第4章 核能 章节测试题 word版含解析

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2019鲁科版高中物理选修3-5第4章《核能》章节测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.太阳的能量来自于热核反应，其中一种核反应是四个质子聚变成一个α粒子，同时放出两个正电子和两个没有静止质量的中微子．已知α粒子的质量为mα，质子的质量为mp，电子的质量为me，c为光在真空中的传播速度，NA为阿伏加德罗常数．在这种核反应中1 000 g的氢核聚变所放出的能量为(　　)
A． 1 000(4mp＋mα＋2me)NAc2
B． 1 000(mα＋2me－4mp)NAc2
C． 250(4mp－mα－2me)NAc2
D． 250(mα＋2me－4mp)NAc2
2.中国承诺到2020年碳排放量下降40－45 %.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．U＋n→Xe＋Sr＋10n
B．H＋H→He＋n
C．N＋He→O＋H
D．U→Th＋He
3.下列说法中正确的是(　　)
A． 聚变反应的聚变物质必须大于临界体积才能进行
B． 黑体辐射的极大值随温度的升高向波长较短的方向移动
C． 中等核的平均结合能最小，因此这些核是最稳定的
D． 根据E＝mc2可知，物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系
4.下列说法正确的是(　　)
A． γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转
B． β射线比α射线更容易使气体电离
C． 太阳辐射的能量主要来源于重核裂变
D． 核反应堆产生的能量来自轻核聚变
5.北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术．如奥运会场馆周围的90%的路灯将采用太阳能光伏发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的核聚变反应产生的，其核反应方程是(　　)
A． 4H→He＋2e
B．N＋He→O＋H
C．U＋n→Sr＋Xe＋3n
D．U→Th＋He
6.在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　　)
A． 使用浓缩铀
B． 改变铀块的临界体积
C． 通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D． 利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
7.科学家通过对月壤样品进行实验分析，估计月壤中氦3的资源总量可达100万－500万吨，若能实现商业化运用，月壤中的氦3可供地球能源需求达数万年．利用氦3的核反应方程为：He＋H→He＋X.则下列说法中正确的是(　　)
A． 上式中X应为中子
B． 目前地球上的核电站正是利用氦3作为核燃料，因此迫切需要开发月壤中的氦3
C． 反应前He与H的质量之和等于反应后He与X的质量之和
D． 反应前He与H的质量之和大于反应后He与X的质量之和
8.分析以下反应方程，其中描述正确的是(　　)
A．Na→Mg＋e是原子核衰变方程
B．U＋n→Ba＋Kr＋3n是原子核人工转变方程
C．N＋He→O＋H是原子核聚变方程
D．H＋H→He＋n是原子核裂变方程
9.美国“乔治·华盛顿”号核航母驶离韩南部釜山港赴东部海域参加军演，标志此次代号为“不屈的意志”的美韩联合军演正式开始．在现代兵器体系中，潜艇和航母几乎算得上是一对天生的冤家对头，整个二战期间，潜艇共击沉航母17艘，占全部沉没航母数量的40.5 %.中国有亚洲最大的潜艇部队，拥有自行开发的宋级柴电动力潜艇和汉级核动力潜艇，核动力潜艇中核反应堆释放的核能被转化成动能和电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能.U＋n→Ba＋Kr＋aX该方程是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则(　　)
A． X为质子　a＝3
B． X为质子　a＝2
C． X为中子　a＝2
D． X为中子　a＝3
10.哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法正确的是(　　)
A． 这个实验的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋n
B． 这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C． 这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的质能方程求解来计算
D． 实验中产生γ射线，其穿透能力极强，比X射线还强很多倍
11.恒星向外辐射的能量来自于内部发生的各种热核反应．核反应方程为He＋He→Be＋γ.以下说法正确的是(　　)
A． 该核反应为裂变反应
B． 热核反应中有质量亏损，会放出巨大能量
C． 由于核反应中质量数守恒，所以质量也是守恒的
D． 任意原子核内的质子数和中子数总是相等的
12.据BBC报道，前英国政府辐射事务顾问巴斯比博士表示，日本核电站的问题极为严重，尤其令人担心的是福岛核电站三号反应堆．他称，该反应堆现在遇到了麻烦，因为它使用的是一种不同的燃料：它不是铀，而是一种铀钚混合燃料，而钚是极为危险的，因此一旦这种物质泄漏出来，将使海啸灾难雪上加霜．钚是世界上毒性第二大的物质(世界上毒性第一大的物质为钋)．一片药片大小的钚，足以毒死2亿人，5克的钚足以毒死所有人类．钚的毒性比砒霜大4.86亿倍，一旦泄露入太平洋，全人类都玩完！(239Pu半衰期24 390年)．关于钚的危害的认识，你认为错误的是(　　)
A． 钚具有很强的放射性
B． 钚是重金属进入人体会破坏细胞基因从而导致癌
C． 钚的半衰期比铀要长的多
D． 钚核的裂变反应能放出巨大的能量
13.据《中国科技报》报道，我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称为“人造太阳”)已经完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法错误的是(　　)
A． “人造太阳“的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n
B． “人造太阳”的核反应过程中一定发生质量亏损，该过程释放的核能可以用ΔE＝Δmc2来计算
C． “人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋n
D． “人造太阳“的核反应必须在极高温度下，使参与核反应的原子核间的距离接近到10－15米的范围以内才能够发生
14.下列说法中正确的是(　　)
A． α射线与γ射线都是电磁波
B． β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C． 用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期
D． 原子核经过衰变生成新核，新核的质量一定等于原核的质量，不可能出现质量亏损
15.下列说法正确的是(　　)
A． 发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调
B． α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C． 核反应H＋H→He＋n属于α衰变
D． 比结合能越大，说明原子越不稳定
16.下列对核力的认识正确的是(　　)
A． 任何物体之间均存在核力
B． 核力广泛存在于自然界中的核子之间
C． 核力只存在于质子之间
D． 核力只发生在相距1.5×10－15m内的核子之间，大于0.8×10－15m为吸引力，而小于0.8×10－15m为斥力
17.放射性物质碘131的衰变方程为I→Xe＋Y，若I的质量为m1，Xe 的质量为m2，Y粒子的质量为m3.真空中的光速为c，则下列说法中正确的是(　　)
A． Y粒子具有很强的电离本领
B． Y粒子具有很强的穿透本领
C． 核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c2
D． 核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c
18.北京奥组委接受专家建议，为成功举办一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术，太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是(　　)
A．H＋H→He＋n
B．N＋He→O＋H
C．U＋n→Xe＋Sr＋10n
D．→Th＋He
19.根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是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
20.首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是Li＋H→KHe，已知mLi＝7.016 0 u，mH＝1.007 8 u，mHe＝4.002 6 u，则该核反应方程中的K值和质量亏损分别是(　　)
A． 1和4.021 2 u
B． 1和2.005 6 u
C． 2和0.018 6 u
D． 2和1.997 0 u
第II卷

二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.在核反应堆中，常用减速剂使快中子减速．假设减速剂的原子核质量是中子的k倍，中子与原子核的每次碰撞都可看成是弹性正碰．设每次碰撞前原子核可认为是静止的，求N次碰撞后中子速率与原速率之比．
22.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)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u,1 u相当于931.5 MeV的能量)
23.已知氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量MH＝1.008 15 u，试判断：N＋He→O＋H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？
24.静止的镭226(Ra)发生α衰变，生成氡222(Rn)，如果衰变中放出的能量都转化为α粒子和氡核的动能．
(1)写出衰变方程；
(2)求α粒子与氡核的动能之比；
(3)若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的方向垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比．




答案解析
1.【答案】C
【解析】4个氢核聚变的质量亏损Δm＝4mp－mα－2me，核聚变释放的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c2,1 kg氢核的个数为n＝NA＝1 000NA,1 kg氢核聚变成α粒子所放出能量E＝ΔE＝ΔE＝250(4mp－mα－2me)NAc2.
2.【答案】A
【解析】目前核电站采用的是用中子轰击铀核，发生裂变反应获取能量，A正确．
3.【答案】B
【解析】发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故A错误；随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；中等核的平均结合能最大，因此这些核是最稳定的，故C错误；爱因斯坦的质能方程E＝mc2，不是质量和能量可以相互转化，二者概念根本不同，不能简单地认为物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系，故D错误．
4.【答案】A
【解析】γ射线是不带电的电磁波，在电场和磁场中都不会偏转，故选项A正确；因为α射线比β射线的电离能力强，所以选项B错误；太阳辐射的能量来源是轻核聚变，核反应中进行的是核裂变反应，故选项C、D错误．
5.【答案】A
【解析】太阳内部发生的是核聚变反应，由轻核结合成中等质量的核，B为原子核的人工转变，C为裂变，D为衰变，故A正确．
6.【答案】C
【解析】在核反应中，使用的浓缩铀达到临界条件时才能发生链式反应，在反应中石墨作为“慢化剂”使快中子减速为慢中子，使铀核能进一步反应，故它们都不是用来控制核反应速度的方法，A、B、D错；调节中子数目是控制反应速度的方法，镉棒具有很强的吸收中子的能力，故C对．
7.【答案】D
【解析】根据反应前后质量数、电荷数守恒知，X的质量数为1，电荷数为1，因此X应为质子，故A错误；目前地球上的核电站是裂变反应，利用铀235作为核燃料，故B错误；由于反应中释放了能量，根据爱因斯坦质能方程可知，反应中存在质量亏损，因此反应前He与H的质量之和大于反应后He与X的质量之和，故C错误，D正确．
8.【答案】A
【解析】核反应Na→Mg＋e的过程中有电子产生，是原子核β衰变方程，故A正确；重核裂变是粒子轰击原子核，产生中等核，所以U＋n→Ba＋Kr＋3n是重核的裂变，故B错误；N＋He→O＋H有α粒子参与，是人工核反应，故C错误；轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，H＋H→He＋n是原子核聚变方程，故D错误．
9.【答案】D
【解析】由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a＝3，D正确．
10.【答案】D
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知：U＋n→Ba＋Kr＋3n，A错误；裂变反应过程中有质量亏损，所以反应后粒子质量之和小于反应前粒子质量之和，B错误；该反应的能量用爱因斯坦质能方程求解，C正确；γ射线，其穿透能力极强，比X射线强很多，D正确．
11.【答案】B
【解析】该反应中，是质量数较小的原子核发生反应生成质量数较大的原子核的过程，所以是核聚变反应，故A错误；热核反应中有质量亏损，会放出巨大能量．故B正确，C错误；根据原子核结构的特点可知，并不是任意原子核内的质子数和中子数总是相等的．故D错误．
12.【答案】D
【解析】由题意描述可知，钚有很强的放射性，射线对环境会造成污染危害，故A正确；钚进入人体会导致基因突变，使正常组织发生癌变，故B正确；钚半衰期比铀要长，因此其危害性大，故C正确；钚核的裂变反应能放出巨大的能量，可以为人类服务，这不能算是其危害性，故D错误．
13.【答案】A
【解析】人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，A错误；核聚变过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可求出核反应释放的能量，B正确；人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，故C正确；聚变反应必须使参与核反应的原子核间的距离接近到10－15米的范围以内才能够发生，故D正确；本题选错误的，故选A.
14.【答案】C
【解析】α射线是氦原子的原子核，并非电磁波，故A错误；β射线即电子是由核内的中子变为质子时放出电子产生的，而非核外电子电离后形成的电子流，故B错误；半衰期只与元素本身有关，与所处的物理、化学状态以及周围环境、温度等无关，故C正确；在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故D错误．
15.【答案】B
【解析】发射无线电波时需要对电磁波进行调制，而解调是接收电磁波的过程，故A错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，故B正确；核反应H＋H→He＋n属于轻核的聚变，故C错误；比结合能越大，说明原子核越稳定，比结合能越小，说明原子越不稳定，故D错误．
16.【答案】D
【解析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．
17.【答案】C
【解析】根据核电荷数守恒可知，Y的核电荷数为51－54＝－3，质量数为 131－131＝0，则Y是e，即为β粒子，而α射线具有很强的电离本领，γ射线具有很强的穿透本领，故A、B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1－m2－m3，根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2，故C正确，D错误．
18.【答案】A
【解析】太阳内部核聚变是氢原子核的聚变，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应．C项中为重核裂变，D项中为α衰变，均不属聚变反应．故B、C、D不正确．
19.【答案】B
【解析】由核反应方程式2H＋2n→He，该反应释放能量，所以 (2mp＋2mn)＞mα，故B正确．
20.【答案】C
【解析】根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得：7＋1＝K×4,3＋1＝K×2，可得K＝2.反应前的总质量：m前＝mLi＋mH＝7.016 0 u＋1.007 8 u＝8.023 8 u，反应后的总质量：m后＝2mHe＝2×4.002 6 u＝8.005 2 u，反应前后质量亏损为：Δm＝m前－m后＝8.023 8 u－8.005 2 u＝0.018 6 u.
21.【答案】()N
【解析】设中子和作减速剂的物质的原子核A的质量分别为mn和mA，碰撞前中子速度为v0，碰撞后中子和原子核A的速度分别为vn1和vA1，碰撞前后的总动量和总能量守恒，有
mnv0＝mnvn1＋mAv①
mnv＝mnv＋mAv②
mA＝kmn③
由①②③式得，经1次碰撞后中子速率与原速率之比为：
＝④
经N次碰撞后，中子速率与原速率之比为()N.
22.【答案】(1)4H→He＋2e　(2)24.78 MeV　(3)4.22×109kg
【解析】(1)由题意可得核反应方程应为4H→He＋2e.
(2)反应前的质量m1＝4mH＝4×1.007 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＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得太阳每秒减少的质量
Δm＝＝kg≈4.22×109kg.
23.【答案】吸收能量1.2　MeV
【解析】反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40 u，反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69 u．可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量．吸收的能量ΔE＝(18.012 69－18.001 140)×931.5 MeV＝1.2 MeV.
24.【答案】(1)Ra→Rn＋He　(2)　
(3) 43∶1
【解析】(1)衰变方程为：Ra→Rn＋He(2)衰变时动量守恒：mαvα－mRnvRn＝0，得：＝，因为：Ek＝mv2,所以：＝＝(3)它们在匀强磁场中的运动方向与磁场方向垂直，所以轨道半径R＝，但衰变时射出的α粒子与反冲核(Rn)都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆，如图所示轨道半径和粒子电量成反比：

＝＝