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中六物理练习卷：放射现象、半衰期与核能（12 题・100 分・75 分钟・附答案）｜原创模拟试题
练习卷 · DSE 物理：放射现象、半衰期与核能全卷
本卷共 12 题、100 分、75 分钟，涵盖 α、β、γ 放射线的性质、核衰变方程的书写、半衰期与碳-14 定年计算，以及核裂变、核融合、质量亏损与能量转换。每题附完整步骤与评分要点，适合中六学生于校内试前作全卷计时练习。
卷面资料 年级：中六（S6） ｜ 科目：物理 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
考生须知：本卷分甲、乙、丙三部，全部题目均须作答，总分 100 分，时限 75 分钟。
计算题须列出算式与步骤，只写答案者不获步骤分；代入公式时须先写出所用公式，再代入数值。
除特别指明外，数值答案须准确至三位有效数字，并写出适当单位。
建议先用约 35 分钟完成甲部，再处理乙部的半衰期计算与丙部的核能计算，最后复核质量数与电荷守恒。
甲部：放射线的性质与核衰变方程
α、β、γ 射线与衰变方程
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 解释 α、β、γ 三种放射线的本质，并比较它们的电荷、穿透本领与电离本领。 | （a）α 射线是氦核，即两个质子与两个中子，带正电（3 分）。（b）β 射线是高速电子，带负电（2 分）。（c）γ 射线是高频电磁波，不带电（1 分）。（d）穿透本领由小至大为 α、β、γ，电离本领则由大至小（2 分）。 |
| 2 | 镭-226（质量数 226、原子序 88）放出一个 α 粒子。写出核反应方程，并指出子核的质量数与原子序。 | （a）方程为 Ra-226 → Rn-222 + He-4（3 分）。（b）质量数由 226 减至 222（2 分）。（c）原子序由 88 减至 86，子核变成氡（2 分）。（d）方程两边的质量数与电荷均守恒（1 分）。 |
| 3 | 碳-14 进行 β 衰变生成氮-14。写出核反应方程，并解释为何 β 衰变中质量数不变。 | （a）方程为 C-14 → N-14 + 电子（3 分）。（b）β 衰变时核内一个中子转变为质子，同时放出电子（2 分）。（c）质子数由 6 增至 7，原子序加一（2 分）。（d）核子总数不变，故质量数维持 14（1 分）。 |
| 4 | 某放射源的净计数率初时为 8000 Bq，半衰期为 5 年。求（a）10 年后（b）20 年后的净计数率。 | （a）10 年等于 2 个半衰期（2 分），计数率为 8000 ÷ 4 = 2000 Bq（2 分）。（b）20 年等于 4 个半衰期（2 分），计数率为 8000 ÷ 16 = 500 Bq（2 分）。 |
乙部：半衰期、定年与辐射防护
半衰期计算、碳-14 定年与背景辐射
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | 某放射源的计数率在 40 日后降至原来的 1/16。求该核素的半衰期。 | （a）1/16 = (1/2)⁴，即经过 4 个半衰期（3 分）。（b）4 个半衰期共 40 日（2 分）。（c）半衰期 = 40 ÷ 4 = 10 日（3 分）。 |
| 6 | 一块古木样本的碳-14 活性为现代活木的 1/8。已知碳-14 的半衰期为 5730 年，求该样本的年龄，并说明此定年法的一项假设。 | （a）1/8 = (1/2)³，即经过 3 个半衰期（3 分）。（b）年龄 = 3 × 5730 = 17190 年（4 分）。（c）假设大气中碳-14 的比例在样本存活期间保持不变，样本亦无碳交换（3 分）。 |
| 7 | 实验测得某样本每分钟 400 次计数，背景辐射为每分钟 40 次。求样本的净计数率，并解释为何计数须重复多次。 | （a）净计数率 = 400 − 40 = 360 次/分钟（3 分）。（b）放射性衰变属随机过程，单次计数的波动较大（3 分）。（c）重复多次并取平均值可减小随机误差（2 分）。 |
| 8 | 铀-235 吸收一个中子后发生裂变：U-235 + n → Ba-141 + Kr-92 + 3n。（a）验证方程两边的质量数与原子序守恒。（b）每次裂变的质量亏损为 0.215 u，1 u 相当于 931 MeV，求释放的能量（以 MeV 及 J 表示）。 | （a）质量数：左边 235 + 1 = 236，右边 141 + 92 + 3 = 236（2 分）；原子序：92 = 56 + 36，两边守恒（2 分）。（b）能量 = 0.215 × 931 = 200 MeV（3 分）。（c）200 MeV = 2.0 × 10⁸ × 1.6 × 10⁻¹⁹ J = 3.2 × 10⁻¹¹ J（3 分）。 |
丙部：核裂变、核融合与核能应用
质量亏损、反应堆与放射性废料
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | 太阳内部四个氢核结合为一个氦核，质量亏损为 0.0287 u。求每次反应释放的能量（以 MeV 表示），并指出这类反应的名称。 | （a）能量 = 0.0287 × 931 = 26.7 MeV，取三位有效数字（4 分）。（b）此反应称为核融合（2 分）。（c）融合须在极高温高压下进行，以克服质子间的静电斥力（2 分）。 |
| 10 | 解释核反应堆中（a）连锁反应（b）控制棒（c）慢化剂的作用。 | （a）每次裂变放出的中子再引发其他铀核裂变，使反应持续进行，称为连锁反应（3 分）。（b）控制棒吸收中子，调节中子数目以控制反应速率（3 分）。（c）慢化剂使快中子减速为热中子，提高引发铀-235 裂变的机会（2 分）。 |
| 11 | 举出放射性同位素的两项应用，并说明使用放射源时的三项防护原则。 | （a）钴-60 用于癌症放射治疗，镅-241 用于烟雾探测器，铱-192 用于工业焊缝探伤（任答两项）（2 分）。（b）缩短接触时间（2 分）。（c）增加与放射源的距离（2 分）。（d）使用铅或混凝土等屏蔽（2 分）。 |
| 12 | 比较核裂变发电与燃煤发电的两项优点与一项缺点，并简述高放射性废料的处理方法。 | （a）核电不排放二氧化碳及二氧化硫，空气污染物较少（2 分）。（b）每单位质量燃料释放的能量远高于煤，燃料用量少（2 分）。（c）缺点是产生高放射性废料，反应堆意外后果严重（2 分）。（d）废料先于水池冷却贮存，再经玻璃化后封存于深层地质处置库（2 分）。 |
TutorZone 练习卷｜题目与文章为原创，并非任何学校或出版社的教材。