（ ）时，要放出某种质量 的粒子，同时释放出能量。已知氘核质量 ，氚核质量 ，氦核质量 ，根据爱因斯坦的质能方程可知 相当 于 ，阿伏加德罗常数 ，氘核的摩尔质量 。 （1）写出该核聚变反应的核反应方程式，并计算一次核聚变反应中释放的核能；（保留2位有效数字） （2）未来建设一座应用此反应的热核发电站，若该发电站的功率 万千瓦，计算理论上该发电站一年 （ ），大约需要多少千克的氘？ 【答案】 （1） ； ；（2） 【解析】（1）该核反应方程式为 反应中的质量亏损为 根据质能方程 代入数据得 （2）该发电站一年产生的电能 代入数据求得 理论上该发电站一年需要的氘的质量 代入数据解得19．（2022·湖北·高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验 方案：如果静止原子核 俘获核外 K 层电子 e，可生成一个新原子核 X，并放出中微子 ν ，即 e 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定 中微子的存在。下列说法正确的是（ ） A．原子核X是 B．核反应前后的总质子数不变 C．核反应前后总质量数不同 D．中微子 的电荷量与电子的相同 【答案】 A 【解析】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是 ，A正 确、C错误； B．由选项A可知，原子核X是 ，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为4， 反应后的总质子数为3，B错误； D．中微子不带电，则中微子 的电荷量与电子的不相同，D错误。 故选A。 20．（2022·辽宁·高考真题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表 明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为 ，己知 、 、 的质量分别为 ，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是 （ ） A．X为氘核 B．X为氚核 C． D． 【答案】 D 【解析】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为氕核 ，AB错 误； CD．根据质能方程可知，由于质量亏损核反应放出的能量为 C错误、D正确。 故选D。 21．（2021·海南·高考真题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能 关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核， 核反应方程为 。已知 、 、X 的质量分别为 、 、 ，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（ ） A．质量亏损B．释放的核能 C．铍原子核内的中子数是5 D．X表示的是氚原子核 【答案】 B 【解析】CD．根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为 则 ， ，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故CD错误； AB．核反应质量亏损为 则释放的核能为 故A错误，B正确； 故选B。 22．（2020·山东·高考真题）氚核 发生β衰变成为氦核 。假设含氚材料中 发生β衰变产生的电子 可以全部定向移动，在3.2 104 s时间内形成的平均电流为5.0 10-8 A。已知电子电荷量为1.6 10-19 C，在这 段时间内发生β衰变的氚核 的个数为（ ） A． B． C． D． 【答案】 B 【解析】根据 可得产生的电子数为 个 因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。 故选B．