山东省寿光中学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 跟踪训练（含解析）

4.4核能的利用与环境保护
1．根据里克特在 1953 年提出的公式计算，每一级地震释放的能量 E2与次一级地震能量E1的关系为 lg（E2/E1）=1.5，其中 1.0 级地震释放能量为 2.0106J。广岛原子弹爆炸的能量约相等于 13000 吨的 TNT 烈性炸药，即大概为 5.51013J。2008 年 5 月中国地震局将四川汶川大地震定为里氏 8.0级，那么汶川大地震的能量相当于多少颗广岛原子弹爆炸释放的能量（ ）
A．10 颗 B．100 颗 C．1000 颗 D．10000 颗
2．参考以下几个示意图，关于这些实验或者现象，下列说法错误的是
A．核反应堆中控制棒插入，则多吸收中子让反应减弱
B．放射线在磁场中偏转，没有偏转的为γ射线，电离能力最强
C．链式反应属于重核的裂变
D．D图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
3．下列说法不正确的是
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在
B．核泄漏事故污染物137CS能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为 ，可以判断X为电子
C．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
D．质子、中子、粒子的质量分别是m2、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是
4．一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子,设正、负电子的质量均为m,动能均为,光速为c,普朗克常量为h,则光子的频率为
A． B． C． D．
5．以下说法正确的是（ ）
A．比结合能越大的原子，其结合能就越大，原子核越稳定
B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性
C．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
D．卢瑟福的α粒子散射实验证实了其提出的核式结构的正确性。
6．下列说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的某种核反应方程是
B．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是
C．卢瑟福通过α粒子散射实验验证了在原子核内部存在质子
D．一群处于能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射12种不同频率的电磁波
7．热核反应是一种理想能源的原因是( )
A．轻核聚变比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的速度容易控制
D．就每个核子平均释放的能量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量少
8．下列说法正确的是________．
A．氘和氚聚变反应中产生的氦核具有放射性
B．核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子
C．核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度
D．裂变反应后的平均结合能比反应前的平均结合能小
9．有中子轰击原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为的质量分别、、、为m1、m2、m3、m4，原子核的半衰期为T，其比结合能小于原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（ ）
A．原子核比原子核更稳定
B．原子核中含有56个中子
C．裂变时释放的能量为（m1-2m2-m3-m4）c2
D．质量为m含铀矿石，经过一个半衰期后该矿石的质量剩下m/2
10．下列说法正确的是______
A．衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．在中子轰击下生成和的过程中，原子核中的平均核子质量变小
C．太阳辐射能量主要来自太阳内部的聚变反应
D．卢瑟福依据极少数粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
E.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，原子总能量减小
11．核反应堆中的燃料是________．用石墨、重水等作为________，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收．用镉棒来________，以控制反应的________，再用水等流体在反应堆内外循环流动，传输反应中产生的热量．
12．(1)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄露中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是______________
A．X原子核中含有143个中子
B．100个经过24100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
(2)氢原子核的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n＝4的能级氢原子跃迁到n＝2的能级发出的，氢原子的能级如下图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·S，则该条谱线光子的能量为________ eV，该条谱线光子的频率为________ Hz.(结果保留3位有效数字)
13．核能是一种高效的能源．在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（见图1）．结合图2可知，安全壳应当选用的材料是________．
参考答案
1．C
【解析】
四川汶川大地震定为里氏 8.0级，释放能量为：，所以，所以，相当于原子弹数目：，ABD错误，C正确
2．B
【解析】
根据核反应堆，控制棒的作用可知，A图中核电反应堆示意图控制棒插入深一些，让它多吸中子，中子数减少，反应速率会慢一些，故A正确。B图中中间没有偏转的为γ粒子，电离能力最弱，而穿透能力最强，故B错误。C图中重核的裂变反应物中子在生成物中出现，反应可以继续，属于链式反应，故C正确。D图中原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，是该反应的过程中要放出能量，故D正确。本题选错误的故选B。
3．A
【解析】
卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出原子核式结构模型，故A错误；根据电荷数守恒、质量数守恒知，x的电荷数为55-56=-1，质量数为137-137=0，可知X为电子，故B正确；n=6与n=1间的能级差大于n=6与n=2间的能级差，则氢原子从n=6 能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子频率大于氢原子从 n=6 能级向 n=2 能级跃迁时辐射出的光子频率，可知从n=6能级向 n=2能级跃迁时辐射出的光不能使金属发生光电效应。故C正确；质子和中子结合成一个粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损，由质能方程可知，释放的能量，故D正确；本题选错误的，故选A。
【点睛】掌握粒子散射实验意义，根据电荷数守恒、质量数守恒判断X的电荷数和质量数，从而确定X为何种粒子；两能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，并结合光电效应发生条件；求出核反应过程中的质量亏损，然后由质能方程求出核反应释放的能量。
4．D
【解析】
光子无静止质量，根据反应前后质量之差求出质量亏损，由爱因斯坦质能方程求出电子对撞放出的能量，根据能量守恒定律求出光子具有的能量．由光子能量公式E=hγ求出光子的频率．
【详解】
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 ，又?=hγ，联立得到：，故D正确，ABC错误；故选D。
【点睛】
本题要知道光子的质量为零，运用能量守恒定律时，电子对撞前的动能不能忘记．
5．C
【解析】
比结合能用于表示原子核结合松紧程度，比结合能越大，原子核越稳定，但是比结合能越大的原子，其结合能不一定就越大，选项A错误；卢瑟福的α粒子散射实验说明（1）原子中绝大部分是空的；（2）α 粒子受到较大的库仑力作用；（3）α粒子在原子中碰到了比他质量大得多的东西，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，但也不能说明原子内部存在带负电的电子，也不能解释原子的稳定性，故B错误。在核反应堆的铀棒之间插入镉棒，可以吸收中子，控制反应速度，故C正确。卢瑟福的α粒子散射实验是原子的核式结构理论的基础，但是不能证实核式结构的正确性，选项D错误；故选C。
6．B
【解析】
A. 铀核裂变的核反应是：是，两边中子不能约。故A错误；
B. 质子、中子、α粒子质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放能量是(2m1+2m2?m3)c2.故B正确；
C. 卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，实验验证了在原子核内部存在质子，故C错误；
D. 根据波尔理论，一群处于n=4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射6种不同频率的电磁波，故D错误。
故选：B。
7．B
【解析】
不能说轻核聚变比重核裂变时释放的能量多，但就每个核子平均释放的能量来说，聚变反应中平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能．
A．轻核聚变比重核裂变时释放的能量多，与结论不相符，选项A错误；
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理，与结论相符，选项B正确；
C．热核反应的速度容易控制，与结论不相符，选项C错误；
D．就每个核子平均释放的能量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量少，与结论不相符，选项D错误；
故选B.
8．BC
【解析】
氘和氚聚变反应中产生的氦核因原子序数较小，则不具有放射性，选项A错误；核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子，选项B正确；核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度，选项C正确；裂变反应放出核能，则反应后的平均结合能比反应前的平均结合能大，选项D错误。
9．AC
【解析】
A、比结合能的大小反应原子核的稳定程度，原子核的比结合能小于原子核的比结合能，所以?原子核比原子核更稳，故A正确；
B、由原子核的组成特点可知原子核中含有56个质子，中子数为：个，故B错误；
C、由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得裂变时释放的能量为：，故C正确；
D、经过一个半衰期后，铀的质量剩下，矿石中其他元素质量不变，故D错误；
故选AC。
10．BCD
【解析】
A．衰变放出的电子是由中子转变成质子而产生的，不是原子核内的，故A错误；
B．裂变反应，原子核中的平均核子质量变小，有质量亏损，以能量的形式释放出来，故B正确；
C．太阳辐射能量主要来自太阳内部的轻核的聚变反应，故C正确；
D．卢瑟福依据极少数粒子发生大角度散射，绝大多数不偏转，从而提出了原子核式结构模型，故D正确；
E．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，电势能增大，且原子总能量增大，故E错误。
故选BCD。
11．铀 慢化剂 吸收中子 速度
【解析】
核反应堆中的燃料是铀，用石墨、重水作为慢化剂，使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收．用镉棒来吸收中子，以控制反应速度．
故答案为铀，慢化剂，吸收中子，速度．
12．AD2.556.15×1014
【解析】
(1)A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143.故A正确；
B. 半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用。故B错误；
C. 由于衰变时释放巨大能量，根据E=mC2，衰变过程总质量减小。故C错误；
D. 衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力。故D正确。
故选：AD.
(2)辐射的光子能量△E=?0.85+3.4=2.55eV
根据△E=hγ知，γ=△E/h=2.55×1.6×10?19/6.63×10?34=6.15×1014Hz，
13．混凝土
【解析】
安全壳应当选用的材料是混凝土.