2019-2020学年粤教版选修3-5 4.6核能的利用 达标作业（解析版)

4.6核能的利用
达标作业（解析版)
1．快中子增殖反应堆是当前核裂变第二代核电的主要堆型，反应中主要以在天然铀中占99.3%的铀238作为主要裂变燃料。反应中，裂变产生的快中子，一部分被铀238吸收，铀238吸收中子后变成铀239，铀239是不稳定的，经过两次β衰变，变成钚239，则下列说法正确的是( )
A．铀238比钚239少1个质子
B．铀238比钚239多两个中子
C．精确地讲，一个铀239核的质量比一个钚239核的质量小
D．精确地讲，一个铀239核的质量比一个钚239核与两个β粒子的质量和大
2．热核反应方程：21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV，其中X表示某种粒子，则下列表述正确的(　　)
A．X是电子 B．该反应需要吸收17.6 MeV的能量才能发生
C．平均每个核子能释放的能量大于3.84 MeV D．(m21H＋m31H)＞(m42He＋mX)
3．关于核反应方程，下列说法正确的是
A．该反应过程，电荷数守恒，质量数不守恒
B．该反应为原子核的α衰变
C．该反应过程要吸收能量
D．该反应过程中有γ射线放出
4．钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu ，下列有关说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有141个中子。
B．80个Pu经过24100年后一定还剩余40个。
C．衰变发出的放射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力。
D．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量增加。
5．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系是(　　)
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
6．如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是（ ）
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
7．下列说法中不正确的是(?? )
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不会发生改变
B．从n=4能级跃迁到n=3能级,氢原子的能量减小,电子的动能减小
C．衰变为,经过3次α衰变,2次β衰变
D．在某些恒星内,3个α粒子结合成一个,原子的质量是12.0000u, 原子的质量是4.0026u,己知1u=931.5 MeV/c2,则此核反应中释放的核能约为1.16×10-12J
8．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是( )
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
9．关于近代物理，下列说法正确的是（ ）
A．射线是高速运动的氦原子
B．核子结合成原子核时会出现质量亏损，亏损的质量转化为释放的能量
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
10．下列说法正确的是（ ）
A．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
B．铀核裂变的一种核反应方程
C．设质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是
D．原子在a、b两个能量级的能量分别为、，且，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的波长（其中c为真空中的光速，h为普朗克常量）
11．用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核（），产生锂核（）和粒子．已知中子质量，硼核质量，锂核质量，粒子质量．
（1）写出该反应的核反应方程．
（2）求出该反应放出的能量．
（3）若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能，则锂核和粒子的动能各是多少？（相当于）
12．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量，中子质量，氚核质量。（表示原子质量单位，相当于）
（1）写出核聚变方程；
（2）在聚变过程中释放出的核能为多少？（结果保留三位有效数字）
13．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为：νe＋→＋,已知核的质量为36.95658u，核的质量为36.95691u，的质量为0.00055u，质量u对应的能量为931.5MeV.上述反应的电子中微子的最小能量是_________________Mev
14．氢原子的能级公式为En=-（n=1，2，3…），式中E0为已知量．氢原子吸收光子从基态跃迁到第二激发态，氢原子吸收光子的能量为_____，增加的质量为_____（光速用c表示）．
参考答案
1．D
【解析】铀239是不稳定的，经过两次β衰变，变成钚239，质量数不变，电荷数多2，即质子数多2，可知中子数少2，则铀238比钚239少2个质子，多1个中子，由于衰变过程中释放能量，根据质能关系可知，一个铀239核的质量比一个钚239核与两个β粒子的质量和大，故ABC错误，D正确。故选D。
2．D
【解析】A、根据电荷数守恒、质量数守恒知x的电荷数为0，质量数为1，为中子，故A错误；
B、该反应为聚变反应，要释放出能量，故B错误；
C、核子数为质量数之和是5，所以平均每个核子能释放能量，故C错误；
D、核反应前后有能量释放，根据质能方程知有质量亏损，故D正确；
故选D。
3．D
【解析】A项：该反应过程，电荷数守恒，质量数守恒，故A错误；
B项：该反应放出一个电子，所以为衰变，故B错误；
C、D项：衰变要放出能出能量，并且以γ射线即光子的形式放出，故C错误，D正确。
点晴：书写衰变方程一定注意电荷数守恒，质是数守恒，但是质量不守恒。
4．C
【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒得，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为235-92=143，A错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，B错误；衰变发出的放射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力，不带电，C正确；在衰变的过程中，释放大量能量，有质量亏损，总质量减小，D错误．
5．B
【解析】反应之前的质量为：m1+m3，反应后的质量为：m2，因此质量亏损为：△m=m1+m3-m2，因此需要验证的关系式为：△E＝(m1+m3?m2)c2，故B正确，ACD错误。
6．B
【解析】
铀235容易吸收慢中子后发生裂变反应，故A错误；快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故B正确；控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故CD错误。所以B正确，ACD错误。
7．B
【解析】光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A正确；从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的动能变大，选项B错误；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：4m=234-222=12，所以m=3；经过了n次β衰变，有：2m-n=90-86=4，所以n=2．故C正确；
D选项中该核反应的质量亏损△m=4.0026×3-12.0000=0.0078u，则释放的核能△E=△mc2=0.0078×931.5MeV=7.266MeV=1.16×10-12 J．故D正确，此题选项错误的选项，故选B.
8．B
【解析】A、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,根据光电效应方程,最大初动能与入射光的频率有关,与光强度无关，故A错误；
B、根据爱因斯坦质能方程知质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量，故B正确；
C、半衰期具有统计规律,对大量原子核适用，故C错误；
D、放射性元素的半衰期与元素本身有关，与温度或压强无关，故D错误；
故选B
点睛：光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,与入射光的强度无关;轻核聚变有质量亏损,根据质能方程有能量释放;半衰期具有统计规律,半数发生衰变是针对大量的原子核;
9．D
【解析】α射线是高速运动的氦原子核，选项A错误；核子结合成原子核时会出现质量亏损，释放的能量与亏损的质量相对应，选项B错误；从金属表面逸出的光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大，并非正比关系，选项C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，选项D正确；故选D.
10．D
【解析】A、动能相等的质子和电子，因质子质量比电子质量大得多，依据动能，则质子和电子动量不相等，再根据德布罗意波长公式，可知一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长不相等。故A错误。B、铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程，故B错误。C、根据爱因斯坦质能方程可知，设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2．故C错误。D、原子在a、b两个能量级的能量为Ea、Eb，且Ea＞Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的能量为：，所以光子的波长．故D正确。故选D。
【点睛】本题考查了核反应方程、爱因斯坦质能方程、能级跃迁等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，知道各能级间能级差的关系，以及知道波长和频率的大小关系．
11．（1）（2）4.30MeV（3）1.56MeV 2.74MeV
【解析】
【详解】
根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．
（1）核反应方程为
．
（2）核反应过程中的质量亏损为
，
释放出的能量为
（3）根据动量守恒定律有
mLivLi=mava，
由动能定义式有
，
联立有
，
根据能量守恒有
，
解得锂核和α粒子的动能分别为
，．
12．（1）（2）6.24MeV
【解析】
【详解】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒可知，
核反应方程式为：；
（2）该核反应中质量亏损：，
则释放的核能：。
13．0.82MeV
【解析】
【详解】
E＝(mAr＋me－mCl)c2＝(36.95691＋0.00055－36.95658)×931.5MeV＝0.82MeV
14．
【解析】
【详解】
氢原子吸收光子从基态（n=1）跃迁到第二激发态（n=3），氢原子吸收光子的能量为；根据可知增加的质量为．