5.5核能的利用与环境保护 同步训练（Word版含答案）

5.5核能的利用与环境保护
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．根据 E= mc2可以计算核反应中释放的核能
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C．目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为氘
D．目前核电站利用的核反应是聚变，核燃料为铀
2．1964年10月16日，我国第一颗原子弹在罗布泊爆炸成功（如图），有力地打破了超级大国的核垄断，极大地提高了我国的国际地位，原子弹爆炸利用的核变化属于（ ）
A．衰变 B．衰变
C．核裂变 D．核聚变
3．下列说法正确的是（ ）
A．目前我国核电事业蓬勃发展，新建核电站的能量来源可以是轻核聚变
B．无论裂变还是聚变都要从比结合能小的原子核向比结合能大的原子核变化
C．半衰期是大量原子核内的核子有统计意义上的半数发生变化的时间,它不随温度或压强变化而变化
D．重核发生α衰变后的产物的总结合能小于原重核的结合能
4．据报道，2020年1月到11月，我国运行核电机组共49台（不含台湾地区核电信息）核能发电量约为3309.7亿千瓦时，约占全国累计发电量的5%，为我国绎济建设提供了重要的能源保障。关于核电发电，下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程可能是∶
B．核反应过程中质量和质量数均减少
C．现有核电站核反应的类型包含核聚变和核裂变两种类型
D．低于临界体积的铀块无法发生链式反应
5．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑。下列有关核反应的说法错误的是（　　）
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应中一定有质量亏损
C．，式中d＝2
D．铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小
6．2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是（　　）
A．核潜艇的核反应也叫热核反应
B．原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量
C．核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度
D．核裂变比核聚变更为安全、清洁
7．十九世纪末到二十世纪初，一些物理学家对某些物理现象的研究直接促进了“近代原子物理学”的建立和发展，以下关于4幅图中涉及的物理知识说法正确的是（　　）
A．图1中A处能观察到大量的闪光点，处能看到较多的闪光点，处观察不到闪光点
B．图2为核反应堆示意图，它利用了铀核裂变反应所释放的能量
C．如图3所示，一个处于能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出10种不同频率的光
D．图4为天然放射现象中产生的三种射线在匀强电场中的偏转情况，其中③线代表的是射线
8．中国承诺到2020年碳排放量下降．为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目．目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是（ ）
A． B．
C． D．
9．2020年12月4日中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）在成都实现首次发电，标志着我国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术。该装置内核反应方程式是，其中氚（）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子X轰击锂核（Li）得到，核反应方程为，则（　　）
A．核反应方程为衰变
B．氦核（He）的比结合能大于核（H）的比结合能
C．装置内核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
D．在核反应中，反应前的核子总数小于反应后的核子总数
10．下列叙述中符合物理学史的是（　　）
A．汤姆逊发现了电子，并首先提出原子的核式结构模型
B．查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子
C．为了解释黑体辐射规律，波尔提出电磁辐射的能量是量子化的
D．目前我国核电站的能量来源于轻核聚变
11．如图是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是:
A．卢瑟福粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型
B．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为射线，电离能力最强
C．电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
D．铀235只要俘获中子就能进行链式反应
12．2021年4月13日，日本政府召开内阁会议，宣布正式决定将福岛核废水排入海洋，引发了国际社会的谴责和反对。曾经受日本福岛核泄漏的影响，中国内地部分地区在空气中相继检测出极微量人工核素碘131、铯137等。已知碘131（即）的半衰期为8天，则下列有关福岛核泄露问题的说法正确的是（　　）
A．核反应堆发生的是轻核聚变反应
B．20个放射性核素碘131（即），经过8天后，未衰变的个数不一定是10个
C．4月份以后，随着气温升高、风力增强，碘131（即）的半衰期会逐渐减小
D．碘131（即）衰变放出的γ射线是碘原子外层电子受激发产生的
13．已知氘核的平均结合能是1.09 MeV，氚核的平均结合能是2.78 MeV，氦核的平均结合能是7.03 MeV。在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核并放出17.6 MeV的能量，下列说法正确的是（　　）
A．这是一个裂变反应
B．核反应方程式为
C．目前核电站都采用上述核反应发电
D．该核反应会有质量亏损
14．下列说法正确的是（ ）
A．氡的半衰期为3．8天，若取4个氡原子核，经7．6天后就一定剩下1个原子核了
B．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质
C．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，电子的动能增加，电势能减少，原子的总能量减少
15．下列说法正确的是（ ）
A．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，它具有饱和性．
B．在核反应堆中利用慢化剂（如石墨、重水等）来减慢核反应的速度
C．普朗克引入了能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
D．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质长的多，放射性废料容易处理，因此凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质
E．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核能
二、填空题
16．为了核电站的安全，防止放射性物质的泄漏，核电站设置了四道屏障，即________、________、________、________.
17．工作原理
核燃料发生________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的________传输出去，用于________，同时也使反应堆冷却。
18．1939年12月，德国物理学家______________和他的助手发现，用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年意大利科学家______________领导了世界上第一座原子核反应堆的建设和试验工作。
19．核电站的核心是原子核反应堆，核燃料（如铀）释放出大量的核能，是和平利用核能的重要途径。我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约，其中的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。据专家估计，通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗。核能作为一种新型能源有着广阔的前景。
（1）原子核是由___________组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生______________释出大量的核能。
（2）已知煤的热值，则煤完全燃烧时放出的热量是多少_____？
（3）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因，大亚湾核电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳排放，已知通常情况下二氧化碳气体的密度为.则这些气体通常情况下的体积约为多少______？
（4）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧产生的热量为Q，则火力发电站的效率根据上述资料，可估算出通常的火力发电站的效率约为多少______？
三、综合题
20．虽然能量是守恒的，但我们却要面对“能源危机”，请利用物理术语对此进行解释。为了解决能源危机，我国目前在发展核能发电与水力发电等相关产业，请分别讨论核能发电和水力发电的优缺点。
21．秦山核电站第一期工程于1984年开工，1991年建成并投入运行。工程装机容量为300MW，如果的完全裂变时产生的能量为，并且假定产生的能量都变成了电能，那么每年要消耗多少千克？（一年按365天计算）
22．秦山核电站第一期工程装机容量为。如果铀235完全核裂变时产生的能量为，并且假定所产生的能量都变成了电能，那么每年要消耗多少铀235？
23．在用铀235作燃料的反应堆中，铀235核吸收一个动能约为0.025eV的慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和2~3个快中子，而快中子不利于铀235的裂变。为了能使裂变反应继续下去，需要将快中子减速，有一种减速的方法是用石墨（碳12）作减速剂。设中子与碳原子的碰撞是对心弹性碰撞，没有机械能损失。
(1)求快中子与碳原子发生一次碰撞后的速度v与原来的速度的比值。
(2)一个动能为的快中子需要与静止的碳原子碰撞多少次，才能减速成为0.25eV的慢中子？
附部分常用对数
N 1.1 1.2 1.3 1.4
0.0414 0.0792 0.1139 0.1461
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．根据 E= mc2可以计算核反应中释放的核能，式中 m是核反应中的质量亏损，选项A正确；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项B错误；
CD．目前核电站利用的核反应是核裂变，核燃料为铀，选项CD错误。
故选A。
2．C
【详解】
原子弹是利用核裂变的链式反应原理制成的，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．B
【详解】
新建核电站的能量来源是重核裂变，选项A错误；无论裂变还是聚变都要从比结合能小的原子核向比结合能大的原子核变化，选项B正确；放射性元素的半衰期是有一半该元素的原子核发生衰变所用的时间．放射性元素的原子核内的核子并不都要发生变化，它不随温度或压强变化而变化，故C错误．重核发生α衰变后放出能量，则衰变后的产物的总结合能大于原重核的结合能，选项D错误.
4．D
【详解】
A．核电发电，核反应方程是
故A错误；
B．核反应过程中，要释放能量，根据爱因斯坦质能方程
可知质量是减少的，但反应前后质量数保持不变，故B错误；
C．现有核电站核反应的类型主要是核裂变，核聚变还没有应用于核电站发电，故C错误；
D．低于临界体积时，铀块无法发生链式反应，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力，A正确，不符合题意；
B．重核裂变释放能量，一定存在质量亏损，B正确，不符合题意；
C．由核反应中质量数守恒可知d＝2，C正确，不符合题意；
D．铀核裂变后生成的新核更稳定，比结合能比铀核的比结合能大，D错误，符合题意。
故选D。
6．C
【详解】
A．核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，不属于热核反应，故A错误；
B．发生链式反应的条件是裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量，故原子弹中铀或钚的质量必须大于或等于临界质量，故B错误；
C．核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，故核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度，故C正确；
D．核聚变比核裂变更为安全、清洁，故D错误．
故选C。
7．B
【详解】
A．题图1中A处能观察到大量的闪光点，处能看到较多的闪光点，在处也可以观察到很少的闪光点，A错误；
B．图2是核反应堆示意图，它利用了铀核裂变所释放的能量，B正确；
C．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能放出4种不同频率的光，即能级到能级，能级到能级，能级到能级，能级到能级，C错误；
D．题图4是天然放射现象中产生的三种射线在匀强电场中的偏转情况，其中①线带负电，则其代表的是射线，D错误。
故选B。
8．A
【详解】
A.重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；
BCD.B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变，都不是电站获取核能的基本核反应方程，故BCD错误．
9．B
【详解】
A．用中子轰击锂核得到氦核和氚核，该反应为原子核的人工转变，故A错误；
B．该装置内核反应方程式是
比结合能越大的原子越稳定，故氦核（He）的比结合能大于核（H）的比结合能，故B正确；
C．世界各地正在运行的核电站中的主要核反应为重核裂变，故C错误；
D．核反应前后，原子核的核子总数守恒，故D错误。
故选B。
10．B
【详解】
A．汤姆逊发现了电子；卢瑟福在用粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出了核式结构模型，故A错误；
B．查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，故B正确；
C．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量的量子化，故C错误；
D．目前我国核电站的能量来源于重核裂变，故D错误。
故选B。
11．A
【详解】
A．卢瑟福粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型，故A正确；
B．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为射线，贯穿能力最强，故B错误；
C．由图可以知道,光照越强,光电流越大,但遏止电压是一样,说明遏止电压与光的强度无关,故C错误;
D．链式反应需要达到临界体积才可以，故D错误；
故选A．
12．B
【详解】
A．核反应堆发生的是重核裂变反应，A错误；
B．因半衰期是大量原子核的统计意义，对少量原子核不适应，故20个放射性核素碘131（即 ），经过8天后，未衰变的个数不一定是10个，B正确；
C．半衰期与外部因素无关，C错误；
D．碘131（即 ）衰变放出的γ射线是原子核受激产生的，D错误；
故选B。
13．BD
【详解】
A．该反应是两个较小原子核聚变成一个较大核的反应，为聚变反应，故A错误；
B．根据质量数与质子数守恒，可得
故B正确；
C．轻核聚变需要巨大的高温，不容易实现，所以目前核电站一般都采用重核裂变反应发电，故C错误；
D．核反应释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知会有质量亏损，故D正确。
故选BD。
14．BCD
【详解】
试题分析：半衰期是大量原子衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，A错误；β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，B正确；氢核聚变所需要的条件不容易达到，所以目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变，C正确；按玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，D正确；
15．ACE
【详解】
试题分析：核力是强相互作用，具有饱和性和短程性；故将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，故A正确；在核反应堆中利用慢化剂（如石墨、重水等）来减慢核反应中产生的快中子的速度，从而提高核反应的速度，故B错误；普朗克提出能量量子化，引入了能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故C正确；人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质长的多，放射性废料容易处理；但不是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，故D错误；比结合能是结合能与核子数的比值，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核能，如轻核聚变、重核裂变，故E正确．
16． 陶瓷芯块 燃料包壳 压力壳 安全壳
【详解】
在核电站中，为了核电站的安全，防止放射性物质泄漏，在核燃料和环境外部空气之间共设置了四道屏障，第一道屏障是燃料芯块，放在氧化铀陶瓷芯块中，使绝大部分裂变产物和气体产物保存在芯块内；第二道屏障是燃料包壳。燃料芯块密封在锆合金制造的包壳中，构成核燃料芯棒，锆合金具有足够的强度且在正常运行温度下不与水发生反应；第三道屏障是压力容器和管道构成反应堆冷却剂系统，将核燃料芯棒封闭在厚度20cm以上的钢质耐高压系统中，避免放射性物质泄漏到反应堆厂房内；第四道屏障是反应堆安全壳，用预应力钢筋混凝土构筑而成，壁厚近100cm，内表面加有钢衬，抗御来自内部或外界的飞出物，防止放射性物质进入环境，所以核电站设置了四道屏障，即陶瓷芯块、燃料包壳、压力壳、安全壳。
17． 核裂变 循环流动 热量 发电
【详解】
核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。
18． 哈恩 费米
【详解】
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手发现，用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。
1942年意大利科学家费米领导了世界上第一座原子核反应堆的建设和试验工作。
19． 质子和中子 核裂 31%
【详解】
（1）原子核是由质子和中子组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生核裂变反应释出大量的核能。
（2）4.0×109kg煤完全燃烧时放出的热量是：
Q=mq=4.0×109kg×2.9×107J/kg=1.16×1017 J。
（3）据可得
（4）核电站每年发电量约1010kW h，即
W=1010×3.6×106 J=3.6×1016 J
火力发电站的效率
20．能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。
核能发电
优点：不消耗一次能源；
缺点：核泄漏会造成核辐射；
水力发电
优点：历史悠久，后期成本很低。无污染，水能可再生，水能蕴藏总量大。
缺点：固定资产投资大，对地理环境要求高，比如中国西南部水力资源极其丰富，但自然环境恶劣，建设困难，始终无法加以利用。
21．120
【详解】
由题意知，发电站一年发出的电能为
所以需要的质量为
22．115.38kg
【详解】
每年发电量为
每年要消耗铀为
23．(1)；(2)56次
【详解】
(1)设中子与碳核的质量分别为m和M，碰前中子速度为，碰后中子与碳核的速度分别为v和，碰撞前后动量，机械能均守恒
由得
因，所以
(2)经一次碰撞后中子的能量为
经2，3，…，n次碰撞后中子的能量依次为，，…，，即
故快中子需要与静止的碳原子碰撞56次，才能减速成为0.025eV的慢中子。
答案第1页，共2页