物理選修3-5全套講義第四章核能章末檢測(cè)4

章末檢測(cè)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題5分，共50分．其中1～7題為單項(xiàng)選擇題，8～10題為多項(xiàng)選擇題)1．現(xiàn)已建成的核電站的能量來自于()A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素衰變放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學(xué)反應(yīng)放出的能量答案C解析核電站是利用鈾235裂變釋放出核能來發(fā)電的，選項(xiàng)C正確．2．在核反應(yīng)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是質(zhì)子，k＝9 D．X是質(zhì)子，k＝10答案B解析核反應(yīng)方程應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，在題目所給核反應(yīng)中，設(shè)X的質(zhì)子數(shù)為x，則核反應(yīng)方程的左邊質(zhì)子數(shù)為92＋0＝92，右邊質(zhì)子數(shù)為38＋54＋kx＝92，x＝0，X的質(zhì)子數(shù)為0，所以X為中子，左邊質(zhì)量數(shù)為235＋1＝236，右邊質(zhì)量數(shù)為90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的數(shù)值為10.3．氘核eq\o\al(2,1)H和氚核eq\o\al(3,1)H結(jié)合成氦核eq\o\al(4,2)He的核反應(yīng)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，下列說法正確的是()A．這個(gè)核反應(yīng)稱為人工核反應(yīng)B．要發(fā)生這樣的核反應(yīng)，需要將反應(yīng)物質(zhì)的溫度加熱到幾百萬開爾文，式中17.6MeV是核反應(yīng)中吸收的能量C．核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量比核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量減少了3.1×10－29D．核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量比核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)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為輕核聚變反應(yīng)(或熱核反應(yīng))，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；17.6MeV是反應(yīng)中釋放出的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由ΔE＝Δmc2可知，質(zhì)量減少Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝3.1×10－29kg，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．4．原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為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.由守恒條件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得12＝4k＋d＋2①6＝2k＋d②解①②式得k＝2，d＝2.5．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，得到的氘核為eq\o\al(2,1)H，故A錯(cuò)誤；聚變反應(yīng)過程中輻射一個(gè)γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量為E＝Δmc2＝(m2＋m1－m3)c2，故C錯(cuò)誤；由c＝λν及E＝hν得λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D錯(cuò)誤．6.如圖1所示，“中國(guó)月球著陸探測(cè)器”在中國(guó)航天館揭開神秘面紗．它將帶著中國(guó)制造的月球車，在38萬千米之外的月球表面閑庭信步．月球的表面長(zhǎng)期受到宇宙射線的照射，使得“月壤”中的eq\o\al(3,2)He含量十分豐富，科學(xué)家認(rèn)為，eq\o\al(3,2)He是發(fā)生核聚變的極好原料，將來eq\o\al(3,2)He也許是人類重要的能源，所以探測(cè)月球意義十分重大．關(guān)于eq\o\al(3,2)He下列說法正確的是()圖1A.eq\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有三個(gè)中子兩個(gè)質(zhì)子B.eq\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)子兩個(gè)中子C.eq\o\al(3,2)He發(fā)生核聚變，放出能量，一定會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損D.eq\o\al(3,2)He原子核內(nèi)的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起答案C解析eq\o\al(3,2)He是氦元素的一種同位素，質(zhì)量數(shù)是3，電荷數(shù)是2，原子核內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)子一個(gè)中子，所以A、B錯(cuò)誤；發(fā)生核聚變放出能量就會(huì)有質(zhì)量虧損，C正確；原子核內(nèi)的核子是靠核力緊密結(jié)合在一起的，而不是靠萬有引力緊密結(jié)合在一起的，D錯(cuò)誤．7．下列說法正確的是()A．天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過4次α衰變和8次β衰變變成eq\o\al(208,82)Pb(鉛)B．α衰變產(chǎn)生的α射線穿透能力最強(qiáng)C．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3D．由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化答案C解析天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(釷)衰變變成eq\o\al(208,82)Pb，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和質(zhì)子數(shù)守恒，需要經(jīng)過n＝eq\f(232－208,4)＝6次α衰變、經(jīng)過m＝2n－(90－82)＝4次β衰變，即天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變變成eq\o\al(208,82)Pb(鉛)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；α衰變產(chǎn)生的α射線電離能力最強(qiáng)，穿透能力最弱，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，需要兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，質(zhì)量虧損Δm＝2m1＋2m2－m3，由質(zhì)能方程可知，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2，選項(xiàng)C正確；愛因斯坦質(zhì)能方程只是反映了質(zhì)量與能量之間的關(guān)系，質(zhì)量和能量不可以相互轉(zhuǎn)化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．8．“兩彈一星”長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣，助了中國(guó)人的威風(fēng)．下列核反應(yīng)方程中，屬于研究?jī)蓮椀幕竞朔磻?yīng)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“兩彈”指原子彈和氫彈，原子彈的核反應(yīng)方程是鈾核裂變，B選項(xiàng)正確．氫彈的核反應(yīng)方程是輕核聚變，D選項(xiàng)正確．9．下列關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程的說法中正確的是()A．E＝mc2中的E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能B．E＝mc2是物體各種形式能的總和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中，虧損的質(zhì)量Δm轉(zhuǎn)化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)質(zhì)量，被放出的能量帶走答案BD解析由愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2表明物體的質(zhì)量與其他各種形式的能量之間的關(guān)系，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；ΔE＝Δmc2表明，在核反應(yīng)中，虧損Δm的質(zhì)量將產(chǎn)生ΔE＝Δmc2的能量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．10．關(guān)于核反應(yīng)方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE(ΔE為釋放出的核能，X為新生成粒子)，已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期為T，則下列說法正確的是()A.eq\o\al(234,91)Pa沒有放射性B.eq\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1個(gè)中子，X粒子是從原子核中射出的，此核反應(yīng)為β衰變C．N0個(gè)eq\o\al(234,90)Th經(jīng)2T時(shí)間因發(fā)生上述核反應(yīng)而放出的核能為eq\f(3,4)N0ΔE(N0數(shù)值很大)D.eq\o\al(234,90)Th的比結(jié)合能為eq\f(ΔE,234)答案BC解析原子序數(shù)大于83的原子核均具有放射性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該核反應(yīng)為β衰變，是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子，B項(xiàng)正確；N0個(gè)eq\o\al(234,90)Th原子核經(jīng)2T時(shí)間發(fā)生衰變的個(gè)數(shù)為eq\f(3,4)N0，由核反應(yīng)方程知，放出的核能為eq\f(3,4)N0ΔE，C項(xiàng)正確；由比結(jié)合能的定義知，D項(xiàng)錯(cuò)誤．二、填空題(本題共1小題，共6分)11．(6分)在下列描述的核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號(hào))．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解析衰變的反應(yīng)物只有一個(gè)，生成物有eq\o\al(4,4)He或eq\o\al(0,－1)e；重核裂變的反應(yīng)物是U核和中子，生成中核；氫核聚變是輕核合成為中核．三、計(jì)算題(本題共4小題，共44分)12．(10分)已知氘核的質(zhì)量mD＝3.3446×10－27kg.如果用入射光子照射氘核使其分為質(zhì)子和中子，質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.6726×10－27kg，中子質(zhì)量mn＝1.6749×10答案3.94×1020Hz解析氘核分為質(zhì)子和中子，增加的質(zhì)量為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為E＝Δmc2＝0.0029×10－27×(3×108)2J＝2.61×10－13J.由公式E＝hν知，入射光子的頻率為ν＝eq\f(E,h)＝eq\f(2.61×10－13,6.63×10－34)Hz≈3.94×1020Hz.13．(10分)兩個(gè)氘核聚變產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量mD＝2.0136u，氦核質(zhì)量mHe＝3.0150u，中子質(zhì)量mn＝1.0087u.(1)計(jì)算釋放出的核能；(2)若反應(yīng)前兩氘核的動(dòng)能均為Ek0＝0.35MeV，它們正碰發(fā)生聚變，且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，則反應(yīng)產(chǎn)生的氦核和中子的動(dòng)能各為多大？答案(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV解析(1)核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(3,1)He.該反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝2mD－mHe－mn＝0.0035u.由質(zhì)能方程得釋放核能ΔE＝Δm×931.5MeV≈0.0035×931.5MeV＝3.26MeV.(2)由動(dòng)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式代入數(shù)據(jù)可得EkHe＝0.99MeV，Ekn＝2.97MeV.14．(12分)在可控核反應(yīng)堆中需要使快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作慢化劑．中子在重水中可與核碰撞減速，在石墨中與核碰撞減速．上述碰撞可簡(jiǎn)化為彈性碰撞模型．某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過計(jì)算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？答案用重水作減速劑減速效果更好解析設(shè)中子質(zhì)量為Mn，靶核質(zhì)量為M，由動(dòng)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在重水中靶核質(zhì)量MH＝2Mn，v1H＝eq\f(Mn－MH,Mn＋MH)v0＝－eq\f(1,3)v0在石墨中靶核質(zhì)量MC＝12