烟台市第十中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 综合测评（含解析）

核能
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．科学家于1996年人工制造出超重元素,这种元素具有放射性，其原子核经过n次α衰变的产物为,的半衰期为T,则下列说法正确的是
A．衰变中的α射线具有很强的穿透性，可以用于金属探伤
B．的中子数比的中子数多12
C．原子核之间只存在核力
D．2g经过2T时间，剩众物质的质量为0.5g
3．太阳放出的能量来自于 （ ）
A．重核裂变 B．天然衰变
C．轻核聚变 D．人工转变
4．关于原子物理知识的叙述，下列说法正确的是
A．B衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
B．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-10m以内，核力才能起作用
D．对于一个特定的氡原子，只要知道了半衰期，就可以准确地预言它将在何时衰变
5．关于原子核下列说法正确的是( )
A．原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子
B．铀235裂变方程为
C．原子核的比结合能越大越稳定
D．把放射性元素掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的衰变会变慢
6．下列有关近代物理内容的叙述,正确的是( )
A．天然放射现象中的射线是原子核外电子跃迁时辐射出的
B．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，但原子的能量增大
C．原子核结合能越大越稳定
D．一束光照射到某种金属上逸出的光电子的初动能与光照强度成正比
7．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
8．如图所示，下列说法正确的是
A．图1中，问左偏转的射线是β射线
B．图2中，发生光电效应时，入射光的强度增强，打出的光电子最大初动能增加
C．图3中，铀235的裂变方程为
D．图4中，一个处于n=4能级氢原子向低能级跃迁时，可能发出16种不同频率的光
9．以下说法正确的是（ ）
A．法拉第通过实验证实电场线是客观存在的
B．电荷量e的数值最早是由法国学者库仑用实验测得的
C．首先说明原子有结构的是天然放射现象的发现，天然放射现象与原子存在状态无关
D．原子核中核子比结合能大的平均核子质量小
10．下列说法正确的是_______.
A．两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子的核反应是
B．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，向外辐射光子
C．重核的裂变、轻核的聚变过程都有质量亏损
D．大量处于n=4能级的氢原子，它们跃迁时能辐射出6种不同频率的光子
E.放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
11．下列说法中正确的是
A．发生β衰变时，原子核发出电子，说明电子是原子核的组成部分
B．α粒子的散射实验表明原子具有核式结构模型，还可确定各种元素原子核的电荷数
C．铀核裂变的核反应方程可能是
D．组成原子核的核子越多，它的结合能越大，比结合能越大，原子核越稳定
12．下列有关说法正确的是
A．铀核发生α衰变时，释放出α粒子和一定的能量，目前核电站利用的就是这一自发释放的能量
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子
D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性
13．13．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”----黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应说法错误的是
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C．式中d=1
D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小
14．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)
15．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：＋________；
(2)是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s。一定质量的，经7.8×10－16 s后所剩占开始时的________。
16．若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u＝1.660 6×10－27 kg,1 u相当于931.50 MeV)
(1)写出铀核裂变的核反应方程_________________________________
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是___________ (取两位有效数字)
17．有人说物体燃烧释放出的能量就是静质能(m0c2)。又有人说核反应释放出的能量就等于静质能(m0c2)，你说对吗？
18．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应。根据这一理论，在太阳内部4个氢核（H）转化成1个氦核（He）和2个正电子（e）并放出能量。已知质子质量mp＝1.0073u，α粒子的质量mα＝4.0015u，电子的质量me＝0.0005u，1u的质量对应931.5 MeV的能量，
（1）写出该热核反应方程；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量（结果保留两位有效数字）
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】
衰变中的α射线具有很强的电离性，但是穿透性很差，选项A错误；由衰变为质量数减小24，则α衰变的次数为6次，电荷数减小12，则x=100，的中子数153，而的中子数为165个，则的中子数比多12个，选项B正确；核力是指原子核内相邻的质子和中子之间存在的作用力，选项C错误；2g经过2T时间，剩余的的质量为0.5g，但衰变后生成新的物质，则剩众物质的质量大于0.5g，选项D错误；故选B.
3．C
【解析】
太阳放出的能量来自于太阳内部剧烈的热核反应，即轻核聚变，故C正确，ABD错误．
故选：C
4．A
【解析】β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故A正确；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；能使核子之间的核力发生作用的范围非常小，所以要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，故C错误；对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变，发生多少衰变，故D错误。故选A。
点睛：本题是原子物理部分的内容，β衰变的实质、裂变与聚变、比结合能、半衰期适用条件等等都是考试的热点，要加强记忆，牢固掌握。
5．C
【解析】原子核的β衰变过程是中子转变为质子而释放出电子的过程，核外电子没有参与该反应，选项A错误；铀235必须吸收慢中子后才能发生裂变，选项B错误；原子核的比结合能越大，原子核越难分离，原子核越稳定，选项C正确；放射性元素衰变的快慢与其物理、化学状态无关，选项D错误；故选C.
6．B
【解析】天然放射现象中的射线是原子核内的中子转化为质子时辐射出的，选项A错误；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，电势能变大，原子的能量增大，选项B正确；原子核比结合能越大越稳定，选项C错误；一束光照射到某种金属上逸出的光电子的初动能与光照强度无关，只与光的频率有关，选项D错误；故选B.
7．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。
8．C
【解析】图1中，因为β射线是高速电子流，则由左手定则可知向右偏转的射线是β射线，选项A错误；图2中，发生光电效应时，入射光的频率增强，打出的光电子最大初动能增加，选项B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，图3的裂变方程正确，即选项C正确；图4中，一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光，即n=4能级到n=3能级，n=3能级到n=2能级，n=2能级到n=1能级，故D错误,故选C.
9．D
【解析】法拉第最早提出场的概念，并引入电场线描述电场，但电场线不是客观存在的，故A错误；电荷量e的数值最早是由密立根用实验测得的，选项B错误；首先说明原子核有复杂结构的是天然放射现象的发现，天然放射现象与原子存在状态无关，选项C错误；原子核的平均结合能越大，则原子核中核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）就越小，平均每个核子的质量亏损就越多，D正确；故选D.
10．ACD
【解析】
A．由核反应的规律可知两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子的核反应是，故A正确；
B．氢原子的核外电子要吸收光子的能量才能从低能级跃迁到高能级，故B错误；
C．重核的裂变、轻核的聚变过程都要释放能量，因此都有质量亏损，故C正确；
D．根据跃迁规律可知处于n=4能级氢原子跃迁时能辐射出6种不同频率的光子，故D正确；
D．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定的，与地震、风力等外部环境无关，故E错误；
故选ACD．
11．BCD
【解析】发生β衰变时，原子核发出的电子是核内中子转化为质子时放出的，电子不是原子核的组成部分，选项A错误； α粒子的散射实验表明原子具有核式结构模型，还可确定各种元素原子核的电荷数，选项B正确；裂变是重核在中子轰击下裂变成轻核，铀核裂变的核反应方程可能是，选项C正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越大；比结合能是结合能与核子数之比，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确；故选BCD.
12．CD
【解析】核电站利用的是铀核的裂变反应释放的能量，选项A错误；紫光的频率大于红光，如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光不一定能发生光电效应，选项B错误；氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子，选项C正确；机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，选项D正确；故选CD.
13．CD
【解析】目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，选项A正确；重核裂变要释放核能，则反应前后一定有质量亏损，选项B正确；根据质量数和电荷数守恒可知，该核反应中的d=2，选项C错误；铀核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能都小，选项D错误；此题选项错误的选项，故选CD．
14．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．
15．
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒完成核反应方程．经过1个半衰期，有半数发生衰变，根据半衰期的次数求出剩余量占开始时的几分之几．
【详解】
第一空.根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2,质量数为4,为 ．
第二空.经7.8×10-16s，知经历了3个半衰期，所剩占开始时的.
【点睛】
解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒.
16． U＋n→Sr＋Xe＋10n 3.3×1027 MeV
【解析】(1)根据核反应的质量数与质子数守恒，生成物中中子的个数：n=235+1?90?136=10
则核反应方程为：U＋n→Sr＋Xe＋10n????????????????????
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
△m=(235.0439+1.0087)?(89.9077+135.9072+10×1.0087)=0.1507u；
所以△E=△m×931.5=0.1507×931.5MeV=140.38MeV；
9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是：
17．不对
【解析】1 kg汽油所包含的静质能是9×1016 J，而1 kg汽油的燃烧值为4.6×107 J，这只是静质能的二十亿分之一，而核能约占它总静质能的8.5%，因而物体燃烧、核反应释放出的能量都只是静质能中极小的一部分。
18．（1）； （2）25
【解析】（1）411H→24He+210e
（2）△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u=0.0267?u
△E=0.0267?u×931.5MeV/u≈25?MeV???．
点睛：写核反应方程要注意两边的质量数和电荷数守恒；知道△E=△mc2中△m是亏损质量，△E是释放的核能．注意有效数字的保留．