惠阳区第三中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.6核能利用 课时练（含解析）

4.6核能利用
1．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是、、、，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子: .对于这个反应，以下看法正确的是
A．氘核和氚核的比结合能比氦核大，所以该反应会释放核能
B．氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量
C．该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是
D．该反应是轻核的聚变，反应中释放的核能为
2．已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)
A．释放出4.9 MeV的能量
B．释放出6.0 MeV的能量
C．释放出24.0 MeV的能量
D．吸收4.9 MeV的能量
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．X原子核中含有92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
4．下列说法正确的是
A．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，都表明光子既有能量又有动量
B．一定量气体,在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而减少
C．折断的粉笔不能粘合在一起是因为受分子斥力的作用
D．组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损
5．关于下面四个装置说法正确的是
A．图甲实验可以说明α粒子的贯穿本领很强
B．图乙的实验现象可以用爱因斯坦的质能方程解释
C．图丙是利用α射线来监控金属板厚度的变化
D．图丁中进行的是裂变反应
6．下列说法正确的是(　　)
A．23290Th经过6次α衰变和4次β 衰变后成为稳定的原子核20882Pb
B．在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水
C．当用蓝色光照射某金属表面时有光电子逸出，则改用红光照射也一定会有光电子逸出
D．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变该放射性元素的半衰期
7．下列说法中正确的是
A．23290Th 衰变成20882Pb要经过 6 次 a 衰变和 4 次 β 衰变
B．汤姆孙的 a粒子散射实验揭示了原子具有核式结构
C．衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．质能方程反映出能量与质量是统一的
8．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为，普朗克常量为h，真空中的光速为c，若产生的核能全部被光子带走．下列说法正确的是__________．
A．核反应方程是
B．聚变反应中的质量亏损
C．辐射出光子的能量
D．光子的波长
9．太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：21H+31H→42He+x.若已知21H的质量为m1，31H的质量为m2，42He的质量为m3，x的质量为m4，则下列说法中正确的是：
A．21H和31H在常温下就能够发生聚变
B．x是中子
C．这个反应释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2
D．我国大亚湾核电站就是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
10．下列说法中，不正确的是 ( )
A．康普顿认为X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，才能解释散射射线中有波长大于入射射线波长的现象．
B．由E=mc2可知，质量与能量是可以相互转化的．
C．用能量等于氘核结合能的光子照射静止的自由的氘核，可使氘核分解为一个质子和一个中子．
D．因在核反应中能释放核能，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
11．（1）在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．核反应方程式＋n―→＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种， n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________．以mU、mBa、mKr分别表示、、Kr的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的光速，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________________________．
（2）一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量为mH＝1.007 3 u，中子质量为mn＝1.008 7 u，氚核质量为m＝3.018 0 u,1 u相当于931.5 MeV．
这个聚变方程为______________________________________________；
释放出的核能为_________________________________________
平均每个核子释放的能量是______________________________________
12．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.
写出核反应方程
该聚变反应过程中的质量亏损为___
光子的波长λ=______.
13．取质子的质量，中子的质量，氧原子核的质量，光速，请计算氧原子核的结合能．（计算结果保留两位有效数字）
14．的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u．1uc2=931.5 MeV（兆电子伏特），c为光速，普朗克常量h=6.63×10-34Js，则：
(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程。
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以射出2个相同光子的形式释放，则每个光子的频率是多少？
参考答案
1．C
【解析】氘核和氚核的比结合能小于氦核的比结合能，故A错误．氘核和氚核的核子的平均质量比氦核小，所以该反应会放出一定的能量，选项B错误；该反应是轻核的聚变，对应的质量亏损是，聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E=（m1+m2-m3-m4）c2，故C正确，D错误；故选C.
点睛：要正确理解质能方程中各个物理量是含义，掌握比结合能与结合能的区别及裂变与聚变的不同．
2．C
【解析】核反应方程：，聚变反应前两个，的总结合能为E1=1.1×4MeV=4.4MeV，反应后生成的氦核的结合能为：E2=7.1×4MeV=28.4MeV,所以反应释放的核能△E=E2-E1=（28.4-4.4）MeV=24MeV.
【点睛】考查知道核反应向平均结合能增大的方向进行，要释放能量．
3．AD
【解析】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，故A错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，故B错误；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；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。所以D正确，ABC错误。
【答案】D
【解析】光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子不仅具有能量还具有动量，A错误；气体的压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的，它包含两方面的原因：分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数和每一次的平均撞击力．气体的温度降低时，分子的平均动能减小，所以，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加，B错误；分子力是短程力，分子之间是存在作用力，但是分子间距离超过分子直径10倍时，分子间作用力几乎不存在了，C错误；组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损，D正确．
5．CD
【解析】A图是α粒子散射实验，α粒子打到金箔上发生了散射，说明α粒子的贯穿本领较弱．故A错误；B图是实验室光电效应的实验，该实验现象可以用爱因斯坦的光电效应方程解释，故B错误；C图，因为α射线穿透能力较弱，金属板厚度的微小变化会使穿过铝板的α射线的强度发生较明显变化，即可以用α射线控制金属板的厚度．故C正确；D装置是核反应推的结构，进行的是核裂变反应，故D正确．故选CD．
点睛：本题要求熟悉近代物理中的各种装置，能够知道其工作的原理，要注意掌握α、β、γ三种射线的特性，电离本领依次减弱，穿透本领依次增强，能在生活中加以利用．
6．AB
【解析】发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子　0－1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，A正确；在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，故B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的极限频率，红光的频率小于蓝光，不一定有光电效应现象，故C错误；放射性元素的半衰期只由自身性质决定，与外界无关，故D错误．故选AB.
点睛：本题考查了衰变的实质、核反应、光电效应、半衰期等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基本规律和基本概念，注意半衰期的大小与原子核所处的物理环境和化学状态无关．
7．AD
【解析】A、衰变成时，质量数减小24，而质子数减小8，对于衰变质量数不变，质子数在增加1，因此经过6次衰变，而衰变质量数减小4，质子数减小2，所以要经过4次衰变，故A正确；
B、卢瑟福的粒子散射实验提出原子核式结构学说，故B错误；
C、β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时产生一个电子，这个电子以射线的形式释放出去，同时辐射出光子，故C错误；
D、质能方程告诉了我们质量和能量之间的关系，但是并非指质量可以转化为能量，故D正确。
点睛：本题较为简单，考查了解识记级别的知识，熟读教材是解决这类题目的必由之路．故要加强对基本知识的积累，注意衰变与 衰变的区别，理解原子的核式结构内容，并掌握衰变中电子的由来，最后掌握质能方程中质量与能量的关系。
8．BD
【解析】
此核反应方程为，故A错，质子和中子的质量和为，与生成的氘核质量差为，所以B正确．根据爱因斯坦质能方程，辐射出的光子的能量为，所以C错．根据德布罗意波长公式得，故D错．
9．BC
【解析】该反应属于核聚变反应，故应在高温高压下才能反应，A错误；根据质量数守恒可知x的质量数：m=2+3-4=1；电荷数：z=1+1-2=0，可知x是中子，B正确；由质能方程可知：质量亏损为；释放的核能为，C正确；我国大亚湾核电站就是利用重核的裂变释放的能量来发电的，故D错误．
10．BCD
【解析】
康普顿认为x射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，才能解释散射射线中有波长大于入射射线波长的现象，故A正确；由质能方程可知，质量与能量相对应，故B错误；核子结合成原子核与原子核分解为核子是逆过程，质量的变化相等，能量变化也相等，故用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，还要另给它们分离时所需要的足够的动能（光子方向有动量），所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子，故C错误；核反应中，质量数守恒、能量也守恒．故D错误．此题选择错误的选项，故选BCD.
11． 3 6.24Mev 2.08Mev
【解析】
（1）根据质量数和电荷数守恒的原则可知： aX的电荷数为0，质量数为3，知X的电荷数为0，质量数为1，为中子，a=3．
根据爱因斯坦质能方程得，释放的核能△E=△mc2=（mu-mBa-mKr-2mn）c2．
（2）①聚变方程为：
②质量亏损：?m=1.0073u+2×1.0087u-3.0180u=0.0067u；
释放的核能为：?E=Δmc2=0.0067×931.5MeV=6.24MeV；
③平均每个核子释放的能量
12． (m1+m2)?m3
【解析】
（1）核反应方程+γ
（2）该聚变反应过程中的质量亏损为?m=(m1+m2)?m3
（3）根据质能方程可知， ，解得光子的波长；
点睛：该题考察到了原子物理方面的几个知识，要注意到在核反应方程中，质量数是电荷数是守恒的；无论是重核的裂变还是轻核的聚变，都有质量的亏损，是反应前的质量与反应后的质量之差；损失的质量转化为能量，会应用爱因斯坦的质能方程计算释放的能量的大小；知道光子的能量与频率之间的关系，并要了解γ光子是电磁波，在真空中的传播速度等于光速．
13．
【解析】
核反应方程为： ，
则反应的质量亏损：
根据质能方程：
14．(1) (2) 2.66 MeV(3) 9.6×1020 Hz.
【解析】(1)核反应方程式是：
(2)反应前各核子总质量为：
反应后新核的质量为：
质量亏损为：
释放的核能为：.
氚核的结合能即为：
它的比结合能为：.
(3)放出光子的频率为：
。
点睛：本题考查了核反应方程和爱因斯坦质能方程的基本运用，知道在核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒。