高中物理 第五章 核能與社會單元測試 滬科版選修35

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1、 第五章 核能與社會 本章測評 (時間：90分鐘　分值：100分) 一、選擇題(共10個小題，每小題4分，共40分) 1某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為(　　) H＋C―→N＋Q1，H＋N→C＋X＋Q2 方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表： 原子核 H He He C N N 質(zhì)量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 以下推斷正確的是(　　) A．X是He，Q2＞Q1 B．X是He，Q2＞Q1

2、 C．X是He，Q2＜Q1 D．X是He，Q2＜Q1 2某核反應(yīng)方程為H＋H→He＋X。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 u，He的質(zhì)量為4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u，則下列說法中正確的是(　　) A．X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量 B．X是中子，該反應(yīng)釋放能量 C．X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量 D．X是中子，該反應(yīng)吸收能量 3據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(　　) A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是H＋H→He＋n

3、 B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n C．“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太陽”核能大小的計算公式是E＝mc2 4重核的裂變和輕核的聚變是人類利用原子核能的兩種主要方法，下面關(guān)于它們的說法中正確的是(　　) A．裂變和聚變過程都有質(zhì)量虧損 B．裂變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程質(zhì)量有所增加 C．裂變過程質(zhì)量有所增加，聚變過程有質(zhì)量虧損 D．裂變和聚變過程質(zhì)量都有所增加 5下列核反應(yīng)方程中，哪個是不平衡的(　　) A.B＋(α粒子)→N＋H B.Al＋n→Mg＋(質(zhì)子) C.Be＋He→C＋(中子)

4、 D.N＋He→O＋(質(zhì)子) 6由圖所示可得出結(jié)論(　　) A．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和小于氘核的質(zhì)量 B．質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和等于氘核的質(zhì)量 C．氘核分解為質(zhì)子和中子時要吸收能量 D．質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時要吸收能量 7由原子核的衰變規(guī)律可知(　　) A．放射性元素一次衰變就同時產(chǎn)生α射線、β射線，放出結(jié)合能 B．放射性元素發(fā)生β衰變，產(chǎn)生的新核的化學(xué)性質(zhì)不變 C．放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D．放射性元素發(fā)生正電子衰變時，產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)減少1 8有兩束均由質(zhì)子和氘核混合組成的粒子流，第一束中的質(zhì)子和氘核具有相同的動量

5、，第二束中的質(zhì)子和氘核具有相同的動能?，F(xiàn)打算將質(zhì)子和氘核分開，有以下一些做法，這些方法中可行的是(　　) A．讓第一束粒子流垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場后穿出 B．讓第一束粒子流垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后穿出 C．讓第二束粒子流垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場后穿出 D．讓第二束粒子流垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后穿出 9下列說法正確的是(　　) A.N＋H→C＋He是α衰變方程 B.H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)方程 C.U→Th＋He是核裂變反應(yīng)方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 10下列說法正確的是(　　) A．鈾235只要俘獲中子就能進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng) B．所有的鈾核俘

6、獲中子后都能裂變 C．太陽不斷地向外輻射大量能量，太陽質(zhì)量應(yīng)不斷減小，日地間距離應(yīng)不斷增大，地球公轉(zhuǎn)速度應(yīng)不斷減小 D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的 二、填空題(共3個小題，每小題5分，共15分。把答案填寫在題中的橫線上) 11. (1)下列說法正確的是(　　) A．康普頓效應(yīng)和電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性 B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以用來確定原子核電荷量和估算原子核半徑 C．氫原子輻射出一個光子后能量減小，核外電子的運(yùn)動加速度減小 D．比結(jié)合能越大表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠，原子核越穩(wěn)定 (2)一個高能γ光子，經(jīng)過重核附近時與原子核場作用，能產(chǎn)生一對正

7、負(fù)電子，請完成相應(yīng)的反應(yīng)方程：γ→______________。已知電子質(zhì)量m1＝9.110－31 kg，光在真空中的傳播速度為c＝3108 m/s，則γ光子的能量至少為____________。 12美國科研人員正在研制一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達(dá)100年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負(fù)載為負(fù)載提供電能時負(fù)極是________；鎳63的衰變方程是________________。(鈷Co－27，銅Cu－29) 13 (3)水(包括海水)是未來的“煤炭”，能從根本上解決人類能源問

8、題。這是指________(填“氫能”、“核能”、“氫能和核能”)和利用。請說明理由。 三、計算與論證(共4個小題，共45分。要有必須的解析過程，直接寫出結(jié)果的不得分) 14．(9分)用γ光子轟擊氘核，使之產(chǎn)生質(zhì)子和中子，已知氘核的質(zhì)量為2.013 5 u，質(zhì)子的質(zhì)量為1.007 2 u，中子的質(zhì)量為1.008 7 u，又有1 u＝1.66010－27 kg，普朗克恒量h＝6.6310－34 Js，則γ光子的波長應(yīng)為多少？ 15(12分)α衰變是指放射性元素的原子核自發(fā)地放出α射線的衰變。 (1)設(shè)元素X是放射性元素，其質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)分別為A、Z，α衰變后的原子核是Y，寫出核反應(yīng)方程

9、。 (2)α衰變釋放的能量稱為α衰變能，用Q表示，設(shè)原子核X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是mX、mY、mα，求Q是多少？ (3)若α衰變能是以反沖核和α粒子的動能的形式釋放的，已知自發(fā)式α衰變多數(shù)發(fā)生在核質(zhì)量數(shù)大于209的重核，試證明α衰變能的98%以上表現(xiàn)為α粒子的動能。 16(12分)氘核與氚核的聚變反應(yīng)：H＋H→He＋n＋17.6106 eV，已知電子電量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.610－34 Js，求： (1)這一過程的質(zhì)量虧損是多少千克？ (2)1 g氘核完全參與上述反應(yīng)，共釋放核能多少(阿伏伽德羅常量NA＝6.01023 mol－1)? 17Ⅱ钚的放射性同位

10、素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)U*立即衰變?yōu)殁櫤薝，并放出能量為0.097MeV的γ光子。已知：Pu、U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.0 521u、mu＝235.0 439u和mα＝4.0 026u，1 u＝931.5MeV/c2 (1)寫出衰變方程； (2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能。 參考答案 1答案：B 2解析：由電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒得知X是中子；反應(yīng)前總質(zhì)量為5.031 6 u大于反應(yīng)后的總質(zhì)量5.011 3 u，存在質(zhì)量虧損，是放能反應(yīng)。 答案：B 3答案：AC 4解析：裂變和聚變都有核能

11、的放出，因此都有質(zhì)量虧損，A正確。 答案：A 5解析：A項(xiàng)電荷數(shù)不守恒；其他三項(xiàng)都符合規(guī)律。 答案：A 6解析：該反應(yīng)是吸能反應(yīng)，所以兩個核子質(zhì)量之和大于氘核的質(zhì)量。 答案：C 7解析：一種元素的原子核只有一種衰變，A錯；對β衰變，新核質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1，它在元素周期表中退后一位，B錯；半衰期只與該元素有關(guān)，C對；正電子放射性產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變，電核數(shù)減1，質(zhì)量數(shù)相等，D對；電荷數(shù)不等的原子核又稱為同質(zhì)異位素。 答案：CD 8解析：第一束動量相同，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場分不開，因?yàn)榘霃较嗤?，A對；第二束動能相同，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場后軌道重合，不能分開，D對。 答案：AD 9解

12、析：A選項(xiàng)中N在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應(yīng)，屬于人工轉(zhuǎn)變，A錯；C選項(xiàng)是α衰變，不是裂變，C錯。 答案：BD 10解析：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需要條件，元素的體積必須大于臨界體積，A錯；U238就不能裂變，B錯；由于太陽質(zhì)量減少，對地球的萬有引力也就減小，地球做離心運(yùn)動，C正確；α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了核式結(jié)構(gòu)，D錯。 答案：C 11答案：(1)BD　(2)e＋e　1.6410－13 J 12答案：銅　Ni→e＋Cu 13答案：(1)核能 理由：因?yàn)楹Ｋ泻写罅亢司圩兊牟牧想?，通過核聚變能夠釋放大量的核能。 (2)核能和氫能 理由：因?yàn)楹Ｋ泻写罅亢司圩兊牟牧想ㄟ^核聚變能夠釋放大量的核能

13、。氫能有便于儲存與運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，也可以為解決能源問題作出貢獻(xiàn)。 14解析：Δm＝1.007 2 u＋1.008 7 u－2.013 5 u＝0.002 4 u＝4.010－30 kg， ΔE＝Δmc＝，則λ＝＝5.610－13 m。 答案：5.610－13 m 15解析：(1)X→Y＋He (2)(mX－mY－mα)c2 (3)放射性元素X可看作是靜止的，由α衰變動量守恒知：mYvY＝mαvα；由動量關(guān)系可得：Q＝＋；所以Q＝(＋1)mαvα2＝(＋1)Ekα； 變形得Ekα＝Q 當(dāng)mY取209時，Ekα＝Q，即Ekα＝98.12%Q。 答案：(1)X→Y＋He (2)(mX

14、－mY－mα)c2 (3)略 16解析：(1)Δm＝＝ kg＝3.1310－29 kg。 (2)氘的摩爾質(zhì)量為210－3 kg/mol，則1 g氘核的數(shù)目為n＝NA＝6.01023＝31023，這些氘完全燃燒共釋放的能量為 E＝nΔE＝3102317.61061.610－19 J＝8.451011 J 答案：(1)3.1310－29 kg (2)8.451011 J 17解析：Ⅱ(1)衰變方程為 Pu→U*＋α?、? U*→U＋γ　② 或合起來有 Pu→U＋α＋γ?、? (2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPu－mU－mα　④ 放出的能量為 ΔE＝c2Δm?、?

15、這部分能量是鈾核92U的動能　EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和 ΔE＝EU＋Eα＋Eγ?、? 由④⑤⑥式得 EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ?、? 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有 mUvU＝mαvα?、? 又由動能的定義知 EU＝mUvU，Eα＝mαvα　⑨ 由⑧⑨式得 ＝?、? 由⑦⑩式得 Eα＝[(mPu－mU＋mα)c2－Eγ] 代入題給數(shù)據(jù)得 Eα＝5.034 MeV 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375