广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.6核能利用 同步练习（含解析）

4.6核能利用
1．轻核聚变在人类实践中可提供巨大的核能源，最简单的聚变反应是中子n和质子P聚合成氘核D，在形成氘核后，接着会发生一系列的核反应：
①D+D→T+P+4.04 MeV ②D+D→He+n+3.27 MeV
③D+T→He+n+17.58 MeV ④D+He→He+P+18.4 MeV
在①②中产生的T和He在③④中得到充分利用的情况下，以上四个核反应的总效果可表示为6D→2He+2X+2n+E，对于上述核反应下列表述正确的是 ( )
A．X应为T
B．E应为50.7 MeV
C．参与反应的氘核中平均每个核子释放的能量约为3.6 MeV
D．He与T互为同位素
2．氘核与氚核结合成一个氦核的核反应方程是，关于此核反应，下列说法正确的是
A．该核反应称为核裂变
B．要发生该核反应，需要将反应物加热到一定的温度值
C．氦核的比结合能小于氘核的比结合能
D．该核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量要增加
3．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因提高患癌症的风险。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．生成物的X原子核中含有92个中子
B．通过高温处理可缩短Pu的半衰期，降低核泄漏的危害
C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有有很强的穿透能力
4．在日本福岛核电站的核泄漏事故中，泄露的污染物中含有和两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射，其中的衰变方程为，其半衰期为8天，下列说法正确的是
A．该核反应中放出的电子来自原子的外层电子
B．原子核中含有53个中子
C．因为该反应出现质量亏损，所以核反应后的原子核总质量数减少了
D．经过16天，75％的原子核发生了衰变
5．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是（ ）
A．只要增加入射光的强度，光电效应就可以发生
B．氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子
C．环境温度越高，原子核衰变的速度越快
D．任何核反应都遵从质量守恒定律
6．居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的岩石会释放出放射性气体氡。人们若经常处于高浓度氡环境中，氡会经呼吸进入人体并停留于呼吸道中进行放射性衰变，放射出α、β、γ射线。这些射线会导致细胞发生癌变，引发肺癌、白血病及呼吸道等方面的疾病。下列说法正确的是（ ）
A．铀衰变为氡要经过4次α衰变和2次β衰变
B．处于激发态的氡原子发出一束蓝光照射到某金属能产生光电效应，若这束蓝光被遮住一半，则不会产生光电效应
C．放射性元素发生β衰变时所释放的负电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
D．放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，设中子、质子和α粒子的质量分别为m1、m2、m3，则2(m1+m2)=m3
7．是太阳内部核反应之一，该核反应过程释放的能量是ΔE。已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．该核反应是α衰变 B．该核反应中平均每个核子亏损的质量为
C．ΔE是的结合能 D．由于质量亏损，因此该核反应过程中质量数不守恒
8．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、粒子的质量分别为、、，那么2个质子和2个中子结合成一个粒子，释放的能量是
C．卢瑟福通过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
9．（1）放射性元素氡（）的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核（），设氡核、钋核和X粒子的质量为m1、m2、m3，下列说法正确的是_________-．
A．该过程的核反应放出是
B．发生一次核反应释放的核能为
C．1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.5g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能大
10．关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是
A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
B．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
C．我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能
D．一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，则该反应中释放的核能约为6.24Mev(1u=-931.5Mev)
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．有效大量释放核能的途径有：一个途径是重核的裂变；另一个途径是轻核的聚变．核电站是利用____核的________变．
13．发生一次衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为和的两个光子，试写出衰变方程式，并求出该核反应因释放光子而造成的质量亏损．
14．物体运动时的能量和静止时的能量之差就是物体的动能，试利用质能方程，证明宏观低速物体的动能为可能用到的数学知识：当时，．
参考答案
1．C
【解析】
核反应遵守质量数和电荷数守恒，由此可知X应为，选项A错误；E应为43.29MeV,选项B错误；参与反应的氘核中平均每个核子释放的能量约为43.29MeV÷12≈3.6 MeV，选项C正确；质子数相同，中子数不同的元素互为同位素，故与不是同位素，选项D错误；故选C.
2．B
【解析】该核反应称为核聚变，选项A错误；要发生该核反应，需要将反应物加热到一定的温度值，选项B正确；氦核的比结合能大于氘核的比结合能，选项C错误；因该反应放出核能，则该核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量要减小，选项D错误；故选B.
3．D
【解析】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，则有92质子，143个中子，A错误；
B、改变元素所处的物理环境和化学状态，不会影响半衰期，B错误；
C、衰变后释放巨大能量，根据爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，C错误；
D、衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D正确；
故选：D
4．D
【解析】该核反应中放出的电子来自原子核中的中子变成一个质子和一个电子，故A错误；
B、原子核中含有个中子，故B错误；
C、核反应释放能量，质量数不变，质量亏损，故C错误；
D、根据公式，解得，所以有75%的碘核发生了衰变，故D正确；
故选D。
【点睛】该核反应中放出的电子来自原子核中的中子变成一个质子和一个电子，核反应释放能量，质量数不变，质量亏损，衰变公式。
5．B
【解析】
A．发生光电效应和光的强度没有关系，只有大于极限频率才可以发生光电效应，故A 错；
B．根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循 ，故只能辐射特定频率的光子；故B正确．
C．衰变和元素本身有关，和温度无关，故C错；
D．爱因斯坦的质能方程表明核反应中存在质量亏损，故D错；
6．A
【解析】铀衰变为氡，质量数减小16，而质子数减小6，经过一次次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，所以A正确；光的强度增大，则单位时间内逸出的光电子数目增多，遮住一半，光电子数减小，但仍发生光电效应，光电子最大初动能将不变，故B错误；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的，所以C错误；放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，由质量亏损，即为△m=2m1+2m2-m3，故D错误。故选A.
点睛：本题主要考查了3-5中的理论知识，只要在平时学习中多积累记忆不难做出解答，注意光电效应发生条件，理解质量亏损的概念．
7．B
【解析】A项：该反应是由轻核结合成原子序数较大的核为核聚变，故A错误；
B项：该核反应过程释放的能量是ΔE，根据爱因斯坦质能方程可知， ，所以每个核子亏损的质量为，故B正确；
C项：根据结合能的定义：将核子结合在一起所放出的能量或将原子核分解为自由核子吸收的能量可知， 为和的结合能，故C错误；
D项：该核反应过程中质量数守恒，质量不守恒，故D错误。
点晴：解决本题关键理解爱因斯坦质能方程，核反应由于放出能量，所以质量不守恒，但不表示质量数不守恒，注意区分。
8．B
【解析】A、铀核裂变的核反应是，故A错误；
B、已知质子、中子、粒子的质量分别为、、，那么2个质子和2个中子结合成一个粒子，根据质能方程可得释放的能量是，故B正确，
C、.卢瑟福通过粒子散射实验验证了原子核式结构模型，故C错误；
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 种不同频率的电磁波，故D错误；
故选B。
9．AD
【解析】
A. 根据核反应过程质量数守恒，电荷数守恒，该核反应方程方程是，故A正确；
B. 聚变反应中亏损的质量转化为能量，故释放的核能为E=(m1-m2?m3)c2，故B错误；
C. 1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.25g，故C错误；
聚变反应中的质量亏损△m=m1+m2?m3?m4，故C错误；
D. 从氡核衰变到钋核放出核能，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D正确．
故选：AD
点睛：核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒；正确利用质能方程求释放的能量；比结合能越大，表示原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定．
10．BD
【解析】由核聚变的条件为需要高温，发生核聚变时不需要达到临界体积，A错误；发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能，B正确；目前的核电站均采用核裂变；聚变的应用尚在试验阶段，C错误；该核反应中质量亏损，则释放的核能，D正确．
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．铀 裂
【解析】
核电站是利用铀核的裂变来产生核能的．
13．；
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程式为：．释放的能量，根据得质量亏损为： ．
【点睛】
解决本题的关键知道书写衰变方程的注意事项，以及掌握爱因斯坦质能方程，并能灵活运用.
14．见解析
【解析】
物体运动时的能量为：
物体静止时的能量：
根据题意可知：
则：，当v很小时，即时，根据数学公式有：
，因此有：有．
【点睛】
本题属于信息给予题，很好的考查学生利用所学知识解决问题以及知识的迁移能力．根据题意，求出物体运动时的能量，静止时的能量，结合数学知识即可证明．