第5章核能与社会章末检测试卷沪科版选修3_5

第5章 核能与社会
章末检测试卷(五)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分；其中1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题)
1．现有三个核反应：
①Na→Mg＋e
②U＋n→Ba＋Kr＋3n
③H＋H→He＋n
下列说法正确的是(　　)
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
答案　C
解析　原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；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②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应③.综上所述，C项正确．
2．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，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(　　)
①N＋He→O＋H　②U＋n→Sr＋Xe＋10n　③U→Th＋He　④H＋H→
He＋n
A．①②B．②③C．②④D．③④
答案　C
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，②正确；氢弹的核反应方程是轻核聚变，④正确，所以选项C正确．
3．铀裂变的产物之一氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是(　　)
A．1次α衰变，6次β衰变
B．4次β衰变
C．2次α衰变
D．2次α衰变，2次β衰变
答案　B
解析　原子核每经过一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．α衰变的次数为n＝＝0(次)，β衰变的次数为m＝40－36＝4(次)．
4．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子；U＋n―→Ba＋Kr＋xn，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89质量为m4，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应类型属于人工转变
B．该反应放出能量(m1－xm2－m3－m4)c2
C．x的值为3
D．该核反应比聚变反应对环境的污染较少
答案　C
解析　该核反应是核裂变，不是人工转变，故A错误；核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋xn中根据质量数守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根据爱因斯坦质能方程，该方程放出的能量为：ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B错误，C正确；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故D错误．
5．原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源．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＋43.15MeV
由平衡条件可知(　　)
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＋2,6＝2k＋d
解得k＝2，d＝2.
6．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(Po)．若该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为Po→X＋He＋γ，则下列说法中错误的是(　　)
A．X原子核含有124个中子
B．X原子核含有206个核子
C．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
D．100g的Po经276天，已衰变的质量为75g
答案　C
解析　X原子核中的核子数为210－4＝206个，B项正确．中子数为206－(84－2)＝124个，A项正确．γ射线是核反应前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出产生的，C项错误．经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D项正确．
7．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，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)c
D．γ光子的波长λ＝
答案　B
解析　根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：H＋n→H＋γ，故选项A错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故选项B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故选项C错误；由E＝知，γ光子的波长λ＝，故选项D错误．
8．已知氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)
A．释放出4.9MeV的能量
B．释放出6.0MeV的能量
C．释放出24.0MeV的能量
D．吸收4.9MeV的能量
答案　C
解析　依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，因氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，故释放的核能为ΔE＝4×7.1MeV－2×2×1.1MeV＝24.0MeV，故选C.
9．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　　)
A．反应堆中核反应速度通常是采用调节U的体积来控制的
B.U的一种可能的裂变是U＋n―→Xe＋Sr＋2n
C.U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短
D．一个U裂变能放出200MeV的能量，即3.2×10－11J
答案　BD
解析　反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；U裂变有多种可能性，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；通过计算知，D正确．
10．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是(　　)
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C．一个中子和一质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
答案　ABC
解析　爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2告诉我们，物体的质量与它的能量成正比．核反应中若质量亏损，就要释放能量，可用ΔE＝Δmc2计算核反应中释放的核能．故上述选项只有D不正确．
11．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看做是4个氢核(H)结合成1个氦核(He)．下表中列出了部分粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量)，以下说法中正确的是(　　)
粒子名称
质子p
α粒子
电子e
中子n
质量/u
1.0073
4.0015
0.00055
1.0087
A.核反应方程式为4H―→He＋2e
B．核反应方程式为4H―→He＋2e
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.0266u
D．聚变反应过程中释放的能量约为24.8MeV
答案　ACD
解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A正确，B错误；质量亏损为Δm＝(4×1.0073－4.0015－2×0.00055) u＝0.0266u，根据质能方程可知ΔE＝Δmc2≈24.8MeV，C、D正确．
12．原子核的比结合能曲线如图1所示．根据该曲线，下列判断正确的有(　　)
图1
A.He核的结合能约为14MeV
B.He核比Li核更稳定
C．两个H核结合成He核时释放能量
D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
答案　BC
解析　由题图图像可知He核的结合能约为28MeV，A项错误；He核比Li核的比结合能大，故He核比Li核稳定，B项正确；两个H核结合成He核时比结合能增大，释放能量，C项正确；U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，D项错误．
二、填空题(本题共2小题，共8分)
13．(4分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子H轰击静止的X，生成两个动能均为8.9MeV的He.(1MeV＝1.6×10－13J)
(1)上述核反应方程为___________________________________________________________；
(2)质量亏损为________kg.
答案　(1)H＋Li→2He　(2)3.1×10－29
解析　(1)H＋Li→2He
(2)Δmc2＝E末－E初
Δm＝＝kg
≈3.1×10－29kg
14．(4分)氘核和氚核聚变时的核反应方程为：
H＋H→He＋n.
已知H的平均结合能是2.78MeV，H的平均结合能是1.09MeV，He的平均结合能是7.03MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.
答案　17.6
解析　聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52MeV
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.
由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6MeV.
三、计算题(本题共3小题，共32分)
15．(10分)在氢弹爆炸中发生的核聚变方程为H＋H→He＋n，已知H的质量为2.0136u，H的质量为3.0166u，He的质量为4.0026u，n的质量为1.0087u，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1，求此氢弹爆炸中当合成1kg的氦时所释放的能量．
答案　2.65×1027MeV
解析　由题意可知，当一个H核与一个H核发生反应合成一个He核时放出的能量为
ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087) u＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV
而1kg氦中含有的原子数目为N＝×6.02×1023个＝1.505×1026(个)
所以合成1kg氦核时所放出的总能量为E＝NΔE＝2.65×1027MeV
16．(10分)如果把O分成8个质子和8个中子，要给它提供多少能量？把它分成4个He，要给它提供多少能量？(已知O核子的平均结合能是7.98MeV，He核子的平均结合能是7.07MeV)
答案　127.68MeV　14.56MeV
解析　把O分成质子和中子需提供的能量
ΔE1＝16×7.98MeV＝127.68MeV.
把质子和中子结合成一个He所放出的能量
ΔE2＝4×7.07MeV＝28.28MeV.
则把O分成4个He需提供的能量
ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68MeV－4×28.28MeV
＝14.56MeV.
17．(12分)一个静止的铀核U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.0287u)．已知1u相当于931.5MeV的能量．
(1)写出铀核的衰变反应方程；
(2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
答案　(1)U―→Th＋He　(2)5.5MeV
(3)5.41MeV
解析　(1)衰变反应方程为U―→Th＋He
(2)质量亏损
Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059u
ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.5MeV
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即
pTh＋(－pα)＝0
pTh＝pα，EkTh＝
Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，
所以α粒子获得的动能
Ekα＝·ΔE≈5.41MeV.