济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 单元测试题（含解析）

核能
1．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数粒子发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等，下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A．衰变为，经过3次衰变，2次衰变
B．是衰变，是衰变
C．是重核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速运动的粒子轰击氮核可以从氮核中打出中子，其核反应方程为
2．下列说法正确的是
A．放射性原子核经2次α衰变和3次β衰变后，变为原子核
B．在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放置镉棒
C．比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固
D．玻尔理论认为，氢原子的核外电子轨道是量子化的
3．关于原子核和原子的变化，下列说法正确的是
A．维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力
B．原子序数小于83的元素的原子核不可能自发衰变
C．重核发生裂变反应时，生成新核的比结合能变小
D．卢瑟福最早实线人工转变，第一次通过核反应生成了人工放射性同位素磷
4．在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起．发展核电既是中国发展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合关于“节能减排”的号召．下列关于核电站的说法中正确的是( )
A．核反应方程可能是：
B．核反应过程中质量和质量数都发生了亏损
C．在核反应堆中利用石墨吸收中子从而减小中子对环境的影响
D．核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能
5．下列核反应方程中属于聚变反应的是（ ）
A． B．
C． D．
6．下列说法中正确的是________
A．一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量
B．汤姆生发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构
C．根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云
D．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
7．下列说法正确的是
A．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，则质子与中子结合为氘核的反应是人工核转变，放出的能量为（m3－m1－m2）c2
B．交流发电机由产生感应电动势的线圈（通常叫做电枢）和产生磁场的磁体组成，分为旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机，能够产生几千伏到几万伏的电压的发电机都是旋转电枢式发电机
C．1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，证实了电子的波动性并提出实物粒子也具有波动性
D．玻尔将量子观念引入原子领域，提出了轨道量子化与定态的假设，成功地解释了氢原子光谱的实验规律
8．一静止原子核A经1次衰变生成原子核B，并释放出光子．已知A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，粒子的比结合能为E3，光子的能量为E4，则下列说法正确的是
A．B核在元素周期表的位置比A核后移2位
B．比结合能E1小于比结合能E2
C．由能量守恒可知E2－E1＝E3＋E4
D．该反应过程质量一定增加
9．下列说法中正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．某放射性元素经12天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天
C．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小
D．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的
10．核反应方程N+H→C+X+△E中，N的质量为m1、H的质量为m2、C的质量为m3、X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列判断正确的是
A．X是He，△E=(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是He，△E=(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是He，△E=( m3＋m4－m1－m2) c2
D．X是He，△E=( m3＋m4－m1－m2)c2
11．以下说法正确的是（ ）
A．核聚变反应方程可能为
B．铀核裂变的核反应方程可能为
C．发生衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分
D．中子和质子结合成氘核，若果过程质量亏损为，则氘核的结合能为
12．如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像，下列说法中正确的是（　）
A．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会吸收核能
B．若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会释放核能
C．原子核D和E结合成F称为和裂变，原子核A分裂成B和C称为核聚变
D．我们的在核反应堆中通常选A分裂成B和C的模型， 并且在铀 棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
13．下列核反应中，表达正确的是（ ）
A． 属于裂变
B． 属于人工转变
C． 属于衰变
D． 属于聚变
14．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．用加热、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
C．一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为该束光的波长太短
15．氘核和氚核()结合成氦核()的核反应方程如下：，要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg.
16．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源．
(1)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，如图a．结合图b可知，安全壳应当选用的材料是________．
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后________．
A．沉入海底 B．放至沙漠 C．运到月球 D．深埋地下
17．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）
18．静止的镭核发生衰变，放出一个α粒子变为氡核Rn，已知镭核的质量为224.0248u，氡核的质量为220.0162u，α粒子的质量为4.0026u.（1u=931.5MeV的能量）
（1）写出核反应方程
（2）镭核衰变放出多少MeV的能量（结果保留2位有效数字）
（3）若衰变放出的能量全部转变为氡核和α粒子的动能，沿用第二问的结果，求出氡核的动能为多少MeV（结果保留1位有效数字）
参考答案
1．A
【解析】
A、在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：，所以m=3；折经过了n次β衰变，有：，所以n=2，故A正确；
B、核反应方程是轻核的聚变，中放射出电子，是β衰变方程，故B错误；
C、是重核裂变方程，也是原子弹的核反应方程．故C错误；
D、高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为，故D错误；
故选A．
【点睛】解决本题的关键知道α衰变和β衰变的实质，知道在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变．
2．D
【解析】
A．设经过x次α衰变和y次β衰变后变为，则，据电荷数和质量数守恒可得、，解得、．即经过3次α衰变和2次β衰变后，变为．故A项错误．
B．在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放置石墨作为减速剂．镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度．故B项错误．
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固．故C项错误．
D．玻尔理论认为，氢原子的核外电子轨道是量子化的．故D项正确．
故选Ｄ。
点睛：α衰变，新核比旧核质量数少4，电荷数少2；新核中质子数、中子数与旧核比均少2．β衰变，新核与旧核质量数相等，电荷数多1；新核中质子数比旧核多1，中子数比旧核少1；β衰变的本质是原子核中一个中子变成质子的同时立即从核中放出一个电子．
3．A
【解析】
A．根据核力的性质可知，短程力核力在4～5fm以上的距离即已消失，当两核子距离为2～5fm时，它是较弱的吸引力，通常称为长程弱吸引力．核力的中程部分（1～2fm）是较强的吸引力，它比质子间的库仑力强得多，足以克服库仑排斥作用．当两核子间距离小于0.4～0.5fm时，核力为强排斥力，称为排斥力，A正确；
B．原子序数小于83的元素，有些元素的同位素也能放出射线，B错误；
C．重核裂变时放出能量，生成新核的比结合能变大．故C错误；
D．卢瑟福第一次用粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，D错误．
故选A。
4．D
【解析】
A．铀核裂变是用一个中子轰击铀核，产生3个中子，核反应方程两端的中子不能约去，故A错误．
B．在核反应中质量发生亏损，但质量数守恒，故B错误．
C．在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而控制核反应的速度，故C错误．
D．根据核反应堆利用的过程可知，核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能，故D正确．
故选D．
5．A
【解析】
A反应是聚变反应；B和C反应是原子核的人工转变方程；D反应是重核裂变反应，故A正确，BCD错误.
6．A
【解析】
A．一个质子和一个中子结合成氘核，这一反应的质量亏损，一定会释放出能量，故A正确；
B．汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，提出了原子的“枣糕式”模型，故B错误；
C．电子没有确定轨道，也不存在电子云；电子云是对电子轨道出现的几率的描述，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能级差，不是任意值，故D错误；
故选A．
7．D
【解析】根据爱因斯坦质能方程，当一个质子和一个中子结合成一个氘核时，质量亏损为，因此核反应放出的能量，故A错误；现在大型发电厂的发电机能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百万兆瓦，所以大多数发电机都是旋转磁极式发电机，故B错误；1927年戴维孙和汤姆孙利用晶体得到了电子束的衍射图样，有力地证明了德布如意提出的物质波假设，C错误；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，D正确．
8．B
【解析】
根据电荷数和质量数守恒，写出原子核衰变的方程为：，故B核在元素周期表的位置比A核前移2位，故A错误；衰变过程中释放能量，可知比结合能小于比结合能．故B正确；由能量守恒可知，故C错误；该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损，故D错误．故选B．
9．B
【解析】
A．比结合能越大的，原子核越稳定，故A错误；
B．经3个半衰期有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天，故B正确；
C．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电子的轨道半径增大，电场力做负功，电势能增大，故C错误；
D．β衰变所释放的电子是原子核内中子衰变成一个质子和一个电子，把电子放出形成的，故D错误．
故选B．
10．B
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒得：，则X是，反应中亏损的质量为，故释放的能量，故选B.
11．BD
【解析】
核反应方程式为，A错误；重核裂变成几个中等质量的核的现象为核裂变，B正确；衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，C错误；根据质能方程可知，D正确．
12．BD
【解析】
A．D和E结合成F，属于轻核的聚变，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放。故A错误；
BC．若原子核A分裂成B和C，是重核分裂成中等核，有质量亏损，则分裂过程一定会释放核能，B正确，C错误；
D．我们的在核反应堆中通常选A分裂成B和C的模型，在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了吸收裂变过程中释放的一部分中子，控制核反应速度。故D正确。
故选BD。
【点睛】
该题结合原子核的核子平均质量与原子序数z的关系图像考查对平均结合能的理解以及爱因斯坦对它们的解释，解决本题的关键知道爱因斯坦质能方程△E=△mc2.通过反应前后的质量大小确定吸收还是释放能量。
13．BD
【解析】A反应中不符合质量数守恒，正确的核反应方程是：，属于α衰变，故A错误；B反应是查德威克利用α粒子轰击铍核打出了中子，属于人工转变，故B正确；C反应是裂变反应，选项C错误；D反应是轻核的聚变反应，选项D正确；故选BD.
14．BC
【解析】太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的核聚变，A错误；加热、加压或改变化学状态均不影响元素的半衰期，B正确；一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多产生2种不同频率的光谱，C错误；一束光照射到金属上，不能发生光电效应，是由于该光的频率小，没有达到该金属的极限频率，根据可知频率小，光的波长长，D错误．
15．放出 减少 3.1×10－29
【解析】
氘核和氚核结合成氦核的核反应是聚变反应，聚变反应放出能量，发生质量亏损，减少的质量
16．混凝土 D
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．安全壳应当选用的材料是混凝土；
（2）[2]．核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后深埋地下；故选D.
17．
【解析】
核反应方程为： ，
则反应的质量亏损：
根据质能方程：
18．(1) (2) (3)
【解析】
试题分析：根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程；根据爱因斯坦质能方程即可求出释放的能量；根据能量守恒定律以及动量守恒定律即可求出氡核的动能．
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得
（2）质量亏损为：
释放的核能为：
（3）衰变过程中动量守恒，放出的能量全部转化为α粒子和氡核的动能
衰变过程根据动量守恒：
能量关系为：
解得氡核的动能为：
点睛：本题主要考查了核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒以及动量守恒，以及掌握爱因斯坦质能方程、能量守恒定律以及动量守恒定律才能正确解答．