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2019年高中物理 第4章 核能綜合檢測 魯科版選修3-5 一、選擇題(本大題共7個小題，每小題6分．每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的有多個選項正確，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分．) 1．關(guān)于核力，下列說法中正確的是(　　) ①原子核內(nèi)每個核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用?、诎葱再|(zhì)分核力屬萬有引力?、酆肆俗幼稣?，原子核要釋放核能　④原子核內(nèi)的某一核子與其他核子間都有核力作用 A．①③　　 B．②④　　 C．①②　　 D．③④ 【解析】　核力是強相互作用，故②錯．核力只在2.0 10－15 m短距離起作用，所以①對④錯．核力結(jié)合成原子核時，核力對核子做正功，放出一定的能量，③對，選A. 【答案】　A 2．熱核反應(yīng)是一種理想能源的原因是(　　) A．就每一個核子平均來說，比重核裂變時釋放的能量多 B．對環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理 C．熱核反應(yīng)的原料在地球上儲量豐富 D．熱核反應(yīng)的速度容易控制 【解析】　聚變反應(yīng)平均每個核子比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均為氫的同位素，在地球上儲量極為豐富，其放射性污染也較裂變輕．但是，目前只是能夠讓輕核聚變發(fā)生，還不能控制聚變反應(yīng)的速度、和平利用聚變時釋放的核能．故正確選項為A、B、C. 【答案】　ABC 3．目前核電站利用的核反應(yīng)是(　　) A．裂變，核燃料為鈾 B．聚變，核燃料為鈾 C．裂變，核燃料為氘 D．聚變，核燃料為氘 【解析】　目前核電站是利用重核U裂變釋放核能來發(fā)電．核反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n，故選A項． 【答案】　A 4．(xx廣東高考)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有(　　) A.U→Th＋He是α衰變 B.N＋He→O＋H是β衰變 C.H＋H→He＋n是輕核聚變 D.Se→Kr＋2e是重核裂變 【解析】　據(jù)核反應(yīng)各類型特點可知：A、D項均為衰變，A中放出α粒子，A正確，D錯誤．B項為人工轉(zhuǎn)變，B錯誤，C項為輕核聚變．C正確． 【答案】　AC 5．(xx龍巖檢測)某原子核X吸收一個中子后，放出一個電子，分裂為兩個α粒子．由此可知(　　) A．A＝7，Z＝3 B．A＝7，Z＝4 C．A＝8，Z＝3 D．A＝8，Z＝4 【解析】　核反應(yīng)方程為X＋n→e＋2He， 根據(jù)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知A＝7，Z＝3，故A項正確． 【答案】　A 6．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止的氘核使之分解，反應(yīng)方程為γ＋D＝p＋n.若分解后的中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是(　　) A.[(mD－mp－mn)c2－E] B.[(mp＋nn－mD)c2＋E] C.[(mD－mp－mn)c2＋E] D.[(mp＋mn－mD)c2－E] 【解析】　根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律可知E＋Δmc2＝2Ek，得Ek＝(E＋Δmc2)＝[(mD－mn－mp)c2＋E]，故C正確． 【答案】　C 7．關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是(　　) A．原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能 C．銫原子核(Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(Pb)的結(jié)合能 D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定 【解析】　原子核分解成自由核子時，需要的最小能量就是原子核的結(jié)合能，選項A正確．重核衰變時釋放能量，衰變產(chǎn)物更穩(wěn)定，即衰變產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，衰變前后核子數(shù)不變，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項B正確．銫核的核子數(shù)比鉛核的核子數(shù)少，其結(jié)合能也小，選項C正確．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，選項D錯誤．自由核子組成原子核時，需放出能量，因此質(zhì)量虧損產(chǎn)生的能量小于原子核的結(jié)合能，選項E錯誤． 【答案】　ABC 二、非選擇題(本大題共5小題，共58分．按題目要求作答．解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位．) 8．(8分)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出γ射線，已知普朗克常量h，真空中的光速為c，則γ射線的頻率為________． 【解析】　反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為m1＋m2－m3，釋放的能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，射線的能量為hν＝(m1＋m2－m3)c2，所以射線的頻率就是ν＝(m1＋m2－m3)c2/h. 【答案】　(m1＋m2－m3)c2/h 9．(10分)(xx楊陵模擬)1993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素Pt，制取過程如下： (1)用質(zhì)子轟擊鈹Be產(chǎn)生快中子，核反應(yīng)方程：______________________________； (2)用快中子轟擊汞Hg，反應(yīng)過程可能有兩種： ①生成Pt，放出氦原子核，核反應(yīng)方程：__________________________； ②生成Pt，放出質(zhì)子、中子，核反應(yīng)方程：___________________________； (3)生成的鉑Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞Hg，核反應(yīng)方程：____， ________________________________________________________________________. 【答案】　(1)Be＋H―→B＋n (2)①Hg＋n―→Pt＋He； ②Hg＋n―→Pt＋2H＋n (3)Pt―→Au＋e；Au―→Hg＋e 10．(xx山東高考)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達到108 K時，可以發(fā)生“氦燃燒”． (1)完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：He＋________→Be＋γ. (2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.610－16s.一定質(zhì)量的Be，經(jīng)7.810－16s后所剩Be占開始時的________． 【解析】　(1)根據(jù)電荷數(shù)的守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有： He＋He→Be＋γ (2)根據(jù)半衰期的意義有m＝ t＝7.810－16 s，T＝2.610－16 s 得＝ 【答案】　(1)He(或α)　(2)(或12.5%) 11．(14分)已知92U(質(zhì)量為235.043 9 u)裂變后生成56Ba(質(zhì)量為140.913 9 u)和Kr(質(zhì)量為91.897 3 u)同時放出3個中子(每個中子質(zhì)量為1.008 7 u)． (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)求1 kg鈾全部裂變所放出的能量相當(dāng)于多少優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時放出的能量？(1 kg優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時能產(chǎn)生3.36107 J的熱量) 【解析】　(1)92U＋n―→56Ba＋Kr＋3n. (2)質(zhì)量虧損為： Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mKr＋3mn) ＝(235.043 9＋1.008 7)u－(140.913 9＋91.897 3＋31.008 7) u＝0.215 3 u. 釋放的核能為： ΔE0＝Δmc2＝0.215 3931.56 MeV≈201 MeV， 已知235 g鈾有6.021023個鈾核，那么1 kg鈾內(nèi)大約有6.021023＝2.561024個鈾核， 由此可知1 kg鈾全部裂變放出能量為ΔE＝2.561024201 MeV＝5.141026 MeV＝5.141032 eV＝8.21013 J， 則相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)煤的質(zhì)量為： M＝ kg＝2.44106 kg. 【答案】　(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)2.44106 kg 12．(14分)太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段，它主要是由正、負(fù)電子和H、He等原子核組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是4H→He＋2e＋E(釋放的核能)，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能．根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%，太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段，為了簡化，假定目前太陽全部由H核組成，太陽質(zhì)量M＝21030 kg，日地中心距離r＝1.51011 m. (1)已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.672 610－27 kg，He質(zhì)量mα＝6.645 810－27 kg，電子質(zhì)量me＝0.910－30 kg，光速c＝3108 m/s，求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能． (2)已知地球上與太陽光垂直的每平方米截面上，每秒通過的太陽輻射能W＝1.35103 W/m2.試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命(估算結(jié)果只要一位有效數(shù)字)． 【解析】　(1)根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式，該核反應(yīng)每發(fā)生一次釋放的核能為 ΔE＝(4mp－2me－ma)c2≈410－12 J. (2)根據(jù)題給假定，在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內(nèi)，發(fā)生題中所述的核聚變反應(yīng)的次數(shù)為N＝10%. 因此，太陽總共輻射的能量為E＝NΔE. 設(shè)太陽輻射是各向同性的，則每秒內(nèi)太陽向外放出的輻射能力為ε＝4πr2W， 所以太陽繼續(xù)保持在主序星的時間為t＝. 由以上各式解得t＝， 以題給數(shù)據(jù)代入，并以年為單位，可得t≈11010年＝1百億年． 【答案】　見解析.