2015-2016学年鲁科版物理选修3-5第4章《核能》章末检测（解析版）

鲁科版物理选修3-5第4章《核能》章末检测
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)
1．现已建成的核电站的能量来自于(　　)
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素衰变放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
答案　C
解析　核电站是利用铀235裂变释放出核能来发电的，选项C正确．
2．“两弹一星”长了中国人的志气，助了中国人的威风．下列核反应方程中，属于研究两弹的基本核反应方程的是(　　)
A.N＋He→O＋H
B.U＋n→Sr＋Xe＋10n
C.U→Th＋He
D.H＋H→He＋n
答案　BD
解析　“两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，B选项正确．氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确．
3．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和 ( http: / / www.21cnjy.com )质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是(　　)
A．mα＝(2mp＋2mn) B．mα<(2mp＋2mn)
C．mα>(2mp＋2mn) D．以上关系式都不正确
答案　B
解析　核子结合成原子核时要放出能量，即有质量亏损，由核反应方程2H＋2n→He知，选B.
4．铁核的平均结合能比铀核的平均结合能大，下列关于它们的说法正确的是(　　)
A．铁核的结合能大于铀核的结合能
B．铁核比铀核稳定
C．铀核发生核变化变成铁核要放出能量
D．铀核发生核变化变成铁核质量要亏损
答案　BCD
解析　铁核的平均结合能大，则它稳定些，铀核平均结合能小，变成铁核会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确．
5．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净 ( http: / / www.21cnjy.com )能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为
6H―→kHe＋dH＋2n＋43.15 MeV.
由守恒条件可知(　　)
A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2
C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3
答案　B
解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得
12＝4k＋d＋2①
6＝2k＋d②
解①②式得k＝2，d＝2.
6．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核， ( http: / / www.21cnjy.com )同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程是H＋n―→H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2
D．γ光子的波长 λ＝
答案　B
解析　根据核反应过程质量数 ( http: / / www.21cnjy.com )守恒和电荷数守恒可知，得到的氘核为H，故A错误；聚变反应过程中辐射一个γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量为E＝Δmc2＝(m2＋m1－m3)c2，故C错误；由c＝λν及E＝hν得λ＝，故D错误．
7．太阳内部持续不断地发生着4个质子( ( http: / / www.21cnjy.com )H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H―→He＋2X，这个核反应释放出大量核能，已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是(　　)
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子( 0－1e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
答案　D
解析　由质量数守恒和电荷数守恒知： ( http: / / www.21cnjy.com )X为　0＋1e，A、B均错；该反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，C错；ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，D对．
8．下列关于爱因斯坦质能方程的说法中正确的是(　　)
A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能
B．E＝mc2是物体各种形式能的总和
C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出
D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走
答案　BD
解析　由爱因斯坦质能方程E＝mc2 ( http: / / www.21cnjy.com )表明物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，选项A错误，B正确；ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，亏损Δm的质量将产生ΔE＝Δmc2的能量，选项C错误，D正确．
9．如图1所示，“中国月球着陆探测器”在中国 ( http: / / www.21cnjy.com )航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于He，下列说法正确的是(　　)
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
A.He的原子核内有三个中子两个质子
B.He的原子核内有一个中子两个质子
C.He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D.He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
答案　BC
解析　He是氦元素的一种 ( http: / / www.21cnjy.com )同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．
10．下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是(　　)
A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C．据图2可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
D．据图2可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
答案　ABC
解析　卢瑟福根据α粒子散 ( http: / / www.21cnjy.com )射实验的结果提出了原子的核式结构模型，则选项A对；放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，而γ射线不带电，它在磁场中不会偏转，则选项B对；由题图可知，A为重核，B、C为中等质量的核，重核裂变为中等质量的核将向外释放出能量，则选项C对；而D、E为轻核，轻核聚变成较大质量的原子核时要向外释放巨大的能量，则选项D错．综上所述，选项A、B、C正确．
二、填空题(本题共1小题，共10分)
11．(10分)现有三个核反应：
A.Na―→Mg＋e
B.U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C.H＋H―→He＋n
则________是β衰变，________是裂变，________是聚变．
答案　A　B　C
解析　原子核的变化通常包括衰变、人工转 ( http: / / www.21cnjy.com )变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应A；原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应B；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应C.
三、计算题(本题共3小题，共40分)
12．(10分)已知氘核的质量mD＝3 ( http: / / www.21cnjy.com ).344 6×10－27 kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子质量mn＝1.674 9×10－27 kg.求入射光子的频率．
答案　3.94×1020 Hz
解析　氘核分为质子和中子，增加的质量为
Δm＝mp＋mn－mD
＝(1.672 6＋1.674 9－3.344 6)×10－27 kg
＝0.002 9×10－27 kg.
吸收的入射光子的能量为
E＝Δmc2＝0.002 9×10－27×(3×108)2 J＝2.61×10－13 J.
由公式E＝hν知，入射光子的频率为
ν＝＝ Hz ≈3.94×1020 Hz.
13．(15分)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程．
(2)这个核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
(mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
答案　(1)4H―→He＋2e　(2)24.78 MeV
(3)4.2×109 kg
解析　(1)核反应方程应为4H―→He＋2e.
(2)反应前的质量m1＝4mp＝4 ( http: / / www.21cnjy.com )×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u.
由质能方程得，释放能量ΔE＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量
Δm＝＝ kg≈4.2×109 kg.
14．(15分)两个氘核聚变产生一个中子 ( http: / / www.21cnjy.com )和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013 6 u，氦核质量mHe＝3.015 0 u，中子质量mn＝1.008 7 u.
(1)计算释放出的核能；
(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0 ( http: / / www.21cnjy.com )＝0.35 MeV，它们正碰发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？
答案　(1)3.26 MeV
(2)0.99 MeV　2.97 MeV
解析　(1)核反应方程为：H＋H―→n＋He.
该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.003 5 u.
由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5 MeV≈0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV.
(2)由动量守恒有0＝mHevHe＋mnvn①
由能量守恒有：mHev＋mnv＝ΔE＋2Ek0②
由①②式代入数据可得EkHe＝0.99 MeV，
Ekn＝2.97 MeV.