山东省寿光中学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．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3”的化学元素，是核聚变的重要原料之一。科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3”与氘核聚变生成“氦4”，下列说法中正确的是
A．该核反应方程式为
B．该核反应生成物的质量大于参加反应物的质量
C．“氦4"原子核内有4个核子
D．因为“氦3”比“氦4”的比结合能小，所以“氦3”比“氦4”稳定
2．月球上含有丰富的(氦3)，有它参与的一种核反应的方程式为，如果、、X质量分别为、、，则下列说法正确的是（ ）
A．该核反应的质量亏损为
B．该反应属于裂变反应
C．该核反应吸收的能量为
D．生成物中的X为
3．下列说法正确的是
A．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变
B．氡222的半衰期是3.8天，镭226的半衰期是1620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226先衰变
C．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，电势能增大，电子的动能减小，原子的总能量减小
D．原子核越大，它的结合能越高，原子核能级越稳定
4．核反应方程中,的质量为m1、的质量为m2、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，E＝（m1＋m2－m3－m4）c2
B．X是，E＝（m1＋m2－m3－m4）c2
C．X是，E＝（m3＋m4－m1－m2）c2
D．X是，E＝（m3＋m4－m1－m2）c2
5．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
6．下列判断中正确的有
A．一个质子和一个中子结合为一个氘核，若质子、中子和氘核的质量分别为、、，则放出的能量为
B．钚的一种同位素的半衰期为24100年, 20克的经过48200年后，还有5克未衰变
C．一个基态的氢原子吸收光子跃迁到n＝3激发态后，能发射出3种频率的光子
D．核中核子的结合能比核中的小
7．下列说法正确的是（ ）
A．增大入射光的频率，遏止电压不一定会增大
B．原子从基态跃迁到激发态时，会辐射光子
C．汤姆孙通过“油滴实验”发现了电子
D．用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核，氘核不能分解为一个质子和一个中子
8．8．有关近代物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．碘131的半衰期大约为8天，1g碘131经过64天后，未衰变的大约为
B．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
C．铀235的裂变方程可能为
D．氢原子的发射光谱是连续谱
9．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
10．下列表述正确的是
A．α粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的
B．β衰变说明原子的原子核外部存在自由电子
C．玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
D．轻核聚变更为清洁、安全，目前大型核电站都是利用轻核的聚变发电的
11．一颗恒星的寿命取决于它的（ ）
A．温度 B．颜色 C．质量 D．体积
12．下列核反应中，属于核裂变反应的是(　　)
A．
B．
C．
D．
13．我国对中微子的研究处于世界领先地位，大亚湾反应堆中微子实验工程获国家自然科学奖一等奖．太阳发生核反应时会放出大量中微子及能量．假设太阳释放的能量是由“燃烧氢”的核反提供，式中为中微子，这一核反应平均每放出2个中微子相应释放的能量．已知太阳每秒约辐射的能量，地球与太阳间的距离约为，则地球表面与太阳光垂直的每平方米面积上每秒接收到中微子数目的数量级为
A．1011 B．1014 C．1017 D．1020
14．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
15．完成铀核裂变方程：______，在核反应堆中石墨起________的作用，镉棒起________的作用。
16．（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______________________________________
17．两个动能均为? 的氘核对心正碰,聚变后生成氦? ,同时放出一个中子.已知氘核的质量为? ,氦3的质量为? ,中子的质量为? .求:?
(1)写出上述核反应方程;?
(2)核反应中释放的核能;
18．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件．
(1)核反应堆中的“燃料”是，完成下面的核反应方程式＋―→＋＋10；
(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核质量为89.907 7 u．1 u＝1.66×10－27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2%.
参考答案
1．C
【解析】A、该核反应方程为 ,电荷数守恒,质量数守恒.A错；
BC、关于反应中有大量能量放出，根据爱因斯坦质能方程,知有质量亏损,生成物的质量小于参加反应物质的质量.故B错误,
C、. “氦4"原子核内有两个质子、两个中子共4个核子?，故C正确；
D、比结合能越大,原子核越稳定,所以 “氦4”比“氦3”稳定.故D错误;?
故选C
点睛：根据电荷数守恒、质量数守恒判断核反应方程的正误;轻核聚变将放出大量的能量,知有质量亏损;核电站产生的核能来自重核裂变;
2．D
【解析】
A、由爱因斯坦质能方程知释放能量伴随质量亏损，所以聚变过程会有质量亏损，，故A错误；
BC、该反应属于聚变反应，要放出大量能量，，故BC错误；
D、根据质量数守恒和电荷数守恒可得，x的质量数3+3-2=4，电荷数为2+2-2=2，故生成物中的X为，故D正确；
故选D．
3．A
【解析】
A. 原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质，故A正确；
B. 对于大量原子和有半数发生衰变所用的时间是半衰期，对于一个确定的原子核，半衰期没有意义，故B错误；
C. 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，电势能增大，原子的总能量增加，故C错误；
D.结合能越高，原子核不一定稳定，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．
故选A.
4．B
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒，X的电荷数为2，质量数为4，则X为，根据爱因斯坦质能方程知，上述反应过程中释放的能量为：，故B正确，ACD错误。
5．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.
6．B
【解析】
A．根据爱因斯坦质能方程可知，一个质子和一个中子结合为一个氘核，若质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，放出的能量为
故A错误；
B．根据
可得还剩余
故B正确；
C．大量处于n=3能级的氢原子跃迁时能辐射出3种不同频率的光子，基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后，当该原子向地能级跃迁时，可能的途径是：n=3→n=2→n=1，所以可能发射2种频率的光子，故C错误；
D．中核子多，故核中核子的结合能比核中的大，故D错误．
故选B。
7．D
【解析】
A．根据可知增大入射光的频率，遏止电压一定会增大，故A错误；
B．原子从基态跃迁到激发态时，会吸收光子，故B错误；
C．汤姆孙通过研究阴极射线的属性，并研究了各种类型的实验，发现电子是多种原子的组成成分，确定了电子的存在，但油滴实验是密立根做的，用来确定电子的电量，故C错误；
D．结合能是拆分原子核所需要的最小能量，且光子具有动量，考虑到照射之后氘核分解为一个质子和一个中子具有动量，所需的能量应大于结合能，故D正确；
故选D．
8．A
【解析】A. 碘131的半衰期大约为8天，1g碘131经过64天后，即经过8个半衰期，未衰变的质量，故A正确；
B、比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C、裂变不能自发进行，故C错误；
D、处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定等于吸收光子的频率，故D错误；
故选A。
【点睛】经过一个半衰期有半数发生衰变，结合衰变的次数求出未衰变的质量；比结合能越大，原子核越稳定；重核裂变不能自发进行；能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差。
9．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
10．C
【解析】α粒子散射实验结果说明原子内部有核式结构，正电荷集中在原子核上，选项A错误；β衰变放出的电子是核内中子转化为质子时放出的，不能说明原子的原子核外部存在自由电子，选项B错误；玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，选项C正确；重核裂变更为清洁、安全，目前大型核电站都是利用重核裂变发电的，选项D错误；故选C.
11．C
【解析】
因为天体大，质量大，万有引力就大，在巨大的引力下原子核之间的距离就更近，更容易引起核聚变，所以越大的恒星他的内部核聚变就越激烈，释放的能量也越大，燃料聚变的速度就越快，恒星死亡的也就越快．
故选C.
【点睛】
质量小的恒星其寿命几乎同宇宙一样长，达一百多亿年；质量大的恒星，其寿命却只有几百万到几千万年．一般来说，质量越大，寿命越短。
12．D
【解析】A反应是原子核的人工转变方程；B反应是α衰变方程；C反应是原子核的人工转变方程；D反应是重核裂变反应；故选D.
13．B
【解析】
由题中条件可算得太阳每秒放出个中微子，中微子向四面八方辐射，成球面形状分布，地表上每平方米每秒可接收到的数目为，故B正确，故选B.
14．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。
15． 使快中子减速 吸收中子控制核反应速度
【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒可得，反应前中子的数目：N=90+136+10-235=1，所以应填；在核反应堆中石墨主要起减速剂的作用，将快中子变成慢中子．镉棒起到吸收中子的作用，能控制中子的数目，从而控制和反应的速度。
16． 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
17．(1) （2）
【解析】
【分析】
【详解】
(1)聚变的核反应方程
(2)核反应过程中的质量亏损
释放的核能
18． (1)＋―→＋＋10 (2)2.7×104 kg
【解析】 (1)＋―→＋＋10
(2)核电站每年放出的热量：
Q＝P·t＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016 J.
一个裂变放出的热量：
ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9－89.907 7－135.907 2－9×1.008 7)×1.66×10－27×(3×108)2 J
＝2.3×10－11 J.
需要浓缩铀：m＝＝2.7×104 kg.