山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 单元复习题（含解析）

核能
1．太阳能是一种绿色可再生能源，人们正大力推广和使用太阳能。太阳的巨大能量是由于太阳内部所发生的一系列核聚变反应形成的。太阳内部所发生的核反应可能是
A． B．
C． D．
2．下列说法正确的是
A．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
B．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
C．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
D．氮原子核由两个质子和两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，且这3种力从大到小的排列顺序是核力、库仑力、万有引力
3．原子核经常处于不稳定状态，经过外界干扰或自身衰变而变成新的物质，但符合一定的规律．下列说法正确的是
A．经过多次α、β衰变形成稳定的的过程中，有4个中子转变成质子
B．天然放射现象说明原子核也有复杂结构，元素衰变速度与外界的温度和压力有关
C．核泄漏事故污染物Csl37能够产生对入体有害的辐射，其核反应方程式为＋X，可以判断X为电子
D．是α衰变反应
4．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变的核反应方程是，则下列叙述正确的是
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有144个核子
C．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数增加
5．科学技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识．下列说法中正确的是（ ）
A．β衰变说明原子核内部存在自由电子
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
C．α粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的
D．氡原子核的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天一定只剩下1个未发生衰变
6．关于质量亏损和原子核的结合能以下说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量
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．核子结合成原子核时会出现质量亏损，亏损的质量转化为释放的能量
D．原子核的平均结合能越大，则原子核中核子的平均质量就越小，在核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越小
7．用中子(n)轰击锂核(Li)发生核反应，产生氚核(H)和未知粒子并放出4.8MeV的能量，已知1MeV=1.6×10-13J．下列说法正确的是
A．未知粒子为α粒子
B．未知粒子为β粒子
C．反应中的质量亏损为8.5×10-29kg
D．锂核的比结合能大于氚核的比结合能
8．下列关于核反应方程及描述正确的是
A．N+He→O+H是α衰变方程
B．U→Xe+Sr+n是核聚变方程
C．H+H→He+n是α衰变方程
D．He+Al→P+n是人工放射性的核反应方程
9．下列说法正确的是（ ）
A．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
B．裂变反应有质量亏损，质量数不守恒
C．γ射线是一种波长很短的电磁波
D．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化
10．下列关于核反应的表述正确的有
A．衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
B． 是轻核聚变
C． 中，X表示
D．半衰期与原子所处的化学状态无关
11．11．下列说法正确的是( )
A．α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂结构
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的
C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力
D．较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核，核子的比结合能都会增加
12．关于原子核，下列说法正确的是
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．一群处于n=3能级的氢原子，向较低能级跃迁时最多能放出3种频率的光
C．的半衰期是5天，100克经过10天后剩下的的质量为50克
D．β衰变所释放的电子来自原子核外的电子
13．已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu→X+He+γ，下列有关说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有92个质子．
B．100个Pu经过24100年后一定还剩余50个．
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量增加．
D．衰变发出的放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力．
14．原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是（ ）
A．中等质量核的比结合能大，这些核较稳定
B．核比核更稳定
C．核裂变成两个中等质量的核时释放能量
D．核的结合能比核的大
15．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：
＋―→＋＋3。
已知的原子质量为235.043 9u，的原子质量为1.008 7u，的原子质量为138.917 8u，的原子质量为93.915 4u，且1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是________MeV。
16．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料，受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生 个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要 （选填“大于”或“小于”）它的临界体积。
17．(1)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程 是太阳内部的许多核反应中的一种，其中为正电子，ve为中微子，确定核反应方程中a、b的值；
(2)一静止的核经α衰变成为核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?
18．在某些恒星内部，3个氦核(He)结合成1个碳核(C)．已知1个氦核的质量为、1个碳核的质量为，1个质子的质量，1个中子的质量，真空中的光速．求：（结果保留2位有效数字）
(1)核反应中释放出的核能；
(2)碳核的比结合能．
参考答案
1．A
【解析】太阳能的产生是由于太阳内部所发生的一系列核聚变反应形成的，聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核，由题目知A正确。故选A。
2．D
【解析】
比结合能越大的原子核越稳定，但是它的结合能不一定越大，例如中等核，选项A错误；重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能大，比结合能小，选项B错误；将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能．故C错误．氮原子核由两个质子和两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，核力是强力，它能将核子束缚在原子核内．万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略，则这3种力从大到小的排列顺序是核力、库仑力、万有引力，选项D正确；故选D.
3．C
【解析】
根据质量数和电荷数守恒知：238-206=4×8，发生8次α衰变；92=82+2×8-6，发生6次β衰变，β衰变的实质即为中子转化为质子同时释放电子，则有6个中子转变成质子，故A错误；天然放射现象说明原子核也有复杂结构，元素衰变速度与外界的温度和压力无关，选项B错误；根据质量数和电荷数守恒可知，X电荷数为-1，质量数为0，则X是电子，选项C正确；D中的反应是轻核聚变反应，选项D错误；故选C.
4．B
【解析】
根据质量数守恒，则X的质量数：m=235+1-89-3=144，可知X原子核中含有144个核子；
根据核电荷数守恒，得：z=92-36=56；所以X中的中子数：n=m-z=144-56=88，可知X原子核中含有88个中子．故A错误，B正确；在核反应的过程中，质量数是守恒的．总质量数既不减小，也不增加．故C错误，D错误；故选B．
点睛：解决本题的关键知道核反应前后质量数守恒，在重核裂变的过程中有质量亏损，向外放出能量．同时要明确，是所有的核反应中，质量数是守恒的，但质量不守恒，二者不可混淆．
5．B
【解析】
β衰变是原子核内的中子转化为质子同时释放出电子，不是证明原子核内部存在电子，故A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，故B正确；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故D错误．所以B正确，ACD错误．
6．B
【解析】根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以从理论上来说，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；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，该过程中要释放能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能．故B正确；核子结合成原子核时会出现质量亏损，质量亏损以能量的形式释放出来，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错误；故选B.
点睛：本题考查了结合能的知识，知道当核子结合成原子核时有质量亏损，要释放一定能量，原子核的平均结合能越大，表示原子核的核子结合得越牢固.
7．A
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可知，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为α粒子，故A正确，B错误；反应中的质量亏损为，故C错误；锂核的比结合能小于氚核的比结合能，故D错误。
故选A.
8．D
【解析】
A反应是原子核的人工转变方程，选项A错误；B反应是核裂变方程，选项B错误；C反应是轻核聚变方程，选项C错误；D是人工放射性的核反应方程，选项D正确；故选D.
9．ACD
【解析】
A．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，A正确；
B．裂变反应有质量亏损，但质量数与质子数守恒，B错误；
C．射线是一种频率很高，而波长很短的电磁波，C正确；
D．玻尔理论的假设之一是提出量子化观点，D正确．
故选ACD。
10．BCD
【解析】
衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项A错误； 是轻核聚变，选项B正确；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知， 中，X表示，选项C正确；半衰期与原子所处的化学状态无关及外部条件均无关，选项D正确；故选BCD.
11．BD
【解析】α粒子散射实验说明原子具有复杂结构，选项A正确；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的，选项B正确； 从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线良好的穿透能力，选项C错误； 较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核，都要释放很大的能量，故核子的比结合能都会增加，选项D正确；故选BD.
12．AB
【解析】
A．原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A正确；
B．由玻尔理论知氢原子的能量是不连续的，一群氢原子处于n=3的能级，最多只能放出频率的光子，故B正确；
C．设原来的质量为m0，衰变后剩余质量为m，则有：
g
即可知剩余质量的质量为25g，故C错误；
D．衰变所释放的电子是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子时产生的，故D错误．
故选AB．
13．AD
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，原子核中含有92个质子．质量数为235，则中子数为143．故A正确．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．故B错误．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量减小．故C错误．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力．故D正确．故选AD．
【点睛】
此题关键要知道核反应中电荷数守恒、质量数守恒守恒，质量数等于质子数和中子数之和．半衰期具有统计规律，对于大量的原子核适用．
14．AC
【解析】
由图可知，中等质量的原子核的比结合能最大，所以中等质量的原子核最稳定，故A正确．由图可知核离中等质量的原子核更远，故核比核更不稳定，故B错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，释放能量，故C正确；由图可知，核的比结合能比核的大，故D错误，故选AC.
15．1.8×102
【解析】ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102MeV＝1.8×102MeV。
【答案】3;大于
【解析】受一个中子轰击后裂变成和两部分，根据电荷数和质量数守恒有：，，解得，所以中子个数为3；链式反应的条件：裂变物质体积大于临界体积，链式反应才能进行。
17．（1）a=1,b=2（2）0.07 MeV
【解析】
（1）根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a=1,b=2
（2）据题意知：此α衰变的衰变方程为：
根据动量守恒定律得：mαvα＝mThvTh，①
式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知：
mα＋mTh＝Ek，②
③
式中Ek＝4.27 MeV是α粒子与Th核的总动能．
由①②③式得：mTh＝Ek， ④
代入数据得，衰变后核的动能：mTh＝0.07 MeV.⑤
点睛：首先要知道核反应的质量数及电荷数守恒；知道原子核在发生衰变过程中属于反冲现象，满足动量守恒及能量守恒关系，把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的方法．
18．(1) (2)
【解析】
(1)核反应方程为
核反应的质量亏损为
根据
解得
(2)由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成
核子总质量与碳核质量差
由爱因斯坦质能方程，碳核的结合能
碳核的比结合能