第五章 原子核与核能 同步训练（Word版含答案）

第5章原子核与核能
一、选择题（共15题）
1．卢瑟福用粒子轰击发现了质子，已知粒子的质量为m1，的质量为m2，质子的质量为m3，新核的质量为m4，该反应释放的能量以光子的形式辐射出去，忽略相对论效应．下列选项正确的是
A．卢瑟福发现质子的核反应方程式为
B．该反应释放的核能为
C．光子的波长为
D．新核中含有8个中子
2．用中子轰击原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为，、、、的质量分别为m1、m2、m3、m4，原子核的半衰期为T，其比结合能小于Y原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（　　）
A．原子核中有56个中子
B．若升高的温度，的半衰期将会小于T
C．裂变时释放的能量为（m1－2m2－m3－m4）c2
D．原子核比Y原子核更稳定
3．下列说法正确的是
A．汤姆孙发现了中子，被称为“中子之父”
B．玻尔理论指出原子可以处于连续的能量状态中
C．普朗克的α粒子散射实验，奠定了原子的核式结构模型
D．康普顿研究石墨对X射线的散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光的粒子性
4．在下列核过程的方程中，表示核聚变过程的是
A． B．
C． D．
5．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是（ ）
A．只要增加入射光的强度，光电效应就可以发生
B．氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子
C．环境温度越高，原子核衰变的速度越快
D．任何核反应都遵从质量守恒定律
6．下列说法中正确的是
A．汤姆孙发现了电子，并发现了天然放射现象
B．对于ɑ射线、β射线、γ射线这三种射线而言，波长越长，其能量就越大
C．天然放射现象的发现，说明原子可以再分
D．黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
7．下列说法正确的是（　　）
A．对于同一种金属来说，用不同频率的光照射时的遏止电压相同
B．改变物体的温度，可以改变放射性物体的半衰期
C．所有的核反应都要吸收热量
D．不同原子的能级不同，跃迁时发射的光子能量不同
8．下列说法正确的是（　　）
A．通过给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺疾病，这是利用放射性同位素原子作为示踪原子
B．X射线是原子核处于高能级向低能级跃迁而产生的
C．贝克勒尔发现的铀和含铀的矿物能发出看不见的射线，这种射线中存在X射线可使照相底版感光
D．目前核电站主要是核裂变，为控制核反应速度，可以利用镉棒作为慢化剂，减缓中子的速度
9．有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。例如一个铍原子核（）发生了“K俘获”，生成一个新的原子核X，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子（），核反应方程为。关于铍原子核（）的“K俘获”的过程，下列说法正确的是（　　）
A．新原子核X可能会带负电
B．新原子核X是铍原子的同位素，两核的核子数不同
C．新原子核X比原来的铍原子核小一个中子
D．新原子核X比原来的铍原子核少一个质子
10．已知、、的静止质量分别是226.0254u、22.0175u、4.0026，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV。当发生α衰变时，下列说法正确的是（ ）
A．的质量等于组成它的核子的质量之和
B．发生一次α衰变释放的核能为4.93695MeV
C．因的比结合能比小，所以比更稳定
D．一个静止的发生一次α衰变，产生的和的速度之比约为111：2
11．是核电站的重要核燃料，是铀核裂变形式之一，裂变生成物、的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　）
A． B．
C．比更稳定 D．的结合能比的结合能大
12．常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核反应释放出的核能。在太阳内部发生的某核反应方程是，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应属于裂变反应 B．该核反应过程有质量亏损
C．一个中有4个中子 D．方程中的为电子（）
13．用一个高速粒子X轰击一个锂核变成两个粒子，其核反应方程为。已知在这一核反应过程中同时放出的能量，光速，电子所带电荷量，则下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．这一核反应过程的质量亏损为
D．这一核反应过程的质量亏损为
14．下列设备不属于电磁辐射污染源的是（ ）
A．高压变电站 B．电视发射塔
C．移动电话发射塔 D．电灯
15．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列是释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）
A．是核聚变反应
B．是β衰变
C．是核裂变反应
D．是α衰变
二、填空题
16．某实验室新发现的一种放射性元素X，8天后实验人员发现它有3／4发生衰变，则它的半衰期为________天，若对X加热，它的半衰期________（填变大、变小或不变）．
17．重核受到其他粒子的________时裂变成几块质量较小的核，同时还可以放出中子，这就是重核裂变．重核裂变时放出的中子引起________，可以使裂变不断进行下去，这就是________反应．
18．核聚变与核裂变的比较
（1）优点：①轻核聚变产能________；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量________；③轻核聚变更为安全、清洁。
（2）缺点：核聚变需要的温度太________，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
解决方案：________约束和________约束。
19．核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。请解答以下问题，计算结果保留两位有效数字。
(1)核反应堆中的“燃料”是，请完成核反应方程式：；( )( )
(2)铀核的质量为，中子的质量为，锶（）核的质量为，氙（）核的质量为，为，浓缩铀中铀235的含量占。求一座100万千瓦的核电站每年（）大约需要多少吨浓缩铀？( )
三、综合题
20．为什么原子核的比结合能越大，原子核越稳定？
21．原子能发电（核电站）与火力发电有哪些异同点？你觉得哪一种发电更有利于环境？为什么？
22．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？
23．已知铀核的质量为235.0439 u，中子质量为1.0087 u，锶（Sr）核的质量为89.9077 u，氙（Xe）核的质量为135.9072 u，，浓缩铀中铀235的含量为2%，则一座100万千瓦的核电站，每年需要消耗多少吨浓缩铀？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知卢瑟福发现质子的核反应方程式为，A正确；由爱因斯坦质能方程可知，该反应释放的能量为，B错误；又由可知，，C错误；由核反应方程可知，新核为，则新核中含有9个中子，D错误．
2．C
【详解】
A．原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为
A错误；
B．放射性元素的半衰期与温度、压强等因素无关，由原子核内部因素决定，B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量为
C正确；
D．由原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能，可知Y原子核比原子核更稳定，D错误。
故选C。
3．D
【详解】
查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，故A错误．玻尔理论认为原子的能量是量子化的，不连续的，轨道半径也是量子化的，故B错误．卢瑟福用α粒子轰击金箔而产生散射的实验，在分析实验结果的基础上，他提出了原子核式结构模型，故C错误；康普顿研究石墨对X射线的散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光的粒子性，故D正确．所以D正确，ABC错误．
4．B
【详解】
轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是衰变，B是氢核聚变，C是重核裂变，D是人工核反应，故B正确．ACD错误；
故选B。
5．B
【详解】
A．发生光电效应和光的强度没有关系，只有大于极限频率才可以发生光电效应，故A 错；
B．根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循 ，故只能辐射特定频率的光子；故B正确．
C．衰变和元素本身有关，和温度无关，故C错；
D．爱因斯坦的质能方程表明核反应中存在质量亏损，故D错；
6．D
【详解】
贝可勒尔发现天然放射性，由于天然放射性是原子发生变化而产生的，则说明原子核是有内部结构的，AC错误；波长越长，频率越小，根据可知能量越低，B错误；黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，D正确．
7．D
【详解】
A．对于同一种金属来说，用不同频率的光照射时，根据光电效应方程，光电子的最大初动能不同，所以遏止电压也不同。A错误；
B．放射性物体的半衰期与物体的温度无关。B错误；
C．当核反应有质量亏损时，就会放能。C错误；
D．不同原子的能级不同，跃迁时发射的光子能量不同。D正确。
故选D。
8．A
【详解】
A．给人注射碘的放射性同位素碘131，做示踪原子，有助于诊断甲状腺的疾病，A正确；
B．X射线产生的物理原理是原子的内层电子受到激发后产生，B错误；
C．1896年法国物理学家贝克勒尔发现有些物质能够发出一些看不见的射线，后来研究发现射线主要有三种即：射线、射线及射线，C错误；
D．核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度，D错误。
9．D
【详解】
A．根据电荷数守恒得，新原子核X的电荷数是3，则新原子核X带正电，故A错误；
B．根据电荷数守恒得，新原子核X的电荷数是3，核子数是7，则新原子核X不是铍原子的同位素，新原子核与铍核的核子数相同，故B错误；
CD．新原子核俘获一个电子后，一个质子变成中子，质子数减少一个，中子数多一个，故C错误，D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象就是质量亏损，A不符合题意；
B． 发生α衰变释放出核能，一次衰变释放的核能
E=(2.0254-22.0175-4.0026) ×931.5MeV=4.93695MeV
B符合题意；
C．原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要赋予更多的能量，因此原子核更稳定， 的比结合能比小，所以据比更稳定，C不符合题意；
D．衰变时动量守恒可知，和的速度之比为两者质量的反比质量之比约为质量数之比，故和 的速度之比约为2：111，D不符合题意。
故选B。
11．C
【详解】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知
故AB错误；
C．裂变生成物、的比结合能分别为、，则比的比结合能大，则比更稳定，故C正确；
D．核子数与比结合能的乘积为原子核的结合能，由此可知，的结合能比的结合能小，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
A．该核反应属于核聚变反应，故A错误；
B．该核反应前后质量数守恒，但这个核反应释放出的能量，有质量亏损，反应前后总质量不相等，故B正确；
C．一个中有2个质子，2个中子，故C错误；
D．根据质量守恒定律和核电荷数守恒，该反应方程式为
方程中的X为正电子，故D错误。
故选B。
13．AC
【详解】
AB．由于核反应前后质量数与电荷数均不变，所以，，选项A正确、B错误；
CD．由爱因斯坦质能方程
可得
选项C正确、D错误。
故选AC。
14．AD
【详解】
试题分析：电磁辐射是指电磁能量从辐射源发射到空间，在电场与磁场之间，以电磁波的形式传播的能量流现象，通常是通过天线向外进行发射的，故BC属于电磁辐射；而电力设施在周围环境中产生的是工频电场与工频磁场，频率只有50赫兹或60赫兹，电压感应出电场，电流感应出磁场，是感应场，不是射线，是没有发射天线的；其特点是随着距离的增大而衰减，影响范围非常小，根本不形成辐射，无法向外界辐射能量，故AD不属于电磁辐射污染源．故选AD．
15．AC
【详解】
A．是核聚变反应，A正确；
B．是核聚变反应，B错误；
C．是核裂变反应，C正确；
D．是核裂变反应，D错误。
故选AC。
16． 4 不变
【详解】
试题分析：根据题意可得，解得天，元素的半衰期和外界因素无关，故加热后半衰期不变，
17． 轰击 其他重核的裂变 链式
【详解】
重核受到其他粒子的轰击时裂变成几块质量较小的核，同时还可以放出中子，这就是重核裂变．
重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这就是链式反应．
18． 效率高 丰富 高 磁 惯性
【详解】
（1）核聚变与核裂变的比较，优点：轻核聚变产能效率高，地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；
（2）核聚变与核裂变的比较，缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度；
解决方案：磁约束和惯性约束。
19． 38 136 27吨
【详解】
(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得，核反应方程式为
(2)核反应的质量亏损是
根据爱因斯坦质能方程，每个发生裂变释放的能量为
一座100万千瓦的核电站每年产生的电能为
设需要浓缩铀中铀235的质量为m，总个数为N
由能量守恒得
代入数据解得
所以大约需要27吨浓缩铀。
20．原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。比结合能原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，比结合能时平均到每一个核子所需要的能量，比结合能越大，说明平均到每一个核子的能量越大，要分开这种原子核更加困难，所以这种原子核也就越稳定。
【详解】
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。比结合能原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，比结合能时平均到每一个核子所需要的能量，比结合能越大，说明平均到每一个核子的能量越大，要分开这种原子核更加困难，所以这种原子核也就越稳定。
21．共同点：都是使用蒸汽推动汽轮机，再推动发电机工作，把机械能转化为电能。
不同点：蒸汽产生的方法不同。原子能发电利用铀核链式反应释放的巨大能量产生热蒸汽；而火力发电则采用烧煤的方式产生热蒸汽。
原子能发电更有利于环境保护，因为它不会释放二氧化碳等污染大气的物质。
22．（1）；；（2）
【详解】
（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
23．27
【详解】
根据题意，核反应方程为
一个铀核裂变，释放的能量为
一座100万千瓦的核电站，每年放出的能量
需消耗铀235的质量为
需要消耗浓缩铀质量为
答案第1页，共2页