高中物理魯科版5第四章核能

章末綜合測評(píng)(四)(時(shí)間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分．全部選對(duì)得6分，選對(duì)但不全得3分，有錯(cuò)選或不答得0分．)1．我國物理學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦，1946年發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂，這是我國科學(xué)家在核物理研究中做出的貢獻(xiàn)，這是將中子打入鈾核后所發(fā)生的核反應(yīng)，它屬于()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772111】A．人工核轉(zhuǎn)變 B．重核的裂變C．鈾核的衰變 D．以上說法都不對(duì)【解析】鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的，所以我國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦發(fā)現(xiàn)了鈾核的三分裂和四分裂．【答案】B2．鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，則a＋b可能是()\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr \o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)Sr \o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr【解析】根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒可知，a＋b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235＋1－2＝234，質(zhì)子數(shù)應(yīng)為92，A項(xiàng)中的質(zhì)量數(shù)為140＋93＝233，B項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)是141＋92＝233，C項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為141＋93＝234，質(zhì)子數(shù)為56＋38＝94，D項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為140＋94＝234，質(zhì)子數(shù)為54＋38＝92，綜上可知，答案為D.【答案】D3．下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772112】A．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)B．γ射線是波長很短的電磁波，它的穿透能力比β射線要弱C．若能測出核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損，就能根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的核能D．一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)聚變生成一個(gè)氦(eq\o\al(4,2)He)的同時(shí)放出一個(gè)電子【解析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；γ射線是波長很短的電磁波，它的穿透能力比β射線要強(qiáng)，B錯(cuò)誤；若能測出核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損，就能根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的核能，C正確；一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)聚變生成一個(gè)氦核(eq\o\al(4,2)He)的同時(shí)放出一個(gè)中子，D錯(cuò)誤．【答案】C4．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A．1036kg B．1018kgC．1013kg D．109kg【解析】根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,3×1082)kg≈4×109kg，故D項(xiàng)最接近．【答案】D5．(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變【解析】據(jù)核反應(yīng)各類型特點(diǎn)可知：A、D項(xiàng)均為衰變，A中放出α粒子，A正確，D錯(cuò)誤．B項(xiàng)為人工轉(zhuǎn)變，B錯(cuò)誤，C項(xiàng)為輕核聚變，C正確．【答案】AC6．(多選)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H的“鏡像核”，同樣eq\o\al(3,1)H也是eq\o\al(3,2)He的“鏡像核”，則下列說法正確的是()\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C．β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子D．核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變【解析】根據(jù)“鏡像核”的定義，eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，選項(xiàng)C正確；核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中雖有α粒子，但該反應(yīng)是聚變反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】BC7．(多選)下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772060】A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)B．中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，所以重核裂變要放出能量C．只要有核反應(yīng)發(fā)生，就一定會(huì)釋放出核能D．輕核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，重核中中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù)【解析】太陽的能量來自輕核聚變放出的能量，A正確．中等核的平均結(jié)合能比重核的平均結(jié)合能大，B正確．核反應(yīng)是否釋放能量取決于反應(yīng)前后是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，C錯(cuò)誤．隨核子數(shù)增加，若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多，D錯(cuò)誤．【答案】AB8．(多選)“中國月球著陸探測器”在中國航天館揭開神秘面紗，它將帶著中國制造的月球車，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()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772113】\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有三個(gè)中子、兩個(gè)質(zhì)子\o\al(3,2)He的原子核內(nèi)有一個(gè)中子、兩個(gè)質(zhì)子\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\o\al(3,2)He原子核的核子靠萬有引力緊密結(jié)合在一起【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錯(cuò)誤，B正確；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．【答案】BC二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答)9．(8分)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，eq\o\al(235,92)U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,92)U受一個(gè)中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產(chǎn)生________個(gè)中子．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．【解析】核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即產(chǎn)生3個(gè)中子．臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積．【答案】3大于10．(12分)同位素原子在許多方面有著廣泛的應(yīng)用，1934年，科學(xué)家在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子，更意外的是，拿走α放射源時(shí)，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍能繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性隨時(shí)間衰減的規(guī)律跟天然放射性一樣，也有一定的半衰期．(1)寫出α粒子轟擊鋁eq\o\al(27,13)Al產(chǎn)生中子的核反應(yīng)方程式；(2)上述產(chǎn)生的具有放射性的同位素叫做放射性同位素，寫出其產(chǎn)生正電子的核反應(yīng)方程式；(3)簡要說明放射性同位素的應(yīng)用，并至少舉出兩個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子．【解析】(1)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.(2)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.(3)利用射線輻射育種，作為示蹤原子，檢查管道等．【答案】見解析11．(16分)天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%.有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的．(1)把氫核聚變反應(yīng)簡化為4個(gè)氫核(eq\o\al(1,1)H)聚變成氦核(eq\o\al(4,2)He)，同時(shí)放出2個(gè)正電子(eq\o\al(0,1)e)和2個(gè)中微子(νe)，請(qǐng)寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程，并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量．(2)研究表明，銀河系的年齡約為t＝×1017s，每秒銀河系產(chǎn)生的能量約為1×1037J(即P＝1×1037J/s)．現(xiàn)假定該能量全部來自上述氫核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量(最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字)．(3)根據(jù)你的估算結(jié)果，對(duì)銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷．(可能用到的數(shù)據(jù)：銀河系質(zhì)量約為M＝3×1041kg，原子質(zhì)量單位1u＝×10－27kg,1u相當(dāng)于×10－10J的能量，電子質(zhì)量me＝5u，氦核質(zhì)量mα＝6u，氫核質(zhì)量mp＝8u，中微子νe質(zhì)量為零．)【解析】(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2νeΔm＝4mp－mα－2meΔE＝Δmc2＝×10－12J.(2)m＝eq\f(Pt,ΔE)mα＝×1039kg氦的含量k＝eq\f(m,M)＝eq\f×1039,3×1041)＝2%.(3)由估算結(jié)果可知，k＝2%遠(yuǎn)小于25%的實(shí)際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的．【答案】(1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2νe×10－12J(2)2%(3)銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的12．(16分)運(yùn)動(dòng)的原子核eq\o\al(A,Z)X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速．求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動(dòng)能之差以及α粒子的動(dòng)能．【解析】設(shè)衰變前原子核eq\o\al(A,Z)X的速度為v0，衰變后放出的α粒子的速度為v，由動(dòng)量守恒有：Mv0＝m2v再由反應(yīng)中能量守恒有eq