山东省济南中学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 课时训练（含解析）

4.4核能的利用与环境保护
1．下列说法中正确的是（ ）
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由可知物体的能量与其质量之间的关系
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成了能量
D．因为核反应中能产生能量，且有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
2．下列说法正确的是（　　）
A．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子构成
B．平均结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．核力是短程力，其表现一定为吸引力
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、质子和中子结合成一个粒子，释放的能量是：
3．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是（ ）
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害
C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大
D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的
4．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出光子，核反应方程是，以下说法中正确的是（ ）
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．光子的能量为，为反应中的质量亏损，为光在真空中的速度
D．因存在质量亏损，所以“物质不灭”的说法不正确
5．如图所示，托卡马克（Tokamak）是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal（环形的）、 kamera（真空室）、magnit（磁）的头两个字母以及katushka（线圈）的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下述判断中可能正确的是（ ）
A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似
B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行
6．关于近代物理学的结论，下面叙述中正确的是(　　)
A．在核反应中，电荷数守恒、质量守恒
B．科学研究发现，太阳光是其内部不断发生氢核到氦核的聚变反应而产生的
C．一个氘核()与一个氚核()聚变生成一个氦核()的同时，放出一个中子
D．轻核聚变与重核裂变均释放能量，但无质量亏损
E.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
7．下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素的半衰期是针对大量原子核的统计规律
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
E.天然放射现象的发现揭示了原子有复杂的结构
8．居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为Ra→Rn+X，已知Ra的半衰期为1620年，Ra原子核的质量为226. 0254u，衰变后产生的Rn原子核的质量 为222. 0175u，X原子核的质量为4. 0026u，已知lu相当于931MeV，对Ra的衰变以下说法正确的是
A．X就是He
B．6个Ra原子核经过1620年一定有3个发生衰变
C．1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4. 9MeV
D．Ra衰变后比结合能变小
9．下列说法正确的是（　　）
A．核反应堆可以利用重水作为慢化剂减缓重核裂变的反应速度
B．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变
C．氪90（）经过一系列衰变最终成为稳定的锆90（），这些衰变是4次β衰变
D．较重的核分裂成中等大小的核，或较轻的核聚合成中等大小的核，核子的比结合能都会增大
10．下列有关说法正确的是（　　）
A．铀核发生a衰变时释放出能量，目前核电站利用的就是这一类能量
B．涂了增透膜的照相机镜头呈现淡紫色，这是光的干涉现象
C．我国的民用电为
D．电子属于轻子
11．原子弹爆炸能瞬间释放出巨大的能量，是利用了________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）；太阳能不断地向外辐射能量，是因为其内部不断地发生着____________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）.若用核轰击核发生核反应，最终产生核和________核（写出元素符号）.已知、核的质量分别为m1、m2，产生新核的质量分别为m3、m4，则该核反应放出的核能为_______（已知真空中的光速为c）.
12．核电站的核心是原子核反应堆，核燃料（如铀）释放出大量的核能，是和平利用核能的重要途径。我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约，其中的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。据专家估计，通过核能发电，使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗。核能作为一种新型能源有着广阔的前景。
（1）原子核是由___________组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生______________释出大量的核能。
（2）已知煤的热值，则煤完全燃烧时放出的热量是多少_____？
（3）向大气中排放过量的二氧化碳等温室气体是造成“温室效应”的主要原因，大亚湾核电站与同等供电量的火力发电站相比，每年将少排放二氧化碳排放，已知通常情况下二氧化碳气体的密度为.则这些气体通常情况下的体积约为多少______？
（4）设火力发电站在单位时间内产生的电能为E，它在这段时间内所消耗的燃料完全燃烧产生的热量为Q，则火力发电站的效率根据上述资料，可估算出通常的火力发电站的效率约为多少______？
13．一个速率为v的正电子与一相等速率的电子相向正碰， 产生两个光子，此过程中电子的动能和质量亏损对应的能量全部转化为光子的能量。已知电子质量为m，光速为c，则产生光了的波长为_____动量为_____。
参考答案
1．B
【解析】
AB.质能方程说明了能量和质量间存在正比的关系，并不是说明了质量和能量存在相互转化的关系，A错误，B正确
C.核反应过程中质量没有消失，只是由静止的质量变成运动的质量， C错误
D.在核反应中，系统的总能量和总质量也是守恒的，只是在核反应前后能量存在的形式不同，总能量不变，在核反应前后物质由静质量变为了动质量，D错误
2．B
【解析】
α粒子散射实验的结果得出了原子的核式结构模型，故A错误。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B正确。核力是短程力，不一定是吸引力，故C错误。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，根据爱因斯坦质能方程知，释放的能量△E=△mc2=(2m1+2m2-m3)c2，故D错误。
3．ABD
【解析】
A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A符合题意；
BD.日本后来向反应堆灌注海水，大量被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D符合题意；
C.因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C不符合题意；
4．AC
【解析】
AB.核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，故A正确，B错误；
C.能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，根据爱因斯坦质能方程可知，光子的能量为，为反应中的质量亏损，为光在真空中的速度，故C正确；
D. 尽管存在质量亏损，但核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，所以“物质不灭”的说法仍是正确的，故D错误。
5．ABD
【解析】
A.聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A正确；
B.线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B正确；
C.核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变，故C错误；
D.该装置使人们可以在实验中控制反应速度，平稳释放核能，故D正确．
6．BCE
【解析】
A.在核反应中，电荷数和质量数均守恒，存在质量亏损，质量不守恒，选项A错误；
B.氢核到氦核是轻核的聚变，选项B正确；
C.根据质量数和电荷数守恒知，一个氘核()与一个氚核()聚变生成一个氦核()的同时，放出一个中子，选项C正确；
D.轻核聚变与重核裂变均释放能量，存在质量亏损，选项D错误；
E.根据爱因斯坦质能方程知当质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3时，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是，选项E正确．
7．ABD
【解析】
A.放射性元素半衰期的统计是针对大量原子核的统计规律，选项A正确；
B.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B正确；
C.太阳辐射的能量来源于其内部热核反应，即聚变反应，选项C错误；
D.根据玻尔理论，氢原子核外电子由半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子电势能增大，电子动能减小，但整个原子的能量增大，选项D正确；
E.天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构，选项E错误．
8．AC
【解析】
A.根据核反应方程的质量数与质子数守恒，那么，中X就是He，故A正确；
B.半衰期适用大量原子核的衰变规律，对少数原子核的衰变不适应，故B错误；
C. Ra原子核的质量为226.0254u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.0175u，X原子核的质量为4.0026u，依据，质量亏损为△m=226.0254u-222.0175u-4.0026u=0.0053u，因1u相当于931MeV，则有1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9M?eV，故C正确；
D. Ra衰变后变成Rn，放出能量，则其比结合能变大，故D错误；
9．CD
【解析】
A.核反应堆可以利用重水作为慢化剂减缓中子的速度，而是用镉棒控制重核裂变的反应速度，故选项A错误；
B.放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发射光子，故选项B错误；
C.氪核衰变为锆核的过程中，质量数不变，电荷数增加4，可知要经过4次衰变；故选项C正确；
D.较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核，即发生裂变与聚变反应，它们的比结合能都会增加，故选项D正确。
10．BD
【解析】
A.α?衰变时放出的能量比较小，目前核电站利用的是铀核发生裂变时释放的能量，故A错误；
B.照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是淡紫色，故B正确；
C.我国的民用电为：u=220sin100πtV，故C错误；
D.轻子是不参与强相互作用的粒子，电子是最早发现的轻子，故D正确；
11．重核裂变 轻核聚变
【解析】
：（1）原子弹爆炸是利用重核裂变释放的核能；（2）太阳内部时刻发生轻核聚变（也叫热核反应）；（3）根据质量数与电荷数守恒知产生的核是；（4）由质能方程可求释放的核能为：.
12．质子和中子 核裂 31%
【解析】
（1）[1][2]．原子核是由质子和中子组成的。在反应堆中，核燃料（如铀）发生核裂变反应释出大量的核能。
（2）[3]．4.0×109kg煤完全燃烧时放出的热量是：
Q=mq=4.0×109kg×2.9×107J/kg=1.16×1017?J。
（3）[4]．据可得
（4）[5]．核电站每年发电量约1010kW?h，即
W=1010×3.6×106?J=3.6×1016?J
火力发电站的效率
13．
【解析】
反应后生成的一对光子的总能量为： ，则
由可得