1、第第 4 章章 核能核能 章末检测章末检测 (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 17 题为单项选择题，810 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235 92U 1 0n 90 38Sr 136 54XekX 中( ) AX 是中子，k9 BX 是中子，k10 CX 是质子，k9 DX 是质子，k10 答
2、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 92092，右边质子数为 3854kx92，x0，X 的质子数为 0，所以 X 为中子，左边质量数为 2351236，右边质量数为 90136k1 236，k10，所以 k 的数值为 10. 3氘核21H 和氚核31H 结合成氦核42He 的核反应方程如下：21H31H42He10n17.6 MeV，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 17.6 MeV 是 核反应中吸收的能量 C核反
3、应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量减少了 3.110 29 kg D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 3.110 29 kg 答案 C 解析 2 1H 3 1H 4 2He 1 0n17.6 MeV 为轻核聚变反应(或热核反应)，选项 A 错误；17.6 MeV 是反应中释放出的能量， 选项B错误； 由Emc2可知， 质量减少mE c2 3.110 29 kg， 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 621H k42Hed11H210n
4、43.15 MeV. 由守恒条件可知( ) Ak1，d4 Bk2，d2 Ck1，d6 Dk2，d3 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 124kd2 62kd 解式得 k2，d2. 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 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11H10n 31H B聚变反应中的质量亏损 mm1m2m3 C辐射出的 光子的能量 E(m3m1m2)c2 D 光子的波长 h m1m2m3c2 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
5、到的氘核为21H，故 A 错误；聚变 反应过程中辐射一个 光子，质量亏损 mm1m2m3，故 B 正确；由质能方程知，辐射 出的 光子的能量为 Emc2(m2m1m3)c2，故 C 错误；由 c 及 Eh 得 h m1m2m3c，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32He 含量十分丰富，科学家认为，32He 是发生核聚变的极好原料，将来32He 也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大关于32He 下列说法正确的是( ) 图
6、1 A.32He 的原子核内有三个中子两个质子 B.32He 的原子核内有两个质子两个中子 C.32He 发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损 D.32He 原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起 答案 C 解析 3 2He 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232 90Th(钍)经过 4 次 衰变和 8 次 衰变变成 208 82Pb(铅) B 衰变产生
7、的 射线穿透能力最强 C质子、中子、 粒子的质量分别是 m1、m2、m3，质子和中子结合成一个 粒子，释放的 能量是(2m12m2m3)c2 D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232 90Th(钍)衰变变成 208 82Pb，根据质量数守恒和质子数守恒，需要经过 n 232208 4 6 次 衰变、 经过 m2n(9082)4 次 衰变，即天然放射性元素232 90Th(钍) 经过 6 次 衰变和 4 次 衰变变成208 82Pb(铅)，选项 A 错误； 衰变产生的 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 粒子，需要
8、两个质子和两个中 子，质量亏损 m2m12m2m3，由质能方程可知，释放的能量 Emc2(2m12m2 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.14 7N 4 2He 17 8O 1 1H B.235 92U 1 0n 90 38Sr 136 54Xe10 1 0n C.238 92U 234 90Th 4 2He D.21H31H42He10n 答案 BD 解析 “两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方
9、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( ) AEmc2中的 E 是物体以光速 c 运动的动能 BEmc2是物体各种形式能的总和 C由 Emc2知，在核反应中，亏损的质量 m 转化成能量 E 放出 D由 Emc2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 Emc2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；Emc2表明，在核反应中，亏损 m 的质量将产生 Emc2的能 量，选项 C 错误，D 正确 10 关于核反应方程234 90Th 23
10、4 91PaXE(E 为释放出的核能， X 为新生成粒子)， 已知 234 90Th 的半衰期为 T，则下列说法正确的是( ) A.234 91Pa 没有放射性 B.234 91Pa 比 234 90Th 少 1 个中子，X 粒子是从原子核中射出的，此核反应为 衰变 CN0个234 90Th 经 2T 时间因发生上述核反应而放出的核能为3 4N0E(N0 数值很大) D.234 90Th 的比结合能为 E 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 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234 90Th
11、 原子核经 2T 时间发生衰变的个数为3 4N0，由核反应方程知，放出的核能为 3 4N0E，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， 属于衰变的是_， 属于衰变的是_， 属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号) A.12 6C 12 7N 0 1e B.32 15P 32 16S 0 1e C.238 92U 234 90Th 4 2He D.14 7N 4 2He 17 8O 1 1H E.235 92U 1 0n 140 54Xe 94 38Sr2 1 0n F.31H21H42He10n
12、 答案 C AB E F 解析 衰变的反应物只有一个，生成物有44He 或 0 1e；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 mD3.344 610 27 kg.如果用入射光子照射氘核使其分为质子 和中子，质子质量 mp1.672 610 27 kg，中子质量 m n1.674 910 27 kg.求入射光子的频 率 答案 3.941020 Hz 解析 氘核分为质子和中子，增加的质量为 mmpmnmD (1.672 61.674 93.344 6)10 27 kg 0.002 910
13、27 kg. 吸收的入射光子的能量为 Emc20.002 910 27(3108)2 J2.611013 J. 由公式 Eh 知，入射光子的频率为 E h 2.6110 13 6.6310 34 Hz 3.941020 Hz. 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 mD2.013 6 u，氦核质 量 mHe3.015 0 u，中子质量 mn1.008 7 u. (1)计算释放出的核能； (2)若反应前两氘核的动能均为 Ek00.35 MeV，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)3.26 MeV (
14、2)0.99 MeV 2.97 MeV 解析 (1)核反应方程为：21H21H 10n31He. 该反应质量亏损 m2mDmHemn0.003 5 u. 由质能方程得释放核能 Em931.5 MeV0.003 5931.5 MeV3.26 MeV. (2)由动量守恒有 0mHevHemnvn 由能量守恒有：1 2mHev 2 He1 2mnv 2 nE2Ek0 由式代入数据可得 EkHe0.99 MeV， Ekn2.97 MeV. 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
15、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 Mnv0Mnv1Mv2 由能量守恒定律得 1 2Mnv 2 01 2Mnv 2 11 2Mv 2 2 解得 v1MnM MnMv0 在重水中靶核质量 MH2Mn， v1HMnMH MnMHv0 1 3v0 在石墨中靶核质量 MC12Mn， v1CMnMC MnMCv0 11 13v0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好 15 (12 分)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一
16、个氦核同时放出两个正电子的热核 反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源 (1)写出这个核反应方程 (2)这个核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为 3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ (mp1.007 3 u，mHe4.001 5 u，me0.000 55 u) 答案 (1)411H 42He2 0 1e (2)24.78 MeV (3)4.2109 kg 解析 (1)核反应方程应为 411H 42He2 0 1e. (2)反应前的质量 m14mp41.007 3 u4.029 2 u， 反应后的质量 m2mHe2me4.001 5 u 20.000 55 u4.002 6 u，mm1m20.026 6 u. 由质能方程得，释放能量 E0.026 6931.5 MeV24.78 MeV. (3)由质能方程 Emc2得每秒减少的质量 mE c2 3.810 26 31082 kg4.210 9 kg.