2016-2017学年高二物理沪科版选修3-5综合测评：第五章核能与社会（含解析）

章末综合测评(五)
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分.1～5是单选题；6～8是多选题，选对1个得3分，全选对得6分，错选或不选得0分．)
1．关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(
)
A.U→Th＋He是β衰变
B.N＋He→O＋H是β衰变
C.H＋H→He＋n是轻核聚变
D.Se→Kr＋2e是重核裂变
【解析】据核反应各类型特点可知：A、D项均为衰变，A中放出α粒子，A、D错误．B项为人工转变，B错误；C项为轻核聚变，C正确．
【答案】C
2．下列说法中正确的是(
)
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．放射性元素的半衰期不会随物理或化学条件的变化而变化
C．约里奥—居里夫人用α粒子轰击铝箔发现了中子
D．原子核所含核子单独存在时的总质量等于该原子核的质量
【解析】放射性元素的半衰期由元素的原子核决定，与化学、物理状态无关，故选项A错误，B正确；由物理学史可知中子是由查德威克发现的，选项C错误；核子结合成原子核放出核能，因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，选项D错误．
【答案】B
3．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9
MeV和H＋H→He＋X＋17.6
MeV，下列表述正确的有(
)
A．X是电子
B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都没有质量亏损
D．氘和氚的核反应是核聚变反应
【解析】根据质子数守恒和质量数守恒可知X是中子，A错误；Y的质子数为3，中子数为3，B错误；聚变放出能量，由质能方程可知一定有质量亏损，该反应为核聚变反应，C错误，D正确．【答案】D
4．热核反应是一种理想能源的原因是(
)
A．轻核聚变比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的速度容易控制
D．就每个核子平均释放的能量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量少
【解析】不能说轻核聚变比重核裂变时释放的能量多，但就每个核子平均释放的能量来说，聚变反应中平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能，综上所述，B正确，A、C、D错误．
【答案】B
5．下列核反应方程中，属于α衰变的是(
)
A.N＋He→O＋H
B.U→Th＋He
C.H＋H→He＋n
D.Th→Pa＋e
【解析】α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(He)的核反应，选项B正确．
【答案】B
6．质子数与中子数互换的核互为“镜像核”，例如He是H的“镜像核”，同样H也是He的“镜像核”，则下列说法正确的是(
)
A.N和O互为“镜像核”
B.N和C互为“镜像核”
C．β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子
D．核反应H＋H→He＋n的生成物中有α粒子，该反应是α衰变
【解析】根据“镜像核”的定义，N和C互为“镜像核”，选项B正确，A错误；β衰变的本质是一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子，选项C正确；核反应H＋H→He＋n的生成物中虽有α粒子，但该反应是聚变反应，选项D错误．
【答案】BC
7．下列说法中正确的是(
)
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
B．中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，所以重核裂变要放出能量
C．只要有核反应发生，就一定会释放出核能
D．轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数小于质子数
【解析】太阳的能量来自轻核聚变放出的能量，A正确．中等核的平均结合能比重核的平均结合能大，B正确．核反应是否释放能量取决于反应前后是否发生了质量亏损，C错误．随核子数增加，若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多，D错误．【答案】AB
8．关于原子核的结合能，下列说法正确的是(
)
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，核子的比结合能与核子数之积即为结合能，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项D错误．
【答案】ABC
二、非选择题(本题共5小题，共52分．按题目要求作答．)
9．(8分)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料.U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．
【解析】核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，即产生3个中子．临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积．
【答案】3大于
10．(9分)1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202
78Pt，制取过程如下：
(1)用质子轰击铍94Be产生快中子，核反应方程：______________________________________________________________；
(2)用快中子轰击汞204
80Hg，反应过程可能有两种：
①生成20
278Pt，放出氦原子核，核反应方程：
______________________________________________________________；
②生成202
78Pt，放出质子、中子，核反应方程：
________________________________________________________________
______________________________________________________________；
(3)生成的铂202
78Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞202
80Hg，核反应方程：__________________________________________________________，
_______________________________________________________________.
【答案】(1)94Be＋11H―→95B＋10n
(2)①204
80Hg＋10n―→202
78Pt＋32He
②204
80Hg＋10n―→202
78Pt＋211H＋10n
(3)
11．(9分)同位素原子在许多方面有着广泛的应用，1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是，拿走α放射源时，铝箔虽不再发射中子，但仍能继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期.
(1)写出α粒子轰击铝Al产生中子的核反应方程式；
(2)上述产生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式；
(3)简要说明放射性同位素的应用，并至少举出两个实际应用的例子．
【解析】(1)Al＋He→P＋n.
(2)P→Si＋e.
(3)利用射线辐射育种，作为示踪原子，检查管道等．
【答案】见解析
12．(12分)运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．
【解析】设衰变前原子核X的速度为v0，衰变后放出的α粒子的速度为v，由动量守恒有：
Mv0＝m2v
再由反应中能量守恒有
Mv＝m2v2－ΔE
由爱因斯坦质能方程有
ΔE＝Δmc2
而Δm＝M－(m1＋m2)
解之有
ΔE＝m2v2－Mv＝[M－(m1＋m2)]c2
＝(M－m1－m2)c2
Ekα＝m2v2＝＝c2.
【答案】(M－m1－m2)c2c2
13．(14分)足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn，它放射出一个α粒子后变为Po核．假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直，求：
(1)α粒子与Po核在匀强磁场中的径迹圆半径之比，画出它们在磁场中运动轨迹的示意图；
(2)α粒子与Po核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)
(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变轨迹示意图有何不同？
【解析】(1)氡核经α衰变的核反应方程为：Rn→Po＋He，衰变的极短过程系统动量守恒，设α粒子速度方向为正，则由动量守恒定律
0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPo
α粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力qvB＝，r＝∝，
故＝＝＝，示意图如图甲所示．
(2)它们在磁场中运动的周期T＝＝∝，它们的周期之比为＝·＝·＝，
即109Tα＝84TPo，这样α粒子转109圈，Po核转84圈，两者才相遇．所以，α粒子与Po核两次相遇的时间间隔Δt＝109Tα.
(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于β粒子带负电，反冲核带正电，它们两个衰变时运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且β粒子的轨迹半径大于新核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如乙所示．
【答案】(1)42∶1见解析(2)Δt＝109Tα
(3)见解析