山东省济南中学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．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为,裂变方程为,其中、、Y、的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c.下列叙述正确的是
A．发生的是β衰变
B．Y原子核中含有56个中子
C．若提高温度,的半衰期将会变小
D．裂变时释放的能量为
2．下列说法中正确的是（　　）
A．铀235裂变成氙136和锶90并放出9个中子
B．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半
C．石墨在反应堆起到降低核反应速度的作用
D．较重的核分裂成中等质量大小的核，核子的比结合能会增加
3．下列方程与对应括号中所表示的核反应类型相符的是（　　）
A．（人工转变）
B．（α衰变）
C．（轻核聚变）
D．（重核裂变）
4．下列说法中正确的是
A．核反应方程中，若k＝2，则X是电子
B．一群处于n＝3能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子
C．质量为m的某放射性物质经过半个半衰期还剩余质量为m的该物质
D．若α衰变 中释放的能量为E，则平均每个核子释放的能量为
5．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖，大多数粒子发生核反应的过程中都伴随着微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等，下列关于核反应的说法正确的是
A．衰变为，经过3次衰变，2次衰变
B．是衰变， 是衰变
C．是重核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
D．高速粒子轰击氮核可以从氮核中打出中子，经过一小段时间之后，速度变为
6．关于原子物理，下列说法正确的是（ ）
A．发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率和入射光的强度有关
B．大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中一种必与入射光频率相同
C．比结合能越小的原子核越稳定
D．是核聚变方程
7．下列说法中正确的是：
A．α粒子散射实验证明原子内部的正电荷是均匀分布的
B．氢原子的发射光谱是连续谱
C．轻核的聚变和重核的裂变都可以放出核能
D．镉棒在裂变反应堆中使快中子变为慢中子
8．居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的岩石会释放出放射性气体氡。人们若经常处于高浓度氡环境中，氡会经呼吸进入人体并停留于呼吸道中进行放射性衰变，放射出α、β、γ射线。这些射线会导致细胞发生癌变，引发肺癌、白血病及呼吸道等方面的疾病。下列说法正确的是（ ）
A．铀衰变为氡要经过4次α衰变和2次β衰变
B．处于激发态的氡原子发出一束蓝光照射到某金属能产生光电效应，若这束蓝光被遮住一半，则不会产生光电效应
C．放射性元素发生β衰变时所释放的负电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
D．放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，设中子、质子和α粒子的质量分别为m1、m2、m3，则2(m1+m2)=m3
9．是太阳内部核反应之一，该核反应过程释放的能量是ΔE。已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．该核反应是α衰变 B．该核反应中平均每个核子亏损的质量为
C．ΔE是的结合能 D．由于质量亏损，因此该核反应过程中质量数不守恒
10．下列关于天然放射现象和有关核反应中说法正确的是（　 ）
A．铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
B．在α、β、γ这三条射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
C．核反应中，X表示的是质子
D．一个质子一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．此核反应中，氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
11．关于原子核的结合能，正确的是（ ）
A．组成原子的核子数越多，它的结合能就越大
B．组成原子的核子数越多，它的比结合能越大
C．比结合能越大，则核子结合得越牢固
D．比结合能越大，则核子平均质量越大
12．（1）放射性元素氡（）的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核（），设氡核、钋核和X粒子的质量为m1、m2、m3，下列说法正确的是_________-．
A．该过程的核反应放出是
B．发生一次核反应释放的核能为
C．1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.5g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能大
13．下列说法正确的是
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
C．将放射性元素存放于密封铅盒中可减缓放射性元素的衰变
D．经过一系列衰变和衰变后变成，则比少16个中子
14．下列说法正确的是( )
A．方程式 是重核裂变反应方程
B．原子的结合能越大，原子中核子结合的越牢固
C．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时所产生的
D．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
15．（1）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”．完成“氦燃烧”的核反应方程He+___→Be+γ.?
(2)Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16 s.一定质量的Be,经7.8×10-16 s后所剩Be占开始时的____．
(3)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为___．该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为____．
(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．
16．一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为_________。该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为_____________________。
17．电子的静止质量m0＝9.11×10－31 kg.
(1)试用焦和电子伏为单位来表示电子的静质能．
(2)静止电子经过106 V电压加速后，其质量和速率各是多少？
18．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．
（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．
（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．
参考答案
1．D
【解析】
A.根据质量数守恒，电荷数守恒，X为氦原子核，发生的是α衰变，故A错误；
B. 根据质量数守恒，电荷数守恒可知，Y的质量数：A=235+1?89?3=144，电荷数：z=92?36=56，由原子核的组成特点可知，y原子核中含有56个质子，中子数为：144?56=88个．故B错误；
C.半衰期与温度、压强等外界因素无关，故C错误；
D．由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得：△E=△m?c2=(m1?m2?m3?2m4)c2.故D正确；
故选D
点睛：根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，即可求解；半衰期与温度、压强等外界因素无关；根据爱因斯坦质能方程判断释放的能量．
2．D
【解析】
发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，铀235裂变成氙136的锶90的过程中，质量数守恒，由于中子的质量数等于1，所以中子的个数：，所以可能的裂变的反应方程式为：，A错误；经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，产生新核，导致剩下的总质量要大于原质量的一半，B错误；核反应堆中的燃料是铀，用石墨、重水作为慢化剂，石墨在反应堆起到使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收的作用，C错误；裂变和聚变都伴随着巨大能量的释放，出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知道：核子的比结合能都会增加，D正确．
3．D
【解析】
A中原子核的质子增大1，同时有一个电子生成，是衰变，A错误；B是氢核的聚变，不是衰变，B错误；C是用粒子轰击氮核，发现质子的方程，是人工核转变方程，C错误；D是是重核裂变，D正确．
4．B
【解析】根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知， 中，若k＝2，则X的质量数为零，电荷数为1，故应为正电子，A错误；一群处于n＝3能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子，B正确；质量为m的某放射性物质经过一个半衰期还剩余质量的该物质，C错误；若α衰变中释放的能量为E，共有核子A个，平均每个核子释放的能量为，D错误；故选B．
5．A
【解析】设经过了m次衰变，则：4m=234-222=12，所以m=3；经过了n次衰变，有：2m-n=90-86=4，所以n=2．故A正确；核反应方程是轻核聚变， 是β衰变，故B错误； 是重核裂，也是原子弹的核反应方程，C错误； 粒子轰击氮核可打出质子的核反应方程应，故D错误；故选A．
6．B
【解析】A、发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故A错误；
B、氢原子处于基态，被一束单色光照射时，先吸收能量，向高能级跃迁，然后又从高能级向低能级跃迁，放出能量，发出多种频率的光子，其中从激发态跃迁到基态发出光子的频率与入射光频率相同，故B正确；
C、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C错误；
D、是重核裂变方程，故D错误；
故B。
7．C
【解析】卢瑟福的α粒子散射实验可以估算原子核的大小，直径的数量级为10-15m，证明原子内是十分“空旷”的，A错误；玻尔提出能量量子化，所以氢原子只能特定的频率的光子，所以氢原子的氢原子的发射光谱是线状谱，B错误；轻核的聚变和重核的裂变都存在质量亏损，都可以放出核能，C正确；镉棒的作用是吸收中子，而不是转变为慢中子，D错误．
8．A
【解析】铀衰变为氡，质量数减小16，而质子数减小6，经过一次次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，所以A正确；光的强度增大，则单位时间内逸出的光电子数目增多，遮住一半，光电子数减小，但仍发生光电效应，光电子最大初动能将不变，故B错误；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的，所以C错误；放射性元素在发生α衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，由质量亏损，即为△m=2m1+2m2-m3，故D错误。故选A.
点睛：本题主要考查了3-5中的理论知识，只要在平时学习中多积累记忆不难做出解答，注意光电效应发生条件，理解质量亏损的概念．
9．B
【解析】A项：该反应是由轻核结合成原子序数较大的核为核聚变，故A错误；
B项：该核反应过程释放的能量是ΔE，根据爱因斯坦质能方程可知， ，所以每个核子亏损的质量为，故B正确；
C项：根据结合能的定义：将核子结合在一起所放出的能量或将原子核分解为自由核子吸收的能量可知， 为和的结合能，故C错误；
D项：该核反应过程中质量数守恒，质量不守恒，故D错误。
点晴：解决本题关键理解爱因斯坦质能方程，核反应由于放出能量，所以质量不守恒，但不表示质量数不守恒，注意区分。
10．ABD
【解析】
根据238-206=4×8，知发生了8次衰变，92-82=2×8-6，知发生了6次衰变，A正确；在这三条射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，B正确；根据质量数守恒和电荷数守恒知X是正电子，C错误；一个质子一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子．此核反应中，氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，D正确．
11．AC
【解析】A、原子核的核子数越多，核力做功越多，结合能越大，故A正确；B、质量中等的原子核，比结合能最大，因此组成原子核的核子数越多，它的比结合能不一定越大，故B错误；C、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C正确；D、根据核子平均质量曲线与比结合能曲线可知比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小，故D错误。故选AC．
【点睛】本题考查了结合能和比结合能的区别，注意两个概念的联系和应用是关键；组成原子核的核子数越多，它的结合能不一定越小；组成原子核的核子数越多，它的比结合能也不一定越大．
12．AD
【解析】
A. 根据核反应过程质量数守恒，电荷数守恒，该核反应方程方程是，故A正确；
B. 聚变反应中亏损的质量转化为能量，故释放的核能为E=(m1-m2?m3)c2，故B错误；
C. 1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.25g，故C错误；
聚变反应中的质量亏损△m=m1+m2?m3?m4，故C错误；
D. 从氡核衰变到钋核放出核能，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D正确．
故选：AD
点睛：核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒；正确利用质能方程求释放的能量；比结合能越大，表示原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定．
13．AD
【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正确。卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B错误。衰变的快慢与元素所处的物理环境和化学状态无关，故C错误。 经过一系列α衰变和β衰变后变成，电荷数少8，质量数少24，则中子数少16，故D正确。故选AD。
14．CD
【解析】方程式 是α衰变方程，选项A错误；原子的比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，选项B错误；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时所产生的，选项C正确；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，选项D正确；故选CD.
15．1He或α 12.5% 污染 光电效应
【解析】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为．
（2）半衰期为2.6×10-16s，经7.8×10-16s，即3个半衰期，根据知，剩余
占开始时的．
（3）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：；氘核的比结合能为；
（4）(4)太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．
16．
【解析】设某原子核的质量数为x,核电荷数为y,根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得 x+1=2,0+y=1,联立两式解得x=1,y=1,该原子核为质子,核反应方程式为 。核反应放出能量为Q时, 的比结合能为.
【点睛】应用质量数与核电荷数守恒可以写出核反应方程式，知道结合能的概念是正确求出结合能的关键．
17．(1)8.2×10－14 J　0.51 MeV　(2)2.95m0　0.94c
【解析】(1)由质能方程得：
E＝mc2＝9.11×10－31×(3×108)2 J＝8.2×10－14 J＝eV＝0.51 MeV.
(2)由能量关系得：eU＝(m－m0)c2，解得m＝＋m0＝kg＋9.11×10－31 kg＝2.69×10－30 kg＝2.95 m0.
结果表明速度已非常大，所以.
解得：v＝c ＝3×108×m·s－1＝0.94c.
点睛：本题考查了电子的静质能、电子质量与速度，应用质能方程、相对论公式即可解题，解题时注意单位换算．
18．（1）（2）17.6MeV
【解析】（1）由电荷数守恒、质量数守恒得，核反应方程为：，
由质能方程得释放的核能为：△E＝(m1+m2?m3?m4)c2，
若此核能全部以光子形式释放，由△E＝h知γ光子的波长为： ．
（2）质量亏损为：△m=m1+m2-m3-m4=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u，
则释放的能量为：△E=0.0189×931.5MeV=17.6MeV．
点睛：本题考查了爱因斯坦质能方程的基本运用，知道反应前质量大于反应后的质量，结合质量亏损进行求解．