物理选修3-5全套讲义第四章核能章末检测4

章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．其中1～7题为单项选择题，8～10题为多项选择题)1．现已建成的核电站的能量来自于()A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素衰变放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量答案C解析核电站是利用铀235裂变释放出核能来发电的，选项C正确．2．在核反应式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋kX中()A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是质子，k＝9 D．X是质子，k＝10答案B解析核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边质子数为92＋0＝92，右边质子数为38＋54＋kx＝92，x＝0，X的质子数为0，所以X为中子，左边质量数为235＋1＝236，右边质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的数值为10.3．氘核eq\o\al(2,1)H和氚核eq\o\al(3,1)H结合成氦核eq\o\al(4,2)He的核反应方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，下列说法正确的是()A．这个核反应称为人工核反应B．要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文，式中17.6MeV是核反应中吸收的能量C．核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量减少了3.1×10－29D．核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量增加了3.1×10－29答案C解析eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV为轻核聚变反应(或热核反应)，选项A错误；17.6MeV是反应中释放出的能量，选项B错误；由ΔE＝Δmc2可知，质量减少Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝3.1×10－29kg，选项C正确，D错误．4．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为6eq\o\al(2,1)H→keq\o\al(4,2)He＋deq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV.由守恒条件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案B解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋2①6＝2k＋d②解①②式得k＝2，d＝2.5．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)答案B解析根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知，得到的氘核为eq\o\al(2,1)H，故A错误；聚变反应过程中辐射一个γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量为E＝Δmc2＝(m2＋m1－m3)c2，故C错误；由c＝λν及E＝hν得λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D错误．6.如图1所示，“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的eq\o\al(3,2)He含量十分丰富，科学家认为，eq\o\al(3,2)He是发生核聚变的极好原料，将来eq\o\al(3,2)He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于eq\o\al(3,2)He下列说法正确的是()图1A.eq\o\al(3,2)He的原子核内有三个中子两个质子B.eq\o\al(3,2)He的原子核内有两个质子两个中子C.eq\o\al(3,2)He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.eq\o\al(3,2)He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起答案C解析eq\o\al(3,2)He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A、B错误；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，D错误．7．下列说法正确的是()A．天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)经过4次α衰变和8次β衰变变成eq\o\al(208,82)Pb(铅)B．α衰变产生的α射线穿透能力最强C．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－m3D．由爱因斯坦质能方程可知，质量和能量可以相互转化答案C解析天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)衰变变成eq\o\al(208,82)Pb，根据质量数守恒和质子数守恒，需要经过n＝eq\f(232－208,4)＝6次α衰变、经过m＝2n－(90－82)＝4次β衰变，即天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)经过6次α衰变和4次β衰变变成eq\o\al(208,82)Pb(铅)，选项A错误；α衰变产生的α射线电离能力最强，穿透能力最弱，选项B错误；质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损Δm＝2m1＋2m2－m3，由质能方程可知，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2，选项C正确；爱因斯坦质能方程只是反映了质量与能量之间的关系，质量和能量不可以相互转化，选项D错误．8．“两弹一星”长了中国人的志气，助了中国人的威风．下列核反应方程中，属于研究两弹的基本核反应方程的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案BD解析“两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，B选项正确．氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确．9．下列关于爱因斯坦质能方程的说法中正确的是()A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能B．E＝mc2是物体各种形式能的总和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走答案BD解析由爱因斯坦质能方程E＝mc2表明物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，选项A错误，B正确；ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，亏损Δm的质量将产生ΔE＝Δmc2的能量，选项C错误，D正确．10．关于核反应方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子)，已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期为T，则下列说法正确的是()A.eq\o\al(234,91)Pa没有放射性B.eq\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变C．N0个eq\o\al(234,90)Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为eq\f(3,4)N0ΔE(N0数值很大)D.eq\o\al(234,90)Th的比结合能为eq\f(ΔE,234)答案BC解析原子序数大于83的原子核均具有放射性，A项错误；该核反应为β衰变，是原子核内的一个中子转化为一个质子，同时释放出一个电子，B项正确；N0个eq\o\al(234,90)Th原子核经2T时间发生衰变的个数为eq\f(3,4)N0，由核反应方程知，放出的核能为eq\f(3,4)N0ΔE，C项正确；由比结合能的定义知，D项错误．二、填空题(本题共1小题，共6分)11．(6分)在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)．A.eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(12,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案CABEF解析衰变的反应物只有一个，生成物有eq\o\al(4,4)He或eq\o\al(0,－1)e；重核裂变的反应物是U核和中子，生成中核；氢核聚变是轻核合成为中核．三、计算题(本题共4小题，共44分)12．(10分)已知氘核的质量mD＝3.3446×10－27kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子和中子，质子质量mp＝1.6726×10－27kg，中子质量mn＝1.6749×10答案3.94×1020Hz解析氘核分为质子和中子，增加的质量为Δm＝mp＋mn－mD＝(1.6726＋1.6749－3.3446)×10－27＝0.0029×10－27吸收的入射光子的能量为E＝Δmc2＝0.0029×10－27×(3×108)2J＝2.61×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的频率为ν＝eq\f(E,h)＝eq\f(2.61×10－13,6.63×10－34)Hz≈3.94×1020Hz.13．(10分)两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.0136u，氦核质量mHe＝3.0150u，中子质量mn＝1.0087u.(1)计算释放出的核能；(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35MeV，它们正碰发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？答案(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV解析(1)核反应方程为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(3,1)He.该反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.0035u.由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5MeV≈0.0035×931.5MeV＝3.26MeV.(2)由动量守恒有0＝mHevHe＋mnvn①由能量守恒有：eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)＋eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,n)＝ΔE＋2Ek0②由①②式代入数据可得EkHe＝0.99MeV，Ekn＝2.97MeV.14．(12分)在可控核反应堆中需要使快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂．中子在重水中可与核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案用重水作减速剂减速效果更好解析设中子质量为Mn，靶核质量为M，由动量守恒定律得Mnv0＝Mnv1＋Mv2由能量守恒定律得eq\f(1,2)Mnveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)Mnveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2)解得v1＝eq\f(Mn－M,Mn＋M)v0在重水中靶核质量MH＝2Mn，v1H＝eq\f(Mn－MH,Mn＋MH)v0＝－eq\f(1,3)v0在石墨中靶核质量MC＝12