高中物理人教版選修12　第三章　核能（含解析）

9/99/99/9高中物理選修1-2第三章核能〔含解析〕一、單項選擇題1.以下說法中正確的選項是〔

〕A.

湯姆孫通過實驗發(fā)現(xiàn)了質子

B.

貝克勒爾通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子

C.

盧瑟福通過實驗提出了原子的核式結構模型

D.

查德威克發(fā)現(xiàn)了天然發(fā)發(fā)射現(xiàn)象說明原子具有復雜結構2.關于原子核知識,以下描述正確的選項是〔

〕A.

溫度升高,放射性元素衰變的半衰期減小

B.

放射性物質U發(fā)生β衰變所釋放的電子來源與核外電子

C.

平均結合能越大,原子核越穩(wěn)定

D.

用中子轟擊鈾核,產生幾個中等質量原子核的現(xiàn)象屬于核聚變3.太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J,根據愛因斯坦質能方程,太陽每秒鐘減少的質量最接近〔

〕A.

1036kg

B.

1018kg

C.

1013kg

D.

109kg4.中廣核集團現(xiàn)擁有大亞灣核電站、嶺澳核電站一期、嶺澳核電站二期等在運行的核電機組,核電站利用的是〔〕A.

放射性元素衰變放出的能量

B.

人工放射性同位素放出的能量

C.

重核裂變放出的能量

D.

輕核聚變放出的能量5.以下表達正確的選項是〔

〕A.

兩個質子之間,不管距離如何,核力總是大于庫侖力

B.

由愛因斯坦質能方程E=mc2可知,質量可以轉變?yōu)槟芰?/p>

C.

質子與中子的質量不等,但質量數(shù)相等

D.

天然放射現(xiàn)象說明原子核內部有電子6.以下說法中正確的選項是〔

〕A.

中子和質子結合成氘核時放出能量

B.

升高放射性物質的溫度,可縮短其半衰期

C.

某原子核經過一次α衰變和一次β衰變后,核內中子數(shù)減少4個

D.

γ射線的電離作用很強,可用來消除有害靜電7.在核反響堆中,為了使快中子的速度減慢,可選用作為中子減速劑的物質是〔

〕A.

水

B.

鎘

C.

氧

D.

氫二、多項選擇題8.一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個γ光子．質子、中子、氘核的質量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c．以下說法正確的選項是〔

〕A.

核反響方程是H+n→H+γ

B.

聚變反響中的質量虧損△m=m1+m2﹣m3

C.

輻射出的γ光子的能量E=〔m3﹣m1﹣m2〕c

D.

γ光子的波長γ=9.A、B兩架飛機沿地面上一足球場的長軸方向在其上空高速飛過,且vA>vB,對于在飛機上的人觀察結果,以下說法正確的選項是(

)A.

A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的大

B.

A飛機上的人觀察到足球場的長度比B飛機上的人觀察到的小

C.

兩飛機上的人觀察到足球場的長度相同

D.

兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同10.中國的核聚變研究已進入世界前列,主要利用2個氘核聚變成3He,被稱為人造太陽,氘核的質量為2.013u,中子質量為1.0087u,3He的質量為3.015u,質子的質量為1.0078u,α粒子的質量為4.0026u,1uc2=931MeV,那么〔

〕A.

該核反響中產生的新粒子為中子

B.

該核反響中產生的新粒子為質子

C.

該核反響中釋放出的核能為3.26MeV

D.

該核反響中釋放出的核能為4.10MeV11.以下說法中正確的選項是(

)A.

萬有引力可以用狹義相對論做出正確的解釋

B.

電磁力可以用狹義相對論做出正確的解釋

C.

狹義相對論是慣性參考系之間的理論

D.

萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架12.以下說法正確的選項是〔

〕A.

太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反響

B.

原子核經過6次α衰變和4次β衰變后成為原子核

C.

用升溫、加壓或發(fā)生化學反響的方法不能改變放射性元素的半衰期

D.

以mD、mp、mn分別表示氘核、質子、中子的質量,那么mD=mp+mn

E.

天然發(fā)射現(xiàn)象中的γ射線是原子核受激發(fā)產生的13.目前,在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等材料,這些巖石都不同程度的含有放射性元素,如有些含有鈾、釷的花崗巖會釋放出放射性氣體氡,氡會發(fā)生放射性衰變,放出α、β、γ射線：氡的半衰期為3.8天,那么以下說法正確的選項是〔〕A.

發(fā)生α衰變時,生成的核和原來相比,中子數(shù)少2

B.

發(fā)生β衰變時,釋放出電子,說明原子核內有電子存在

C.

γ射線一般伴隨著α和β射線產生,其中γ射線的穿透能力最強,電離能力最弱

D.

假設只有4個氡核,經過7.6天一定只剩下一個氡核三、填空題14.用中子轟擊鋰核〔Li〕發(fā)生核反響,生成氚核和α粒子,并釋放出4.8Mev的能量,請寫出核反響方程________．15.氫彈的工作原理是利用氫核聚變放出巨大能量．在某次聚變中,一個氘核與一個氚核結合成一個氦核．氘核的比結合能是1.09MeV；氚核的比結合能是2.78MeV；氦核的比結合能是7.03MeV．那么氫核聚變的方程是________一次氫核聚變釋放出的能量是________

MeV．16.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后,人們對放射線的性質進行了深入研究,如圖為三種射線在同一磁場中的運動軌跡,請圖中各射線的名稱：1射線是________,2射線是________,3射線是________．

17.天然放射性現(xiàn)象發(fā)出的射線中,存在α射線、________和γ射線,其中α射線的本質是高速運動的________核〔填寫元素名稱〕．18.某人工核反響如下：P+1327AL→X+N式中P代表質子,N代表中子,X代表核反響產生的新核．由反響式可知,新核X的質子數(shù)為________,中子數(shù)為________．19.質子的質量mp,中子的質量為mn,它們結合成質量為m的氘核,放出的能量應為

________〔真空中的光速為c〕20.電視機顯像管是應用了________原理．四、計算題21.一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變,放出一個中子和17.6MeV的能量．計算2克氘和3克氚聚變放出的能量,并寫出核反響方程．22.如下圖,在列車車廂的光滑水平面上有一個質量為m=5kg的小球,正隨車廂以20m/s的速度勻速前進.現(xiàn)在給小球一個水平向前的F=5N的拉力作用,求經10s時,車廂里的觀察者和地面上的觀察者看到小球的速度分別是多少？

五、綜合題23.一個鋰受到一個質子的轟擊,變成兩個α粒子．一個氦原子核的質量是6.6466×10﹣27kg,一個鋰原子核的質量是1.16506×10﹣26kg,一個氫原子核的質量是1.6736×10﹣27kg,〔1〕試寫出這一過程的核反響方程；〔2〕計算這一過程中的質量虧損；〔3〕計算這一過程中所釋放的核能．24.一個靜止的氡核Rn,放出一個α粒子后衰變?yōu)獒暫薖o,同時放出能量為E=0.26MeV的光子．假設放出的核能完全轉變?yōu)獒暫伺cα粒子的動能,不計光子的動量．M氡=222.08663u、mα=4.0026u、M釙=218.0766u,1u相當于931.5MeV的能量．〔1〕寫出上述核反響方程；〔2〕求出發(fā)生上述核反響放出的能量；〔3〕確定釙核與α粒子的動能．25.氘核的質量為2.0136U,中子的質量為1.0087U,He核的質量為3.0150U,兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成He并放出一個中子,釋放的核能也全部轉化為機械能．〔質量虧損為1U時,釋放的能量為931.5MeV．除了計算質量虧損外,He的質量可以認為是中子的3倍．〕〔1〕寫出該核反響的反響方程式；〔2〕該核反響釋放的核能是多少？〔3〕假設測得反響后生成中子的動能是3.12MeV,那么反響前每個氘核的動能是多少MeV？答案解析局部一、單項選擇題1.【答案】C【考點】原子的核式結構【解析】【分析】盧瑟福是質子的發(fā)現(xiàn)者,A錯。查德威克證實了中子的存在,B錯。法國科學家貝克勒耳發(fā)現(xiàn)U礦中有復雜射線,即天然放射性現(xiàn)象,進一步研究說明原子還有復雜結構,因此D錯誤。盧瑟福通過實驗提出了原子的核式結構模型并予以證實,C正確

【點評】此類題型考察了物理學史的記憶2.【答案】C【考點】原子的核式結構【解析】【解答】解：A、放射性元素的半衰期與溫度無關,故A錯誤．

B、β衰變所釋放的電子來自原子核,是原子核中的一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子,電子釋放出來,故B錯誤．

C、核子平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定,故C正確．

D、用中子轟擊鈾核,產生幾個中等質量原子核的現(xiàn)象屬于核裂變,故D錯誤．

應選：C．

【分析】放射性元素的半衰期與元素所處的物理環(huán)境和化學狀態(tài)無關,由原子核內部因素決定；β衰變是原子核中的一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子,電子釋放出來；根據核子平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定來分析判斷；用中子轟擊鈾核,產生幾個中等質量原子核的現(xiàn)象屬于核裂變．3.【答案】D【考點】質能方程【解析】【解答】解：根據△E=△mc2得：

△m===4.4×109kg,

故D正確．

【分析】應用質能方程△E=△mc2求解太陽每秒鐘減少的質量．4.【答案】C【考點】核裂變與核聚變【解析】【解答】目前人類能控制緩慢釋放能量的核能只有核裂變；故核電站均采用受控熱核裂變釋放的能量；

應選：C．

【分析】目前我們能控制的核能只有核裂變；現(xiàn)在的核電站是利用核裂變釋放核能而發(fā)電的．5.【答案】C【考點】原子核的組成,質能方程【解析】【解答】解：A、核力屬于短程力,只是在很短距離內有作用,故A錯誤；

B、質能方程告訴了我們質量和能量之間的關系,但是并非指質量可以轉化為能量,故B錯誤；

C、質子和中子的質量數(shù)相等都為1,但是它們的質量并不相等,故C正確；

D、天然放射現(xiàn)象說明了原子核具有復雜的結構,不能說明原子核內有電子,放射現(xiàn)象中放出的電子是由中子轉化為質子同時產生一個電子放出的,故D錯誤．

應選C．

【分析】正確解答此題要掌握：核力特點以及核力性質；正確理解質能方程的物理意義；正確理解質子數(shù)、中子數(shù)、質量數(shù)之間關系；正確理解天熱放射現(xiàn)象．6.【答案】A【考點】核裂變與核聚變【解析】【解答】A、輕核聚變時放出能量,所以中子和質子結合成氘核時放出能量,故A正確；B、半衰期是物質的本身屬性與溫度無關,故B錯誤；

C、經過一次α衰變中子數(shù)減2,一次β衰變后,中子數(shù)減1,所以某原子核經過一次α衰變和一次β衰變后,核內中子數(shù)減少3個,故C錯誤；

D、γ射線的穿透作用很強,α射線的電離作用很強,故D錯誤．

應選A

【分析】輕核聚變時放出能量,半衰期是物質的本身屬性與溫度無關,經過一次α衰變中子數(shù)減2,一次β衰變后,中子數(shù)減1；γ射線的穿透作用很強,α射線的電離作用很強．7.【答案】A【考點】放射性的應用與防護【解析】【解答】在可控核反響堆中需要給快中子減速,輕水、重水和石墨等常用作減速劑,故A正確．應選：A．

【分析】解決此題應掌握：在可控核反響堆中需要給快中子減速,輕水、重水和石墨等常用作減速劑．二、多項選擇題8.【答案】B,D【考點】質能方程【解析】【解答】解：A、一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個γ光子,由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可得核反響方程為H+n→H+γ,選項A錯誤．

B、反響前的質量減去反響后的質量,即為質量的虧損,即為△m=m1+m2﹣m3,選項B正確；

C、聚變反響中虧損的質量轉化為能量以光子的形式放出,故光子能量為E=〔m1+m2﹣m3〕c2,選項C錯誤；

D、根據h=E=〔m1+m2﹣m3〕c2得光子的波長為：λ=,選項D正確．

應選：BD．

【分析】通過質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判知A選項的正誤；質量虧損是反響前的質量與反響后的質量之差,由此可得知選項B的正誤；由愛因斯坦的質能方程和光子的能量公式E=hv=h可得知CD的正誤．9.【答案】B,D【考點】相對論【解析】【解答】由(其中l(wèi)0是相對足球場靜止時的長度),可以看出,速度越大,“動尺變短〞的效應越明顯,選項B正確；但是足球場的短軸與飛機速度方向垂直,所以兩飛機上的人觀察到足球場的寬度相同．

【分析】根據狹義相對論的尺縮效應即在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短,當速度接近光速時,尺子縮成一個點求解。10.【答案】A,C【考點】核反響方程,質能方程【解析】【解答】解：AB、根據質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒知,聚變的核反響方程為：H+H→

He+

n,故A正確,B錯誤；

CD、核反響過程中的質量虧損為：△m=2mD﹣〔mHe+mn〕=0.0035u釋放的核能為：△E=△mc2=0.0035uc2=3.26MeV,故C正確,D錯誤；

應選：AC．

【分析】根據核反響過程遵循質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒求出新核的質量數(shù)、核電荷數(shù)從而確定新核；

要計算計算釋放的核能,就必須知道核反響虧損的質量,根據愛因斯坦質能方程△E=△mC2即可求出核反響釋放的能量．11.【答案】B,C,D【考點】相對論【解析】【解答】狹義相對論理論認為電磁相互作用的傳播速度c是自然界中速度的極限,而星球的運動不能夠超過光速影響到遠處的另一個星球,所以萬有引力理論無法納入狹義相對論,應選項A錯誤,B、D正確；狹義相對論是慣性參考系之間的理論,應選項C正確．

【分析】經典力學使用條件為：宏觀,低速．相對論才能解釋微觀,高速運動現(xiàn)象．萬有引力定律適用于質點間的引力相互作用．G是一個比例常量,但有單位．12.【答案】B,C,E【考點】原子核的衰變、半衰期,核裂變與核聚變【解析】【解答】解：A、太陽輻射的能量主要來自太陽內部的聚變反響,故A錯誤．

B、原子核衰變后成為原子核,質量數(shù)少24,可知發(fā)生了6次α衰變,電荷數(shù)少8,可知發(fā)生了4次β衰變,故B正確．

C、半衰期與原子核所處的物理環(huán)境和化學狀態(tài)無關,故C正確．

D、質子和中子結合成氘核,有質量虧損,可知mD＜mp+mn,故D錯誤．

E、天然發(fā)射現(xiàn)象中的γ射線是原子核受激發(fā)產生的,故E正確．

應選：BCE．

【分析】太陽內部進行的是輕核聚變；根據質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,結合衰變的實質求出α衰變、β衰變的次數(shù)；用升溫、加壓或發(fā)生化學反響的方法不能改變放射性元素的半衰期；氫核聚變有質量虧損；天然發(fā)射現(xiàn)象中的γ射線是原子核受激發(fā)產生的．13.【答案】A,C【考點】原子核的衰變、半衰期【解析】【解答】解：A、發(fā)生α衰變時,生成的核和原來相比,電荷數(shù)少2,質量數(shù)少4,那么中子數(shù)少2,A符合題意．

B、β衰變釋放的電子是原子核中的中子轉變?yōu)橘|子和電子時產生,原子核內沒有電子存在,B不符合題意．

C、γ射線一般伴隨著α和β射線產生,其中γ射線的穿透能力最強,電離能力最弱,C不符合題意．

D、半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,D不符合題意．

故答案為：AC．

【分析】解決此題的關鍵知道衰變的實質,知道在衰變的過程中電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒。三、填空題14.【答案】Li+﹣→+He【考點】核反響方程【解析】【解答】解：根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：Li+﹣→+He

故答案為：Li+﹣→+He

【分析】根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可正確書寫出該核反響方程．15.【答案】H+H→He+n；17.6MeV【考點】質能方程【解析】【解答】〔1〕根據質量數(shù)與質子數(shù)守恒,那么有核反響方程為：H+H→He+n；〔2〕根據質能方程△E=△mc2

得一次聚變釋放出的能量：△E=E2﹣E1=7.03×4﹣〔2.78×3+1.29×2〕=17.6MeV；

故答案為：H+H→He+n；17.6MeV．

【分析】〔1〕根據核反響過程中質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可正確寫出核反響方程．〔2〕根據質能方程可正確解答．16.【答案】β；γ；α【考點】原子核的組成【解析】【解答】三種射線在勻強磁場中向上運動時,α射線帶正電荷,可以判斷它將向右偏轉,即圖中的3射線是α射線；

β射線帶負電荷,可以判斷它將向左偏轉,即圖中的1射線是β射線；γ射線不帶電,不偏轉,即圖中的2射線是γ射線；

故答案為：β射線,γ射線,α射線．

【分析】該題通過帶電粒子在磁場中運動,考查三種射線的特性,α射線帶正電荷,在磁場中根據左手定那么判定向右偏轉；β射線帶負電荷,偏轉的方向與α射線相反；γ射線不帶電,不偏轉；由此可以判定．17.【答案】β射線；氦【考點】放射性的應用與防護【解析】【解答】天然放射性現(xiàn)象會發(fā)出α射線、β射線和γ射線：α射線是具有放射性的元素的原子核在發(fā)生衰變時兩個中子和兩個質子結合在一起而從原子核中釋放出來；故放出的是氦原子核．β射線是具有放射性的元素的原子核中的一個中子轉化成一個質子同時釋放出一個高速電子即β粒子．γ射線是原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時產生的能量以γ光子的形式釋放．

故答案為：β射線,氦

【分析】解答此題應掌握,天然放射性現(xiàn)象發(fā)出的粒子包括：α射線、β射線和γ射線；并能并確各種射線的性質以及所對應的成分．18.【答案】14；13【考點】核反響方程【解析】【解答】質子的電荷數(shù)為1,質量數(shù)為1,中子的電荷數(shù)為0,質量數(shù)為1．根據電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒,X的質子數(shù)為1+13﹣0=14,質量數(shù)為1+27﹣1=27．因為質量數(shù)等于質子數(shù)和中子數(shù)之和,那么新核的中子數(shù)為27﹣14=13．

故答案為：14,13．

【分析】在核反響中,應根據電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒,得出新核的質子數(shù)和中子數(shù)．19.【答案】(mp+mn﹣m〕c2【考點】質能方程【解析】【解答】由愛因斯坦質能方程：△E=△mc2得：

△E=〔mp+mn﹣m〕c2

故答案為：〔mp+mn﹣m〕c2．

【分析】愛因斯坦質能方程：△E=△mc2,可求得放出的能量．20.【答案】帶電粒子在勻強電場中的加速與帶電粒子在勻強磁場中的偏轉【考點】放射性的應用與防護【解析】【解答】電視機顯像管的原理如圖：使用的電磁學的原理包括：帶電粒子在勻強電場中的加速與帶電粒子在勻強磁場中的偏轉原理．

故答案為：帶電粒子在勻強電場中的加速與帶電粒子在勻強磁場中的偏轉．

【分析】根據電視機顯像管的原理解答即可．四、計算題21.【答案】解答：根據質量數(shù)守恒,新核的質量數(shù)：m=2+3﹣1=4

根據電荷數(shù)守恒,新核的電荷數(shù)：Z=1+1﹣0=2

所以新核是氦核,核反響方程式為：H+H→He+n

2克氘的物質的量是1mol,3克氚的物質的量也是1mol,所以它們一起產生1mol的氦核,放出的熱量是：MeV

答：2克氘和3克氚聚變放出的能量是1.06×1025MeV,該核反響方程是：H+H→He+n【考點】核裂變與核聚變【解析】?【分析】①根據質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反響方程,并確定新核的種類．

②先求解出質量虧損,再根據愛因斯坦質能方程求解出方程的核能．22.【答案】對車上的觀察者：

物體的初速,加速度。

10s時的速度

對地上的觀察者

方法一：物體初速度

加速度

10s末速度

方法二：根據速度合成法那么

?【考點】相對論【解析】【解答】注意：在兩個慣性系中,雖然觀察到的結果并不相同,一個,另一個,但我們卻用了同樣的運動定律和速度合成法那么.也就是說,力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的.

【分析】參考系不同物體的運動就有所不同,所以選擇怎樣的參考系是解決問題要注意的,在高中物理中,一般選取地面或地面上的物體為參考系,這也是牛頓經典力學適用的范圍。五、綜合題23.【答案】〔1〕解：這一過程的核反響方程為：→2

答：這一過程的核反響方程→2

〔2〕解：質量虧損為：△m=mLi+mH﹣2mα=11.6506×10﹣27kg+1.6736×10﹣27kg﹣2×6.6466×10﹣27kg

=3.1×10﹣29kg

答：這一過程中的質量虧損3.1×10﹣29kg

〔3〕解：釋放核能為：△E=△mc2=3.1×10﹣29×〔3×108〕2J=2.79×10﹣12J

答：這一過程中所釋放的核能2.79×10﹣12J【考點】核反響方程,質能方程【解析】【分析】根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可正確書寫出該核反響方程,算出虧損質量,依據E=mc2,可以求得釋放的核能．24.【答案】〔1〕