山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.4核能的利用与环境保护 学业测评（含解析）

4.4核能的利用与环境保护
1．下列说法正确的是
A．汤姆孙通过α粒子散射实验发现了原子的核式结构
B．放射性元素衰变的快慢由核内部自身的因素决定
C．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征
D．核反应堆中，镉棒能加快链式反应的速度，而重水等慢化剂能减缓链式反应的速度
2．关于核电站，下列说法不正确的是( )．
A．核反应堆能直接将核能转化为电能
B．核电站与火力发电站的发电机原理是一样的
C．核电站里要利用汽轮机来转化能量
D．核电站的废料有放射性
3．下列不属于反应堆的用途的是( )．
A．发电 B．火箭、潜艇、航空母舰的动力装置
C．产生放射性同位素 D．生产核武器
4．核电最大的优点是( )．
A．产量大 B．可控制
C．可重复利用 D．安全、干净的能源
5．核电站的建设可以缓解地球上的化石能源的消耗，现今核电站所产生的能量主要来自核燃料内部的( )．
A．化学反应 B．放射性衰变
C．裂变反应 D．聚变反应
6．在反应堆中，为了使中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是( )．
A．氢 B．铀 C．镉 D．水
7．日本东北部海域里氏9.0级地震所引发的福岛核电站泄漏事故，让全世界都陷入了恐慌．下面有关核辐射的相关知识，说法正确的是( )．
A．核泄漏中放射性物质都是天然放射性元素
B．放射性辐射对人类都是有害的
C．可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性元素衰变的快慢
D．、、三种射线中只有射线是不带电的
8．2018 年 8 月 23 日，我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首——“中国散裂中子源”项目，正式投入运行。这标志着我国成为继英美日三国之后，第四个拥有散裂中子源的国家。散裂中子源除了在科学研究方面有极为重要作用外，其产生的中子还能用来治疗癌症。下列关于中子的说法正确的是( )
A．卢瑟福用 α 粒子轰击49Be，产生126C，发现了中子
B．放射性 β 射线其实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗
C．氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为
D．核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度
9．2017年3月11日，日本东海岸发生9.0级地震，地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，最终导致福岛第一核电站的6座核反应堆不同程度损坏，向空气中泄漏大量碘131和铯137等放射性物质，这些放射性物质随大气环流飘散到许多国家、4月4日，日本开始向太平洋排放大量带有放射性物质的废水，引起周边国家的指责、以下说法中正确的选项是( )
A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B．碘131能自发进行β衰变，衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核少一个中子而多一个质子
C．铯137进行β衰变时，往往同时释放出γ射线，γ射线具有特别强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板
D．铯137进入人体后要紧损害人的造血系统和神经系统，其半衰期是30.17年，假如将铯137的温度降低到0度以下，能够延缓其衰变速度。
10．铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变.1947年中国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三．关于铀核的裂变，下列说法正确的是
A．裂变的产物不是唯一的
B．裂变的同时能放出2~3个或更多个中子
C．裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大
D．裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应才可以持续下去
11．反应堆主要由________、________、________、________和________等构成．
12．用人工方法控制核裂变________并获得________的装置，叫做核反应堆．核反应堆由________、________、________、________和________构成．
13．2011年3月日本本州岛海域发生里氏9.0级地震，地震引发海啸，瞬间扑向几乎日本全部沿海地区，继而造成日本福岛核电站核泄露。

海啸冲向陆地 福岛核电站发生爆炸
（1）强烈地震全面瘫痪了日本震区的地面交通，利用卫星遥感技术可及时了解震区的受灾情况。如图所示拍摄到的照片是通过____________传回地面。
（2）海啸时产生的“水墙”速度很大，具有很大的___________能，破坏力很强。
（3）核电站是利用_________能转化为_________能再转化为___________能再转化为__________能来发电的，目前核电站利用的核反应是__________（裂变/聚变）；
（4）由于海啸，用于核电站冷却水循环系统的发电机出现异常，使反应堆温度过高，在这样的高温下，燃料棒中的错和水发生化学反应，放出大量氢气。氢气泄漏到安全壳和核电站外部结构之间和空气混合，最终导致爆炸。产生氢气过程中，是________能转化为___________能。
（5）福岛核事故达到了七级，请你说出两点核辐射造成的危害：①____________;②____________________
参考答案
1．B
【解析】
A．卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子的核式结构，选项A错误；
B．放射性元素衰变的快慢由核内部自身的因素决定，与外界条件无关，选项B正确；
C．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，而不是氦原子光谱的特征，选项C错误；
D．利用镉棒吸收中子，控制链式反应的速度，而重水等慢化剂，使快中子变成慢中子，更能便于链式反应，故D错误。
故选B。
2．A
【解析】
A．核电站中将核能先转化为介质的内能，再推动发电机的转子转动，转化为机械能，并在发电机中最终转化为电能，故A符合题意；
B．核电站是利用原子核裂变所释放的能量来发电；火力发电厂的汽轮机是用煤炭使得水产生大量蒸汽，然后用蒸汽的气压推动汽轮机转动来发电，故B不符合题意；
C．从核反应堆中出来的水具有放射性，不能直接用来推动机器，所以，要把它与产生蒸汽推动汽轮机的水分隔开，核电站中都有热交换器，把核能转化为内能，用高压的蒸汽推动汽轮机转动再带动发电机发电，故C不符合题意；
D．铀核裂变会产生核废料，核废料会产生放射性污染，所以核电站必须采用多种可靠的防护措施，来防止放射性物质的泄漏，故D不符合题；
故选A。
3．D
【解析】
反应堆的用途有：为发电而发生热量的核反应，称为发电堆；为产生放射性同位素的核反应堆；为推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为动力堆；提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆，比如多目的堆，等等；
A．与分析相符，故A属于反应堆的用途；
B．与分析相符，故B属于反应堆的用途；
C．与分析相符，故C属于反应堆的用途；
D．与分析不符，故D不属于反应堆的用途；
故选D。
4．D
【解析】
核电最大的优点是核电站在运行时不会产生对环境污染的气体物质，是比较清洁的能源，核裂变时会释放出巨大的能量，所以用料少、产能多；核反应堆中发生的链式反应是可控的不是核电最大的优点；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析不符，故C错误；
D．与分析相符，故D正确；
故选D。
5．C
【解析】
铀235原子核在快中子的击打下发生核裂变，分裂成两个新原子核，反应前后的质量差以能量的形式散布出去，而产生的中子推动下一个原子核裂变，形成链式反应；现今核电站所产生的能量主要来自铀235的裂变；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析相符，故C正确；
D．与分析不符，故D错误；
故选C。
6．D
【解析】
在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析不符，故C错误；
D．与分析相符，故D正确；
故选D。
7．D
【解析】
A．核泄漏中放射性物质有的是人工合成的放射性同位素，并非都是天然放射性元素，故A错误；
B．合理应用放射性辐射可以造福人类，如示踪原子、人工育种等，并非都是有害的，故B错误；
C．放射性衰变的快慢即半衰期是由元素本身决定的，与外部环境无关，故C错误；
D．核反应中释放的射线带正电，带负电，是高频电磁波不带电，故D正确；
故选D。
8．CD
【解析】
A．查德威克用α粒子轰击铍核，发现了中子；卢瑟福发现了质子，故A错误。
B．放射性 β 射线其实质是高速电子流，选项B错误；
C．氘核聚变反应会释放出能量，其核反应方程为 ，选项C正确；
D．核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度，选项D正确；
故选CD．
9．BC
【解析】
A.福岛第一核电站利用的是重核裂变释放的核能进行发电的，故A错误；
B.根据质量数和电荷数守恒可知，碘131能自发进行衰变，衰变之后生成的新物质原子核比碘131原子核少一个种子，多一个质子，故B正确；
C.铯137进行衰变时，往往同时释放出射线，射线具有很强的穿透能力，甚至是能穿透几厘米厚的铅板，故C正确；
D.半衰期只与原子核本身有关，与其他因素无关，故D错误。
10．ABD
【解析】
因铀核也可能分裂为三部分或四部分，则裂变的产物不是唯一的，选项A正确；因裂变是链式反应，则裂变的同时能放出2~3个或更多个中子，在重新轰击铀核发射裂变，选项B正确；核子在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子在聚变中释放的能量一定大，故C错误；裂变物质达到一定体积（即临界体积）时，链式反应才可以持续下去，选项D正确；故选ABD.
11．核燃料 减速剂 控制棒 冷却系统 防护层
【解析】
[1][2][3][4][5]原子反应堆的核燃料是用浓缩铀235制成的铀棒，铀235有易俘获慢中子、不易俘获快中子的特点，为维持链式反应，必须把裂变时产生的速度很大的中子的速度降下来，为此在铀棒周围放上减速剂，快中子与减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，为了使反应堆保持一定的功率，必须控制参与反应的中子数目，以控制核反应的速度，因此在铀棒之间插入一些镉做成的控制棒，镉吸收中子能力很强，靠镉棒插入的深度，来控制调节核反应的速度，核燃料裂变放出的核能大部分转化成热，使反应区温度升高，水或液态金属钠等流体反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，所以反应堆主要由核燃料、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成。
12．链式反应速度 核能 燃料棒 控制棒 减速剂 冷却系统 防护层
【解析】
[1][2]核裂变就是指较大的原子核利用中子轰击裂变成两个较小的原子的过程，这些中子再引起其他铀核裂变就可以使裂变反应不断进行下去，这种反应叫做链式反应；要使核能长期释放，必须有效地控制这种反应的速度，就必须建立一种装置，核反应堆就是一种能控制这种反应速度的装置；[3][4][5][6][7]原子反应堆的核燃料是用浓缩铀235制成的铀棒，铀235有易俘获慢中子、不易俘获快中子的特点，为维持链式反应，必须把裂变时产生的速度很大的中子的速度降下来，为此在铀棒周围放上减速剂，快中子与减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，为了使反应堆保持一定的功率，必须控制参与反应的中子数目，以控制核反应的速度，因此在铀棒之间插入一些镉做成的控制棒，镉吸收中子能力很强，靠镉棒插入的深度，来控制调节核反应的速度，核燃料裂变放出的核能大部分转化成热，使反应区温度升高，水或液态金属钠等流体反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，铀核裂变会产生核废料，核废料会产生放射性污染，所以核电站必须采用多种可靠的防护措施，来防止放射性物质的泄漏，所以反应堆主要由核燃料、控制棒、减速剂、冷却系统和防护层等构成。
13．电磁波 机械 核 内 机械 电 裂变 内 化学 污染空气 污染水
【解析】
（1）[1]卫星通信范围大而卫星通信就是利用电磁波进行传递信息；
（2）[2]物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速度平方乘积的一半。所以海啸产生的水墙具有很大的动能；
（3）[3][4][5][6][7]核电站是利用核能转化为内能再转化为机械能再转化为电能来发电的，目前的核电站都是利用核分裂反应而发电；
（4）[8][9]在高温条件下，燃料棒中的锆和水发生化学反应，放出大量氢气，消耗了内能得到了化学能，因此内能转化为了化学能；
（5）[10][11]核辐射造成的危害很多，可以严重污染环境、污染水、导致物种变异等等。