山东省宁阳第四中学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 课时练（含解析）

4.4核能的利用与环境保护
1．下列关于“原子质量单位u”的说法中正确的有( )
A．1u就是一个氢原子的质量
B．1u就是一个中子的质量
C．1u是一个碳12原子的质量的十二分之一
D．1u 就是931.5MeV的能量
2．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，，，方程式中Q1，Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核





质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001
以下推断正确的是
A．X是，Q2>Q1 B．X是，Q2>Q1
C．X是，Q23．一个氘核（）和一个氚核（）结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1mol氘和1mol氚核完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为（ ）
A． B． C． D．
4．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是（ ）
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与轴的接触面积的大小控制反应速度
5．2019 年 4 月 23 日，海军建军 70 周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇 093 改进型攻击核潜艇公开亮相．核潜艇是以核反应堆作动力源．关于核反应，下列说法正确的是
A．核反应方程属于衰发，而 射线来自原子外层的电子
B．核反应方程属于聚发，是核潜艇的动力原理
C．核反应方程属于裂发，是原子弹裂变反应原理
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
6．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
7．下列说法正确的是（）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．β衰变的实质是核内的一个中子转化成一个质子和一个电子
C．结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定
D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
8．下列关于近代物理的说法，正确的是（ ）
A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱
B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现
C．光的波动说在解释?光电效应实验现象时遇到了巨大的困难
D．质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福
9．如图为普通使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程Un→BaKr+3n，用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核（H）每次碰撞是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是（　　）
A．钡核的比结合能比铀核的大
B．若碰撞前中子的动能为E，经过一次弹性碰撞中子动能变成E0
C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度
D．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线
10．目前核电站都是利用重核裂变发电的，其中一个裂变反应是：．然而在地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的能量，太阳的总输出功率为400亿亿瓦（4×1026W），其中一个核聚变反应是：．若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　）
A．核电站中为了控制核裂变反应速度，可以在铀棒之间插进一些镉棒
B．裂变反应和聚变反应都是与温度无关，常温下就可以发生
C．核裂变反应中的U的比结合能大于Ba和Kr的比结合能
D．题中核聚变反应释放的核能为
11．［选修模块3-5］核电站所需的能量是由铀核裂变提供的，裂变过程中利用________ (填“石墨”或“镉棒”)吸收一定数量的中子，控制反应堆的反应速度.核反应堆产物发生β衰变产生反电子中微子(符号)，又观察到反电子中微子(不带电，质量数为零)诱发的反应: +→n+x，其中x代表_________(填“电子”或“正电子”).
12．正电子发射型计算机断层显像，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术．放射性同位素在衰变过程中会释放出正电子，一个正电子遇到一个电子后发生湮灭，产生方向相反的一对光子．已知电子的质量为m，光速为c，则一对静止的正、负电子湮灭过程中产生的一个光子能量是____，湮灭的反应方程式为____．
13．一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应方程：_______________．已知电子质量，光在真空中的传播速度为速为，则γ光子的能量至少为___________J．
参考答案
1．C
【解析】
原子质量单位??是在原子物理中常用的一个特殊的质量单位，规定一个碳?12?原子的质量的十二分之一为，，在计算核能时，?的质量跟?931.5MeV?的能量相对应，但不能认为??就是?931.5MeV?的能量，故选项C正确，A、B、D错误。
2．B
【解析】
由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒知：X是He，排除A、C选项；前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u，而后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u，Δm2>Δm1，故Q2>Q1，D错误，B正确，故选B.　
3．A
【解析】
根据爱因斯坦质能方程，一个氘核（）和一个氚核（）结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为Δmc2，1 mol氘和1mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为NA?mc2.
A.，与结论相符，选项A正确
B.，与结论不相符，选项B错误
C.，与结论不相符，选项C错误
D.，与结论不相符，选项D错误
4．C
【解析】
A.镉棒并不能释放中子，选项A错误；
B.镉棒并不能使中子减速，选项B错误；
C.镉棒是利用其对中子的吸收能力强的特点，控制中子的数量从而控制核反应速度，选项C正确.
D. 镉棒对铀核裂变没有阻碍作用，选项D错误.
5．C
【解析】
A．衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故A错误；
B．质量数较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，是氢弹聚变原理，故B错误；
C．质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；
D．核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误；
6．C
【解析】
γ射线是电磁波，α射线不是电磁波，选项A错误；β射线为原子核内的中子转化为质子时放出的负电子形成的电子流，选项B错误；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，选项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。
7．B
【解析】
太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A错误； β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子，选项B正确； 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C错误；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误；故选B.
8．C
【解析】
A、玻尔建立了量子理论，解释了氢原子发光现象，但不能成功解释了各种原子发出的光谱，故选项A错误；
B、粒子的散射实验揭示原子具有核式结构，故选项B错误；
C、光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难，故选项C正确；
D、质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是爱因斯坦，故选项D错误。
9．ABD
【解析】
A.该核反应的过程中释放大量的能量，结合爱因斯坦质能方程可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，故A正确；
B.取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒有：
mv0＝mv1+2mv2，
依据能量守恒有：
解得
故中子的动能为：，故B正确；
C.要使裂变反应更激烈一些，应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快一些，故C错误；
D.水泥防护层作用是屏蔽裂变产物的射线，故D正确．
10．AD
【解析】
核电站中为了控制核裂变反应速度，可以在铀棒之间插进一些镉棒。故A正确；聚变反应需要在高温高压下才能进行。故B错误；由于核裂变的过程中释放能量，可知核裂变反应中的U的比结合能小于Ba和Kr的比结合能。故C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，在题中核聚变反应释放的核能为△E＝△m?c2＝（m1+m2﹣m3﹣m4）c2．故D正确。
11．镉棒 正电子
【解析】
核电站所需的能量是由铀核裂变提供的，裂变过程中利用镉棒吸收一定数量的中子，控制反应堆的反应速度。核反应堆产物发生β衰变产生反电子中微子（符号），又观察到反电子中微子（不带电，质量数为零）诱发的反应：+→n+x，其中x代表正电子.
12．mc2
【解析】
由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为△m=2m-0=2m．由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为△E=△mc2=2mc2，根据能量守恒得，每个光子的能量为mc2，根据质量数守恒与电荷数守恒写出湮灭的反应方程式为：
13． 1.64×10-13J.
【解析】
一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核场作用，能产生一对正负电子， ．
根据质能关系得，γ光子的能量至少为△mc2=2mec2=1.64×10-13J.