济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 单元测试（含解析）

核能
1．对公式?ΔE=Δmc2的理解，下列说法正确的是
A．质量和能量之间可以相互转化
B．如果物体吸收了Δmc2的能量，则其质量也一定相应增加了Δm
C．Δmc2是某原子核在衰变过程中增加的质量
D．核子结合成原子核时，若放出的能量是Δmc2，则组成的原子核的质量比这些核子的总质量多了Δm
2．原子核的比结合能曲线如图所示．铀核( )经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核()，关于该过程，下列说法中正确的是( )
A．m=5，n=4
B．铀核 () 的比结合能比铅核 () 的比结合能小
C．铀核 () 衰变过程的半衰期与温度和压强有关
D．在α、β、这三种射线中,射线的穿透能力最弱
3．以前铋被认为是相对原子质量最大的稳定元素，但在2003年，人们发现了铋有极其微弱的放射性，一个铋210核（）放出一个β粒子后衰变成一个钋核（），并伴随产生γ射线，已知铋210的半衰期为5天，该反应中铋核、β粒子、钋核的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是（　　）
A．核反应中释放的能量是
B．若有16个铋210核，经过20天后只剩下一个铋原子核
C．β粒子是铋原子核外的电子电离形成的
D．该核反应中释放出的γ射线是由新产生的钋原子核发生能级跃迁产生的
4．铀原子核发生衰变时衰变方程为，其中的质量分别为，光在真空中的传播速度为c，则
A．X是电子
B．
C．衰变时释放的能量为
D．若提高温度，的半衰期将会变小
5．第一代实用核反应堆以铀235为裂变燃料，但铀235在天然铀中仅占0.7％，其余为铀238，为了充分利用铀资源，科学家们研究设计了快中子增殖反应堆，简称“快堆”。快堆中的核燃料是钚239，其裂变时释放出快中子，装在反应堆周围的铀238吸收快中子变成铀239，铀239经过核反应后变成钚239，核反应方程如下所示：①，②，③，若钚239裂变释放的快中子都能被周围的铀238吸收，并充分反应，则下列说法正确的是（　　）
A．核反应③为裂变反应
B．上述核反应中x=8，y=2
C．方程①可以化简为；
D．通过上述核反应，核燃料钚239的总量会增加
6．关于近代物理学，下列说法正确的是
A．β射线与γ射线都是电磁波，但射线的穿透本领远比β射线强
B．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期
C．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时，氢原子的能量增大
7．静止原子核A经1次ɑ衰变生成原子核B， 并释放出γ光子．已知A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，ɑ粒子的比结合能为E3，γ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核前移2位 B．比结合能E1大于比结合能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
8．下面有关人类认识原子、原子核及相关知识的说法正确的是
A．天然放射性元素能自发放射出ɑ、β、γ射线或其中某一种或某两种
B．ɑ粒子散射实验的结果表明原子核由质子和中子构成
C．中子击中铀核后发生的链式反应不属于重核裂变
D．氢原子的光谱线不连续表明氢原子的能级不连续
9．静止的氡核Rn放出α粒子后变成一个新核b，α粒子动能为Eα．若衰变放出的能量全部变为新核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则下列说法正确的是（ ）
A．新核b是Po
B．b的动能为
C．释放的总能量为
D．衰变的质量损耗为
10．关于原子核的结合能，下列说法正确的是
A．铯原子核（）的结合能大于铅原子核（）的结合能
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．比结合能越大，原子核越不稳定
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
11．下列说法中正确的是(????)
A．用加温、加压的办法可以缩短原子核衰变的半衰期
B．对于一种元素的几种同位素来说，它们的质子数一定相同，中子数一定不同
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子越稳定
D．放射性元素发生衰变时放出的光子，是由核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道时放出的
12．以下说法正确的是
A．一种元素具有放射性，与它是以单质还是化合物存在无关
B．轴块体积大于临界体积是发生链式反应的条件之一
C．14C(碳14)衰变可以用来进行物质年代的测定
D．一束α射线射向验电器上端的金属球，原来带正电而有一定张角的金属箔的角度将变得更大
13．下列说法正确的有
A．质量数越小的原子核，比结合能越大
B．粒子被加速后，其物质波的波长将变短
C．玻尔的能级和电子轨道不连续的观点，成功地解释了氢原子的光谱
D．某放射性元素的400个原子核中有200个发生衰变的时间为它的一个半衰期
14．下列关于原子和原子核的说法正确的是( )
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的
B．(铀)衰变为(镤)要经过1次α衰变和1次β衰变
C．质子与中子结合成氘核的过程中发生质量亏损并释放能量
D．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流
15．受中子轰击时发生了裂变，核反应式为： ＋200 MeV，x为待求粒子,a是x的个数,则x为________,a=________.一次裂变反应质量亏损Δm是_____千克？现在建设发电能力为5.0×105 kW的核电站， 是原子锅炉内的燃料，假设核裂变释放的能量全部用来发电，1 mol的原子个数N＝6×1023个，那么一天需U235的质量为__________千克？
16．太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（）就是其中之一，请写出其核反应方程_________；如果氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，氦核的比结合能为，则上述反应释放的能量可表示为___________。
17．太阳内部持续不断地发生着个质子聚变为一个氮核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源，(，太阳的质量为)
（1）这-核反应能释放出多少能量?
（2）已知太阳每秒释放能量为，则太阳每秒减小的质量为多少?
（3）若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行，则太阳还能存在多少年?
18．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．已知质子质量为，氦核质量为，正电子质量为，计算结果保留两位小数，1u相当于931.5MeV的能量。
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
参考答案
1．B
【解析】
质能方程表明，一定的质量总是和一定的能量相对应，并非质量和能量之间可以相互转化，选项A错误；如果物体吸收了Δmc2的能量，则其质量也一定相应增加了Δm，选项B正确；只有在核反应过程中，对应着质量的减少，才有能量释放出来， C错误；核子结合成原子核时，若放出的能量是Δmc2，则组成的原子核的质量比这些核子的总质量少了Δm，选项D错误；故选B.
2．B
【解析】
A项，根据发应前后质量数守恒和核电荷数守恒可知，
235=207+4m
92=82+2m-n
解得：m=7 , n=4,故A错；
B、比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，所以铀核的比结合能比铅核的比结合能小，故B项正确．
C、半衰期是放射性元素的固有特性，不会随外部因素而改变，因此放射性元素的半衰期与温度、压强无关，故C错误；
D、在α、β、这三种射线中,射线的穿透能力最强，故D错误；
故选B
3．D
【解析】
A．依据质能方程可知，核反应中释放的能量是（m1?m2?m3）c2，故A错误；
B．半衰期适用大量原子核，故B错误；
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化来的，故C错误；
D．放射性物质衰变时放出来的γ光子，来自原子核，由新产生的钋原子核发生能级跃迁产生的，故D正确。
故选D。
4．C
【解析】
由质量数和电荷数守恒可得，X的质量数为4，电荷数为2，为α粒子，选项A错误；反应中放出能量，则反应有质量亏损，即，选项B错误；根据质能方程可知衰变时释放的能量为 ，选项C正确；半衰期与外界因素无关，选项D错误；故选C.
点睛：此题关键要知道核反应中质量数和电荷数守恒，但是由于有能量放出，则质量是不守恒的；掌握质能方程求解能量的方法.
5．D
【解析】
A．铀239经过核反应后变成钚239的方程为 ，核反应③为衰变方程，选项A错误；
B．由质量数和电荷数守恒可得
可知x=9，y=2，选项B错误；
C．钚239裂变需要中子，不能把左侧的中子消掉，选项C错误；
D．消耗一个钚239，生成9个中子，每个中子与铀238反应生成一个铀239，一个铀239衰变成一个钚239，故钚239的总量会增加，选项D正确；
故选D。
6．B
【解析】
γ射线是电磁波，β射线不是电磁波，γ射线的穿透本领远比β射线强，选项A错误；放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期，选项B正确；比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时，原子的电势能减小，电子的动能变大，氢原子的总能量减小，选项D错误；故选B.
7．A
【解析】
A．粒子的电荷数为2，所以B核的电荷数比A少2个，B核在元素周期表的位置比A核前移2位，故A正确；
B．核反应的过程中释放热量，可知比结合能小于比结合能，故B错误；
C．设A核的质量数为m，B核的质量数为m-4，粒子的质量数为4，根据能量守恒可得：，故C错误；
D．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A．
【点睛】
由质量数守恒与电荷数守恒判断出B的质量数与电荷数；根据能量守恒定律判断能量的关系；根据质能方程判断质量的变化．
8．D
【解析】
放射性元素衰变时发出的γ射线是伴随着ɑ射线或者β射线产生的，选项A错误；ɑ粒子散射实验的结果表明原子的核式结构，并不能表明原子核由质子和中子构成，选项B错误；中子击中铀核后发生的链式反应属于重核裂变，选项C错误；氢原子的光谱线不连续表明氢原子的能级不连续，选项D正确；故选D.
9．B
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：，所以新核b是，故A错误；设α粒子的质量为m1，反冲核的质量为m2，反冲核的速度大小为v′，则根据动量守恒定律可得：m1v=m2v′，可得：，α粒子动能为：，b核的动能：，则释放的总动能为：，故B正确，C错误；根据爱因斯坦质能方程：，可得，故D错误．所以B正确，ACD错误．
10．B
【解析】
A项：原子核越大，它的结合能越高，所以铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，故A错误；
B项：一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；
C项：比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；
D项：自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D错误．
点晴：比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量，用于表示原子核结合松紧程度；
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
11．BC
【解析】
A．原子核衰变的半衰期与原子所处的物理状态和化学状态无关，故A错误；
B．对于一种元素的几种同位素来说，它们的质子数一定相同，中子数一定不同，故B正确；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子越稳定，故C正确；
D．放射性元素发生衰变时放出的光子，是由于原子核在发生衰变时由于过多的能量而辐射出的光子，故D错误．
故选BC．
12．ABC
【解析】
半衰期的大小由原子核内部因素决定，与它是以单质还是化合物无关．故A正确；铀235发生裂变的条件是有慢速中子轰击，产生链式反应的条件是中子再生率大于1，而且轴块体积大于临界体积．故B正确；根据放射性元素的剩余质量公式：，可以使用14C（碳14）的衰变可以用来进行物质年代的测定．故C正确；一束α射线射向验电器上端的金属球时，由于α射线具有较强的电离本领，原来带正电而有一定张角的金属箔的角度将变得小．故D错误．故选ABC．
【点睛】
解决本题的关键理解半衰期的含义以及影响半衰期的因素，半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境与化学状态无关，半衰期是原子核本身的特性．
13．BC
【解析】
A.组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，它的结合能与核子数之比，称做比结合能，所以质量数越小的原子核，比结合不一定能越大，故A错误；
B.根据物质波的波长，则有粒子被加速后，其物质波的波长将变短，故B正确；
C.玻尔的能级和电子轨道不连续的观点，成功地解释了氢原子的光谱，故C正确；
D.放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，这是一个统计规律，对于大量的原子核才适用，对于少量原子核是不成立的，故D错误；
故选BC．
14．BC
【解析】
A、卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，并不是提出了原子核是由质子和中子组成的，故A错误；
B、经过1次α衰变和1次β衰变后，则质量数减小4，而中子减小1，因此（铀）衰变为（镤）要经过1次α衰变和1次β衰变，故B正确；
C、中子与质子结合成氘核的过程中能释放能量，故C正确；
D、β衰变中产生的β射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放一个电子，故D错误．
点睛：掌握卢瑟福的α粒子散射实验内容及结论，知道衰变的实质和特点，注意α衰变和β衰变的区别，并掌握质能方程与质量亏损的内涵．
15． 中子 3 3.56×10－28 kg 0.529 kg
【解析】试题分析：核反应过程中质量数与核电荷数守恒，由此可以得出x和a的值；求出发电站一天发的电能，然后求出消耗的铀的质量。
根据质量数守恒和电荷数守恒可得核反应式为：
由此可知：x为中子，a为3。
根据质能方程：ΔE＝Δmc2
代入数据可得：Δm＝3.56×10－28 kg
发电能力为5.0×105 kW的核电站，一天输出的电能为：E＝5.0×108×24×3600 J
一个U235裂变时放出的能量为E1＝200×106×1.6×10－19 J
所以每天所需的U235的个数为n＝E/E1，
这些U235的摩尔数为：n′=n/N
所需的质量为n′与U235的摩尔质量相乘即
联立以上可得：
点睛：本题主要考查了核反应方程式和核电站消耗的铀的质量的计算，核反应过程中，质量数与核电荷数守恒，求核电站消耗的铀的质量是本题的难点，要会根据物质的质量求出物质所含有的核的个数。
16． 4E3－3E2－2E1
【解析】
[1][2]核反应方程为：，氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该核反应中释放的核能△E=4E3-2E1-3E2。
17．(1)；
(2)
(3)
【解析】
解：（1）太阳内部的核反应方程为
这一核反应的质量亏损
释放的能量
（2）由得，太阳每秒减少的质量
（3）太阳的质量为，太阳还能存在的时间
年
18．(1)；(2)24.78 MeV
【解析】
核反应过程质量数与核电荷数守恒，根据质量数与核电荷数守恒写出核反应方程式；求出质量亏损，然后应用质能方程求出释放的能量．
【详解】
(1)由题意可得核反应方程为
(2)核反应质量亏损为
Δm=4mH-mHe-2me
解得
Δm＝0.0266u
质能方程
ΔE＝Δmc2
得释放能量
ΔE＝0.0266×931.5MeV≈24.78 MeV
【点睛】
本题主要考查了写核反应方程式、求核反应释放的能量、求质量等问题；核反应过程质量数与核电荷数守恒，据此可以写出核反应方程式；应用爱因斯坦的质能方程可以解题。