山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 章末复习题（含解析）

核能
1．在核反应方程为 ．已知 的质量为2.0136u， 的质量为3.0180u，质量为4.0026u，x的质量为1.0087u．则下列说法中正确是（ ）
A．x是中子，该反应释放能量
B．x是质子，该反应释放能量
C．x是中子，该反应吸收能量
D．x是质子，该反应吸收能量
2．据《每日邮报》报道，英国一名13岁的小学生近日宣布自己在学校实验室实现了核聚变。他表示用氘聚变氦的过程中检测到了中子，证明聚变成功，成为世界上实现聚变的最年轻的人。下面列出的核反应方程，属于聚变的是
A． B．
C． D．
3．下列核反应方程中，属于原子核的人工转变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
4．图为部分原子核的比结合能与核子数的关系图，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子，核反应方程是，下列说法正确的是（）
A．x的值为2
B．该核反应比聚变反应对环境的污染较少
C．，和相比，核的比结合能最小，它最稳定
D．，和相比，核的核子数最多，它的结合能最大
5．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是(　　)
A．β射线是原子核内一个中子转化成一个质子的过程中产生的
B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
C．结合能越大，原子核越稳定
D．一个核反应过程中，质量亏损为Δm，该反应所释放的能量为ΔE=Δmc2
6．与的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．该核反应可表示为 (X表示某种粒子)，若、和的质量分别为m1、m2、m3，则下列选项正确的是 (　　)．
A．X为质子
B．这种核反应在月球上可自发进行
C．高速的X粒子可以用来工业探伤
D．该反应释放的核能ΔE<(m1＋m2－m3)c2
7．关于原子核反应，下列说法正确的是
A．是聚变反应
B．是裂变反应
C．衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变
D．发生β衰变时，中子数不变
8．下列说法正确的是（）
A．结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量
B．核子组成原子核过程中不存在质量亏损
C．中等大小的核的比结合能量大，相应原子核最稳定
D．氘核的比结合能为W，光速为c,则质子和中子结合成氘核过程中质量亏损为W/c2
9．麻省理工学院要建人类史上第一个可控核聚变发电站．该发电站的核反应方程可能是
A．
B．
C．
D．
10．一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程中，X粒子是α粒子
B．核反应方程中，X粒子是质子
C．、和相比，核的比结合能最大，它最稳定
D．、和相比， 核的核子数最多，它的结合能最大
11．下列说法正确的是
A．组成原子核的核子越多，原子核越稳定
B．衰变为经过2次α衰变、4次β衰变
C．诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子
D．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
12．关于光的产生、本质和应用，下列说法正确的是（ ）
A．光是一份一份的，每一份叫做光子，每一个光子的能量是hν，光子打在金属板上，可能发生光电效应
B．光子被吸收，会裂变，发生链式反应，产生核能
C．当大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生6种频率的光子
D．能量为11eV的电子能让处于基态的氢原子跃迁到较高能态
13．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3()”的化学元素，是热核聚变的重要原料．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，下列说法正确的是
A．核反应方程为
B．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量
C．氦3()一个核子的结合能大于氦4()一个核子的结合能
D．氦3()的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量
14．下列与能量有关的说法正确的是( )
A．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子动能增大
C．发生光电效应时，入射光频率增大，光电子的动能增大
D．一群氢原子处于n=4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光
15．氘核和氚核聚变时的核反应方程为，已知的平均结合能是1.09 MeV，的平均结合能是2.78 MeV，的平均结合能是7.03 MeV，则该核反应释放的能量为________ MeV.
16．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近________ kg。
17．已知原子核质量为209.98287u，原子核的质量为205.97446u，原子核的质量为4.00260u，静止的核在衰变中放出粒子后变成，求：
（1）在衰变过程中释放的能量；
（2）粒子从核中射出的动能．
18．用质子轰击锂核，生成了2个粒子．已知：质子的初动能是E1=0.6MeV，质子、粒子和锂核的质量分别是mp=1.0078u，mα=4.0026u，mLi=7.0160u，质量亏损1u释放的核能为931.5MeV，试回答下列问题：
（1）写出这个核反应方程；
（2）求核反应中释放出的能量；
（3）若核反应释放出的能量全部增加为两个α粒子的动能，求核反应后两个α粒子具有的总动能E．
参考答案
1．A
【解析】
某核反应方程为 ．根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0．所以X是中子．反应前质量为2.0136u+3.018u=5.0316u．反应后质量为4.0026u+1.0087u=5.0113u．即得核反应后质量亏损，所以该反应释放能量．故选A.
2．A
【解析】轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是轻核聚变，B是衰变，CD是原子核的人工转变，故BCD错误，A正确。故选A。
【点睛】明确聚变、裂变、以及、衰变，人工核反应等各种核反应方程的特点，即可求解。
3．D
【解析】A、此核反应属于衰变，不是人工转变，故A错误；
B、此反应属于裂变反应，故B错误；
C、此反应属于氢核聚变，故C错误；
D、此反应是用氦核轰击铝核，属于人工转变，故D正确．
故选：D
4．D
【解析】
A、核反应过程中质量数和电荷数分别守恒,则235+1=144+89+x，可得x=3，故A错误；
B、重核裂变反应比轻核聚变反应对环境的污染大，故B错误；
CD、原子核越大，它的结合能越高， 核的核子数最多，它的结合能最大，比结合能越大，原子核越稳定，故C错误，D正确；
故选D．
【点睛】
核反应过程中质量数和电荷数分别守恒，原子核越大，它的结合能越高，比结合能越大，原子核越稳定．
5．A
【解析】
β射线是原子核内一个中子转化成一个质子和电子，故选项A正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，故选项B错误；比结合能越大，说明核子间结合的牢固，原子核越稳定，故选项C错误；核反应释放的能量应该是ΔE=Δmc2，故选项D错误；故选A.
6．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，所以X为中子，故A错误；
B．聚变反应是在超高温和超高压的环境下进行的，因此这种核反应不可能在月球自发进行，故B错误；
C．X是中子，不是γ射线，不可以用来工业探伤，故C错误；
D．根据质能方程可知该反应放出的核能为
△E=（m1+m2-m3-m）c2
所以
△E＜（m1+m2-m3）c2
故D正确．
故选D．
7．C
【解析】
A为卢瑟福用粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子的方程，A错误；B为衰变方程，B错误；根据核反应方程前后质量数守恒、电荷数守恒知，C正确；衰变是原子核内的中子转化为质子释放一个电子，所以中子数减少，故D错误．故选C.
【点睛】原子核的人工转变是由人为行为发生的和反应方程，不是自发的衰变、裂变和聚变等；电荷数、质子数以及质量数之间的关系；能正确根据质量数和电荷数守恒判断发生和衰变的次数．
8．C
【解析】原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A错误；自由核子与自由核子结合成原子核时核力作正功，将放出能量，所以有质量亏损，选项B错误；中等大小的核的比结合能量大，相应原子核最稳定，选项C正确；氘核的比结合能为W，氘核中有2个核子，则结合能为2W，光速为c，则质子和中子结合成氘核过程中质量亏损为2W/c2，选项D错误；故选C.
9．A
【解析】
A、为轻核聚变反应，A正确；B、为α衰变，不是核聚变反应，B错误．C为重核裂变，D为α粒子轰击氮核得到质子的核反应，故选A．
【点睛】解决本题的关键知道各种核反应的类型，知道它们的区别．可控核聚变反应为轻核聚变．由较小的核结合，会释放很高的能量．
10．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．根据U235核裂变的特点可知，U235需要吸收一个中子后才会发生裂变，所以X一定是中子．故A B错误；
C．根据比结合能的曲线可知，在Fe56附近原子核的比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以、和相比，核的比结合能最大，它最稳定．故C错误；
D．由于在核反应的过程中释放核能，可知、和相比， 核的核子数最多，它的结合能最大．故D正确．
故选D．
11．C
【解析】
【分析】
【详解】
原子比结合能越大，原子核越稳定，核子越多的原子核不一定稳定，选项A错误；因为β衰变时质量数不变，所以α衰变的次数n==4，在α衰变的过程中电荷数总共少4×2=8，则β衰变的次数m==2．故B错误．诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子，选项C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，选项D错误；故选C.
12．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．光是一份一份的，每一份叫做光子，每一个光子的能量是hν，光子打在金属板上，可能发生光电效应，故A正确；
B．中子被吸收，会裂变，发生链式反应，产生核能，选项B错误；
C．当大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生种频率的光子，选项C正确；
D．n=1和n=2间的能级差为10.2eV，由于用电子撞击基态的氢原子，部分电子动能被吸收，则用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子，可以使氢原子跃迁到n=2的能级，故D正确．
故选ACD.
点睛：此题要注意：能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，注意吸收的光子能量等于两能级间的能级差时才能被吸收，发生跃迁；而吸收电子时，电子的能量要大于等于能级差即可．
13．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据质量数和电荷数守恒可知，A正确；
B．由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦质能方程，可知生成物的质量小于反应物的质量，B错误；
C．质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故一个生成物核子的结合能大于一个反应物的核子的结合能，C错误；
D．由于质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，D正确．
故选AD。
14．AD
【解析】
比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A正确；根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，电子的轨道半径增加，故动能减小，故B错误；发生光电效应时，入射光频率增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的初动能不一定达到最大；故不能说入射光频率增大，光电子的动能增大，故C错误；一群氢原子处于n=4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光，具体为4→1，4→2，4→3，3→2，3→1，2→1；故D正确．综上分析，AD正确．
15．17.6
【解析】聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.
16．109
【解析】根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝ kg≈109 kg.
17．（1）5.412MeV（2）5.309MeV
【解析】
（1）衰变方程，
衰变过程中质量亏损为：，
反应过程中释放的能量为；
（2）因衰变前后动量守恒，则衰变后粒子和铅核的动量大小相等，方向相反，而，则，即，
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故，
所以粒子从钋核中射出的动能
18．（1）（2）17.3MeV（3）17.9MeV
【解析】
（1）核反应方程为；
（2）反应过程中质量变化量为．
由质能方程可得：；
（3）根据能量守恒得总动能为；