上海市中原中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：核能与社会 单元测试题（含解析）

核能与社会
1．在下列两个核反应方程中，X1、X2分别代表一种粒子．① ②，以下判断中错误的是 (　　 )
A．①是衰变反应
B．②是轻核聚变反应
C．X1是α粒子，此种粒子形成的射线具有很强的电离本领
D．X2是中子，X2的质量等于与质量之和减去的质量
2．据央视报道，中科院等离子体物理研究所经过八年的艰苦努力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功，这种装置被称为“人造太阳”（如图），它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生反应并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源．在下列核反应方程中有可能是该装置内部所进行的核反应的是（ ）
A．
B．
C．
D．
3．下列核反应中属于人工转变的是
A．
B．
C．
D．
4．钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素．已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu ，下列有关说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有141个中子．
B．80个Pu经过24100年后一定还剩余40个．
C．衰变发出的放射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力．
D．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量增加．
5．太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026 J，这些能量是(　　)
①重核的裂变反应中产生的 ②轻核的聚变反应中产生的
③原子核的衰变反应中产生的 ④热核反应中产生的
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
6．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的反应，当温度达到K时，可以发生“氦燃烧”．成“氦燃烧”的核反应方程： ，其中的质量为4.0026u ，的质量为7.9932u ； 质量亏损1u相当于放出931.5MeV的能量．对此“氦燃烧”的核反应表述正确的是（ ）
A．该反应过程释放的能量约为11.2MeV
B．“氦燃烧”反应过程是裂变反应
C．“氦燃烧”反应在常温下可进行
D．是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16s．一定质量的，经7.8×10-16s后所剩占开始时的
7．下列说法中错误的是（ ）
A．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为电子
C．卢露福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2
8．.关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是（　 　）
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
C．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个
D．衰变成要经过8次β衰变和6次α衰变
9．核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源．据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是
A．
B．
C．
D．
10．下列说法正确的是（ ）
A．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小
B．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
C．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
D．是聚变反应
11．关于近代物理学的结论中，下面叙述中正确的是　　
A．比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固
B．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
C．一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个中子
D．的半衰期是5天，1000个经过10天后还剩下250个
12．制备氚核的核反应方程：；氘核和氚核结合成氦核的核反应方程:，下列说法正确的是
A．X表示中子
B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都有质量亏损
D．两个核反应都是核聚变反应
13．下列说法正确的是
A．放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度有关
B．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
C．卢瑟福通过实验发现质子，其核反应方程为：
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子所释放的核能ΔE= (m1＋m2－m3) c2
14．关于原子和原子核，下列说法中正确的是
A．在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多
B．放射性元素的半衰期随温度的升高而改变
C．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
D．原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量
15．2017年8月28日，位于东莞市大朗镇的中国散裂中子源（CSNC）首次打靶成功，获得中子束流，标志着散裂中子源主题工程完工，并投入试运行，散裂中子源是通过来自大型加速器的高能质子轰击重金属靶，引起金属原子的散裂反应，释放出大量的中子，然后这些中子形成非常强的中子束流，中子慢化后与样品发生散射，最后由中子谱仪接收，散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具，如一台“超级显微镜”，可以研究DNA，结晶材料，聚合物等物质的微观结构，下列关于中子的说法正确的是___________．
A．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子
B．散裂中子源中产生的强中子束流可以利用电场使之慢化
C．若散裂中子源中的中子束流经慢化后的速度与电子显微镜中的电子流速度相同，此时电子的物质波波长比中子的物质波波长短
D．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定
16．质子与中子结合成氘核，同时释放出光子，核反应方程是．下列说法中正确的是
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．核子结合成原子核时，一定释放出核能
D．光子具有的能量为，为核反应中的质量亏损
17．关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．比结合能越大，原子核越不稳定
B．铯原子核()的结合能小于铅原子核()的结合能
C．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
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
18．关于近代物理内容的若干叙述，正确的是（ ）
A．自然界有少量的，具有放射性，能够自发地进行衰变，因此在考古中可以利用来测定年代
B．重核裂变过程质量增大，轻核聚变过程有质量亏损
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
D．通过化学反应不能改变放射性物质的半衰期
19．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（ ）
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的射线能使某金属板逸出光电子，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．由图可知，随原子序数的增大核子的平均质量选减小后增大
20．下列选项中符合相关物理知识的是（ ）
A．氯元素的半衰期为3.8天，若有8个氯原子核，则7.6天后还剩2个氯原子核未衰变
B．原子核的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
C．比结合能越大,原子核中核子结合的越牢固,原子核越稳定
D．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性,前者标明光具有能量,后者表明光子除了具有能量外还具有动量
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A、根据质量数守恒和核电荷数守恒可知①是原子核的α衰变反应，故A不符合题意；
B、核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，由此可知②是轻核聚变反应，故B不符合题意；
C、根据质量数和电荷数守恒可知X1是α粒子，此种粒子电离能力强，贯穿能力弱，故C不符合题意；
D、根据质量数和电荷数守恒可知X2是中子，由于反应过程中有质量亏损，因此X2的质量小于与质量之和减去的质量，故D符合题意．
故选D．
2．B
【解析】
轻核聚变释放较大的能量，释放的能量比重核裂变释放的能量大得多，该装置承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，内部进行的是轻核聚变，故B正确，ACD错误．
故选B．
3．C
【解析】
A．两轻核结合成中等质量的核，属于轻核聚变，A错误．
B．反应物只有一个，自发的发生核反应，生成物为α粒子或β粒子为衰变，则B错误．
C．α粒子轰击其他的原子核，生成新的核，为人工核转变，典型代表为三大发现，C正确．
D．重核在中子的轰击作用下生成多个中核，生成新的中子继续反应构成链式反应，为重核裂变，D错误．
故选C．
【点睛】
衰变生成物为α或β粒子，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．
4．C
【解析】
根据电荷数守恒和质量数守恒得，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为235-92=143，A错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，B错误；衰变发出的放射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力，不带电，C正确；在衰变的过程中，释放大量能量，有质量亏损，总质量减小，D错误．
5．D
【解析】
太阳放出的能量由轻核的聚变反应（也叫热核反应）产生的；
故选D．
6．A
【解析】
“氦燃烧”是核聚变反应，由于质量亏损而释放能量，而1u=931.5MeV，故释放的能量约为，故A正确，B错误；核聚变又叫热核反应，在常温下很难进行，需要加热到很高的温度，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑力，碰撞时十分接近，发生聚变，故C错误； 一定质量的，在，经历了3个半衰期，所剩占开始的，D错误．
7．C
【解析】
A．根据玻尔理论可知，氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光的能量大于氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应．故A正确，不符合题意；
B．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，衰变后的产物x的质量数为0，电荷数为-1，衰变方程为：，所以x是电子．故B正确，不符合题意；
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构理论．故C错误，符合题意；
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子的过程中亏损的质量为(2m1+2m2-m3)，根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2．故D正确，不符合题意．
故选C.
【点睛】
该题考查原子物理学的多个知识点的内容，其中玻尔理论与质能方程为这一部分的重点，要准确理解其内容．
8．C
【解析】
A、比结合能越大原子核越稳定,原子核的结合能越大,原子核不一定越稳定,故A错误;?
B、只有较小的原子核才会发生聚变,故B错误;?
C、按照质量数和电荷数守恒可以知道发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，故C正确；
D、按照核反应中电荷数与质量数守恒可知衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变，故D错误；
故选C
点睛：在核反应中遵循电荷数与质量数守恒，可以按照这个写出核反应方程式．
9．C
【解析】
A项：为核聚变；
B项：为核裂变；
C项：为衰变；
D项：为人工转变；
故本题应选C．
点晴：解决本题关键理解核聚变、核裂变、衰变、人工转变，其中衰变分为衰变、衰变，发生衰变或衰变同时伴随衰变的产生．
10．A
【解析】
试题分析：由光电效应方程可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，A正确．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，轨道半径减小，该过程中电场力做正功，所以电势能减小，同时辐射一定频率的光子，电子的动能增大，B错误；半衰期具有统计规律对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，C错误．该反应是裂变反应．D错误．选A.
【点睛】用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小；根据玻尔理论分析；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用；重核在吸收一个慢中子后分裂成两个中等质量的原子核的反应为裂变反应．
11．ABC
【解析】
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A正确；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，B正确；根据电荷数守恒和质量数守恒，一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个中子，C正确；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，D错误．
12．AC
【解析】
由电荷数和质量数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，选项A正确；同理可知Y的质量数为6，电荷数为3，中子数为3，选项B错误；两个反应都放出能量，则都有质量亏损，选项C正确；氘核和氚核结合成氦核的核反应是聚变反应，另一个不是聚变反应，选项D错误；故选AC.
13．BC
【解析】
放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度无关，选项A错误；α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，选项B正确；卢瑟福通过实验发现质子，其核反应方程为：，选项C正确；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子所释放的核能ΔE= (2m1＋2m2－m3) c2，选项D错误；故选BC.
14．AD
【解析】
【详解】
A、核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑力大得多，故A正确；
B、放射性元素的半衰期不随温度、状态及化学变化而变化，是由原子核内部本身决定的，故B错误；
C、比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故C错误；
D、原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，因为核子结合成原子核时要释放能量，由质能方程知质量减小，故D正确。
故选AD．
15．AD
【解析】
【详解】
A．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子,选项A正确；
B．中子不带电，则散裂中子源中产生的强中子束流不可以利用电场使之慢化，选项B错误；
C．根据德布罗意波长表达式，若散裂中子源中的中子束流经慢化后的速度与电子显微镜中的电子流速度相同，因中子的质量大于电子的质量，则中子的动量大于电子的动量，则此时电子的物质波波长比中子的物质波波长长，选项C错误；
D．中子不带电，则原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定，选项D正确；
故选AD.
16．ACD
【解析】
该聚变反应的过程中向外释放能量，因而有质量亏损，反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和，A正确B错误；核子结合成原子核时，有质量亏损，一定释放出核能，C正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，光子具有的能量为，为核反应中的质量亏损，D正确．
17．BC
【解析】比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；铯原子核不如铅原子核稳定，所以铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，故B正确；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C正确；根据质能方程可知，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D错误。所以BC正确，AD错误。
18．ACD
【解析】
【详解】
A．半衰期是固定不变的，故在考古中可利用14C来测定年代，故A正确;
B．裂变和聚变过程都有质量亏损，释放能量，故B错误；
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正确；
D．放射性物质的半衰期与物理，及化学性质无关，故D正确。
故选ACD。
19．BD
【解析】
图象可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能，故A错误；A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，故B正确；光电子的初动能是与入射光的频率有关，入射光频率越高，光电子的初动能越大，增加射线强度逸出的光电子的最大初动能不变，故C错误；由图可知，随原子序数的增大核子的平均质量选减小后增大，故D正确．所以BD正确，AC错误．
20．CD
【解析】半衰期是统计规律，对少数原子核不适用，A错误；原子核的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关，选项B错误；比结合能越大,原子核中核子结合的越牢固,原子核越稳定，选项C正确；光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性,前者标明光具有能量,后者表明光子除了具有能量外还具有动量，选项D正确；故选CD.