第五章 原子核与核能 单元达标测试（解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第五章
原子核与核能
单元达标测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为H＋H→He＋n。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为（　　）
A．
B．
C．
D．
2．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献。下列说法中正确的是（　　）
A．玻尔提出所有实物粒子都有一个与之对应的波
B．爱因斯坦提出能量子假说，从此把物理学带进了量子世界
C．法拉第发现了电磁感应现象
D．居里夫人发现了天然放射性现象
3．不同原子核的比结合能是不一样的，如图所示是按照实际测量结果画的原子核的比结合能曲线，由此可知下列说法正确的是（　　）
A．发生重核裂变时只会吸收能量，发生轻核聚变时只会放出能量
B．两个核聚变结合成核的过程会放出能量
C．、、三者相比，的比结合能最大
D．核的结合能大于核的结合能，因此核更稳定
4．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电，该装置是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其核反应方程是，已知氘核、氚核的比结合能分别是1.09
MeV、2.78
MeV，，正确的是（　　）
A．核结合能为13.73
MeV
B．氦原子核的比结合能为7.03
MeV
C．氘核结合能为3.27
MeV
D．聚变反应中质量亏损为0.01u
5．下列说法正确的是（　　）
A．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是α射线
B．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在有关
6．关于近代物理的知识，下列说法正确的是（　　）
A．β衰变是原子核内的一个质子转化为一个中子和电子，电子被释放出来
B．玻尔理论认为：若氢原子从激发态向基态跃迁后，其核外电子速率会增大
C．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量
D．铀核裂变的一种核反应方程为
7．元素周期表上已经列有超过110种不同的化学元素，各种元素所具有的各不相同的物理、化学性质，造就了我们这个多姿多彩的、充满生命力的世界。例如，
（读音:ao）是第118号元素，是一种人工合成的稀有气体元素，是人类目前已合成的最重元素，这种元素具有放射性，其原子核经过n次α衰变后的产物为
（读音:fei），
的半衰期为T，则下列说法正确的是（　　）
A．
衰变为
的反应为裂变反应
B．α衰变的次数n=8
C．
中子数比
的中子数多18
D．1g
经2T时间，剩余物质的质量为0.25g
8．关于物理知识在科技和生活中的应用，下列各图对应的说法正确的是（　　）
A．图甲中行李安检仪采用射线来透视安检物品
B．图乙中相机镜头上呈现的淡紫色是由薄膜干涉引起的
C．图丙中水中的气泡看起来特别亮是光发生全反射的缘故
D．图丁中核反应堆可以通过调整插入镉棒的深度来控制核反应快慢。插入越深，反应越快
9．下列关于课本中四幅插图的相关描述，符合实际情况的是（　　）
A．图甲为卢瑟福通过α粒子散射实验得出原子的核式结构模型
B．图乙为工业上利用放射性同位素射线的穿透能力来控制金属板或塑料板的厚度
C．图丙中镉棒的作用是使快中子变成慢中子，从而影响链式反应速度
D．由图丁可知，质量数大于60的原子核，质量数越大结合能越小
10．铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为∶，衰变方程为∶，则下列说法正确的是（　　）
A．裂变过程放出能量，衰变过程吸收能量
B．裂变产生的新核X中含有88个中子
C．衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大
D．核裂变释放能量产生的高温会加快铀235的衰变
11．下列说法正确的是（　　）
A．图甲中电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
B．图乙中原子核衰变放出粒子，说明粒子是组成原子核的一种粒子
C．图丙中只能用射线测钢板厚度而不能用射线
D．图丁中镉棒吸收中子的能力很强，可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度
12．下列有关课本插图的说法正确的是（　　）
A．图甲中，将镉棒插入深一点，核反应速率就会变快
B．图乙中，只有当铀块的体积大于临界体积时，链式反应才会发生
C．图丙中，中等大小的核的比结合能最大，即平均每个核子的质量亏损最小，这些核最稳定
D．图丁中，射线b是射线，是能量很高的电磁波，电离能力较弱，穿透能力较强
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．在某些恒星内部，3个氦核结合成1个碳核。已知1个氦核的质量为、1个碳核的质量为，1个质子的质量为，1个中子的质量为，真空中的光速为c。求：
（1）写出核反应方程式；
（2）反应过程中产生的核能；
（3）碳核的比结合能。
14．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速。
(1)已知某单色光的频率为ν，波长为λ，该单色光光子的能量，其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度，推导该单色光光子的动量。
(2)光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S，当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式。
(3)设想利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外，这就需要为探测器制作一个很大的光帆，以使太阳光对光帆的压力超过太阳对探测器的引力，不考虑行星对探测器的引力。一个质量为m的探测器，正在朝远离太阳的方向运动。已知引力常量为G，太阳的质量为M，太阳辐射的总功率为P0，设帆面始终与太阳光垂直，且光帆能将太阳光全部吸收。试估算该探测器光帆的面积应满足的条件。
15．太阳现正处于主序星演化阶段．它主要是由电子和、等原子核组成．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是，其中ΔE为反应释放的核能，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若因聚变反应使太阳中的核数目比现在减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段．现假设太阳全部由电子和核组成．
（1）已知地球质量m=6.0×1024
kg、半径R=6.4×106
m，地球表面附近的重力加速度g=10
m/s2，日地中心的距离r=1.5×1011
m，取1年=3.2×107
s．为研究太阳的演化，利用所给数据估算目前太阳的质量M．（结果保留一位有效数字）
（2）已知质子质量mp=1.672
6×10–27
kg，核质量mα=6.645
8×10–27
kg，电子质量me=0.9×10–30
kg，真空中光速c=3×108
m/s．求发生一次题述的核聚变反应所释放的核能ΔE．（结果保留两位有效数字）
（3）已知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能E0=1.35×103
W/m2．试估算太阳能继续保持在主序星阶段的时间．（结果以年为单位，保留一位有效数字）
16．一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6000次，将他注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取出10cm3的血样，测得每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期是5小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积。
参考答案
1．B
【详解】
该反应中释放的核能为
ΔE=E3－（E1＋E2）
根据爱因斯坦质能方程有
ΔE=Δmc2
联立解得该核聚变反应中质量亏损为
Δm=
故选B。
2．C
【详解】
A．德布罗意提出所有实物粒子都有一个与之对应的波，选项A错误；
B．普朗克提出能量子假说，从此把物理学带进了量子世界，选项B错误；
C．法拉第发现了电磁感应现象，选项C正确；
D．贝克勒尔发现了天然放射性现象，选项D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．发生重核裂变时，核子的比结合能变大，会放出能量，同样轻核聚变时，核子的比结合能变大，也会放出能量，A错误；
B．两个核聚变结合成核的过程，比结合能变大，会放出能量，B正确；
C．由图像可知，、、三者相比，
的比结合能最大，C错误；
D．虽然核的结合能大于核的结合能，但核的比结合能小于核的比结合能，因此核更稳定，D错误。
故选B。
4．B
【详解】
A．根据质量数和核电荷数守恒可得，
X是中子，中子没有结合能，故A错误；
B．设反应物的结合能为E1，则有
设生成物的结合能为E2，根据反应方程式可得
即
解得氦原子核的结合能为
所以氦原子核的比结合能为
故B正确；
C．因为氘核的比结合能是1.09MeV，由结合能和比结合能的关系可得氘核的结合能为
故C错误；
D．该反应释放的能量为17.6MeV，由质能方程
可得
因为，所以该聚变反应的质量亏损
故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线，其次是射线，最弱是
，故A错误；
B．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性，故B正确；
C．红外体温计是依据人体发射红外线来测体温的，故C错误；
D．半衰期只与原子核种类有关，与环境无关，与状态无关，故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，电子被释放出来，A错误；
B．氢原子的核外电子由离核较远的轨道激发到离核较近的轨道时，电场力做正功，电势能减小，动能增大，B正确；
C．质量不可以转化为能量，C错误；
D．铀核需要俘获一个中子才能发生裂变，其中一种核反应方程为
D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．是属于衰变，不是裂变反应，故A错误；
B．,则
故B错误；
C．的种子数为
而的中子数为
中子数比的中子数多
故C正确；
D．剩余的的质量为0.25g，但衰变过程中会产生新核，故剩余物质的质量大于0.25g，故D错误。
故选C。
8．BC
【详解】
A．行李安检仪采用射线透视物品，A错误；
B．镜头上呈现淡紫色是薄膜干涉引起的，B正确；
C．水中的气泡看起来特别亮是光发生全反射的缘故，C正确；
D．核反应堆中插入镉棒，镉棒吸收中子减缓反应速度，插入越深，反应越慢，D错误。
故选BC。
9．AB
【详解】
A．图甲为卢瑟福通过α粒子散射实验得出原子的核式结构模型，所以A正确；
B．图乙为工业上利用放射性同位素射线的穿透能力来控制金属板或塑料板的厚度，所以B正确；
C．图丙中镉棒的作用是吸收中子使中子数减小，从而影响链式反应速度，所以C错误；
D．由图丁可知，质量数大于60的原子核，质量数越大比结合能越小，所以D错误；
故选AB。
10．BC
【详解】
A．根据核反应的特点，核裂变和核衰变都释放能量。故A错误；
B．由于电荷数和质量数守恒，根据裂变方程可知，新核X的质量数为
电荷数为
裂变产生的新核X中含有中子个数为
故B正确；
C．衰变过程释放能量，所以衰变产生的新核Y的比结合能比铀核的大。故C正确；
D．铀235的半衰期与温度无关，高温情况下铀235的半衰期不变，衰变快慢不变。故D错误。
故选BC。
11．AD
【详解】
A．图甲中是电子束穿过铝箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性，故A正确；
B．图乙原子核衰变放出粒子，是由于发生衰变产生的，衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是粒子，但粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；
C．射线具有较强的穿过本领，图丙中只能用射线测钢板厚度而不能用射线，故C错误；
D．核反应堆中，镉棒可以吸收中子，通过镉棒插入的深浅调节中子数目以控制反应速度，故D正确。
故选AD。
12．BD
【详解】
A．核反应堆中，镉棒可以吸收中子，使得反应速度变慢，故A正确；
B．根据链式反应的条件可知，铀块体积只有在大于临界体积时才能发生链式反应，故B正确；
C．根据比结合能的变化特点可知，核子结合成中等大小的核，平均每个核子的质量亏损最大，其比结合能最大，故C错误；
D．
b是γ射线，电离作用较弱、穿透能力较强的电磁波，故D正确。
故选ABD。
13．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）由3个氦核结合成1个碳核可得核反应方程
（2）反应过程的原子核的质量减小量为质量亏损
由质能方程可得
（3）6个质子和6个中子结合成碳原子的质量亏损
释放的能量
比结合能
14．（1）见解析；（2）；（3）
【详解】
(1)光子的能量
光子的动量
可得
(2)一小段时间Δt内激光器发射的光子数
光照射物体表面，由动量定理
产生的光压
解得
(3)由(2)同理可知，当光被吸收时，产生的光压
距太阳为r处光帆受到的光压
太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力
解得
15．（1）2×1030
kg
（2）4.2×10–12
J
（3）1百亿年
【解析】
（1）根据万有引力定律和牛顿第二定律有=m()2r
地球表面附近的重力加速度g=
解得M==2×1030
kg
（2）该核反应的质量亏损为Δm=4mp+2me–mα=4.64×10–29
kg
发生一次该核反应释放的核能ΔE=Δm·c2=4.2×10–12
J
（3）太阳在主序星阶段能发生核反应的次数N=
太阳在主序星阶段总共能辐射出的能量E=N·ΔE
太阳辐射视为是各向同性的，则每秒内太阳向外辐射的能量ε=4πr2E0
太阳能继续保持在主星序阶段的时间t===3.3×1017
s=1×1010
年
太阳能继续保持在主星序阶段1百亿年．
16．3750cm3
【详解】
每分钟衰变次数与原子核的总数成正比，故
将t=15h，T=5h代入，得
△N=750次/分
因
得