2019-2020学年高二物理鲁科版选修3-5单元测试卷：第4章核能

核能
(时间：60分钟，满分：100分)
一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在．中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子＋H―→n＋e，可以判定，中微子的质量数和核电荷数分别是(　　)
A．0和0 B．0和1
C．1和0 D．1和1
2.质子和中子的质量分别为m1和m2，当这两种核子结合成氘核时，两个核子结合前的总动能为Ek1，结合成的氘核的动能为Ek2，产生的γ射线的能量为E.已知真空中的光速为c，则产生的氘核质量表达式为(　　)
A.－(m1＋m2)
B．m1＋m2－
C．m1＋m2＋
D．m1＋m2－
3.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：
H＋C―→N＋Q1，H＋N―→C＋X＋Q2
方程中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核 H He He C N N
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
以下推断正确的是(　　)
A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2>Q1 D．X是He，Q24.原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知(　　)
A．A＝2，Z＝1　　　　　 B．A＝2，Z＝2
C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2
5.下面关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
6.关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是(　　)
A．核反应堆发生的是轻核聚变反应
B．核反应堆发生的是重核裂变反应
C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，还受元素化学状态的影响
D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
7．有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　　)
A.P与X互为同位素
B.P与其同位素有相同的化学性质
C．用P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
8．关于原子核的有关知识，下列说法正确的是(　　)
A．天然放射性射线中的β射线实际就是电子流，它来自原子的核内
B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线
C．氡222经过衰变为钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218
D．比结合能越大，原子越容易发生衰变
9．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是β衰变
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变
10．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是中子
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
三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
(12分)用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．
(1)写出核反应方程；
(2)求出质量亏损；
(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
12．(12分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n.
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
13．(16分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，即Li＋n―→H＋He，若已知He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：

(1)H的速度大小和方向．
(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比．
(3)当He旋转三周时，粒子H旋转几周？




答案
一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在．中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子＋H―→n＋e，可以判定，中微子的质量数和核电荷数分别是(　　)
A．0和0 B．0和1
C．1和0 D．1和1
解析：选A.由质量数和核电荷数守恒可知，中微子的质量数与核电荷数都是0，A正确．
2.质子和中子的质量分别为m1和m2，当这两种核子结合成氘核时，两个核子结合前的总动能为Ek1，结合成的氘核的动能为Ek2，产生的γ射线的能量为E.已知真空中的光速为c，则产生的氘核质量表达式为(　　)
A.－(m1＋m2)
B．m1＋m2－
C．m1＋m2＋
D．m1＋m2－
解析：选C.质子和中子结合成氘核时，根据能量守恒，结合质能方程有：Ek1＋(m1＋m2)c2＝Ek2＋E＋mc2，解得：m＝m1＋m2＋，选项C正确．
3.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：
H＋C―→N＋Q1，H＋N―→C＋X＋Q2
方程中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核 H He He C N N
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
以下推断正确的是(　　)
A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2>Q1 D．X是He，Q2解析：选B.本题考查核反应方程的书写和计算核反应能量，意在考查推理判断和运算能力．由核反应过程必须遵循的质量数守恒和核电荷数守恒知X是He.放出热量分别为Q1和Q2的两个核反应中质量亏损分别为0.002 1 u和0.005 3 u，故Q2>Q1.故正确答案为B.
4.原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知(　　)
A．A＝2，Z＝1　　　　　 B．A＝2，Z＝2
C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2
解析：选D.X＋H→He＋H应用质量数与电荷数的守恒A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得A＝3，Z＝2.故正确答案为D.
5.下面关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
解析：选D.核子结合成原子核放出能量，原子核拆解成核子吸收能量，A选项错；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．
6.关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是(　　)
A．核反应堆发生的是轻核聚变反应
B．核反应堆发生的是重核裂变反应
C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，还受元素化学状态的影响
D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
解析：选B.核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A错误、B正确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件及化学状态无关，选项C、D错误．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
7．有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　　)
A.P与X互为同位素
B.P与其同位素有相同的化学性质
C．用P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
解析：选BD.同位素应具有相同的质子数，故A错；同位素具有相同的化学性质与半衰期，B对、C错；放射性同位素可作为示踪原子，故D对．
8．关于原子核的有关知识，下列说法正确的是(　　)
A．天然放射性射线中的β射线实际就是电子流，它来自原子的核内
B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线
C．氡222经过衰变为钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218
D．比结合能越大，原子越容易发生衰变
解析：选AB.因为半衰期是统计规律，对单个核子没有意义，所以C项错；比结合能描述原子核的稳定性，比结合能越大，原子越稳定，越不易发生衰变，所以D项错．
9．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是β衰变
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变
解析：选AC.A、B所列反应是核聚变，不是β衰变，β衰变要放出电子，故A对、B错；C、D两种反应都是核裂变，故C对、D错．
10．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是中子
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：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知 X为n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y为Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误；X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工转变，H＋H→He＋n＋17.6 MeV为轻核聚变，选项D正确．
三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
(12分)用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．
(1)写出核反应方程；
(2)求出质量亏损；
(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
解析：(1)核反应方程为Li＋n→H＋He＋4.8 MeV.
(2)依据ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5 MeV得
Δm＝ u≈0.005 2 u.
(3)根据题意有0＝m1v1＋m2v2.
式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3.
(4)α粒子的动能Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV.
答案：(1)Li＋n―→H＋He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV
12．(12分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n.
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知n前的系数为3.
(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2.
(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，
同时E＝NAΔE，
解得m＝≈22 kg.
答案：(1)3　(2)(m1－m2－m3－2m)c2　(3)22 kg
13．(16分)如图甲所示，静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，即Li＋n―→H＋He，若已知He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：

(1)H的速度大小和方向．
(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比．
(3)当He旋转三周时，粒子H旋转几周？
解析：(1)反应前后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)
代入数值可解得：
v1＝－1.0×103 m/s，
方向与v0相反．
(2)H和He在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比
r1∶r2＝∶＝3∶40.
(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比
T1∶T2＝∶＝3∶2
所以它们的旋转周数之比：
n1∶n2＝T2∶T1＝2∶3，
即He旋转三周，H旋转2周．
答案：(1)大小为1.0×103 m/s，方向与v0相反
(2)3∶40　(3)2周