高中物理 第4章 核能综合检测

点囤市安抚阳光实验学校第4章核能(分值：100分时间：60分钟)
一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．关于核力，下列说法中正确的是( )
①原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用②按性质分核力属万有引力③核力对核子做正功，原子核要释放核能④原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
A．①③ B．②④ C．①② D．③④
【解析】核力是强相互作用，故②错．核力只在2.0 ×10－15m短距离起作用，所以①对④错．核力结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一的能量，③对，选A.
【答案】A
2．热核反是一种理想能源的原因是( )
A．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反的原料在地球上储量丰富
D．热核反的速度容易控制
【解析】聚变反平均每个核子比裂变反中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反的速度、利用聚变时释放的核能．故正确选项为A、B、C.
【答案】ABC
3．目前核电站利用的核反是( )
A．裂变，核燃料为铀B．聚变，核燃料为铀
C．裂变，核燃料为氘D．聚变，核燃料为氘
【解析】目前核电站是利用重核235 92U裂变释放核能来发电．核反方程为235 92 U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n，故选A项．
【答案】A
4．(2010·高考)关于核衰变和核反的类型，下列表述正确的有( )
A.238 92U→234 90Th＋42He是α衰变
B.14 7N＋42He→17 8O＋11H是β衰变
C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变
D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变
【解析】据核反各类型特点可知：A、D项均为衰变，A中放出α粒子，A正确，D错误．B项为人工转变，B错误，C项为轻核聚变．C正确．
【答案】 AC
5．(2013·检测)某原子核A
Z X 吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子．由此可知( )
A ．A ＝7，Z ＝3
B ．A ＝7，Z ＝4
C ．A ＝8，Z ＝3
D ．A ＝8，Z ＝4
【解析】 核反方程为A Z X ＋10n→0－1e ＋242
He ，
根据核反遵循质量数和电荷数守恒，可知A ＝7，Z ＝3，故A 项正确．
【答案】 A
6．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的
γ射线照射静止的氘核使之分解，反方程为γ＋D ＝p ＋n.若分解后的中子、质
子的动能可视为相，则中子的动能是( )
A.12[(m D －m p －m n )c 2
－E ] B.12[(m p ＋n n －m D )c 2
＋E ] C.12
[(m D －m p －m n )c 2
＋E ] D.12
[(m p ＋m n －m D )c 2
－E ] 【解析】 根据能的转化与守恒律可知E ＋Δmc 2＝2E k ，得E k ＝12(E ＋Δmc 2
)
＝12
[(m D －m n －m p )c 2
＋E ]，故C 正确． 【答案】 C
7．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A ．原子核的结合能于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B ．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一大
于原来重核的结合能
C ．铯原子核(133
55Cs)的结合能小于铅原子核(208
82Pb)的结合能
D ．比结合能越大，原子核越不稳
【解析】 原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合
能，选项A 正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳，即衰变产物的比结合
能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一大于原来重核的结合能，选项B 正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C 正确．比结合能越大，原子核越稳，选项D 错误．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，选项E 错误．
【答案】 ABC
8．(8分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克常量h，真空中的光速为c，则γ射线的频率为________．
【解析】反前后的质量亏损为m1＋m2－m3，释放的能量为E＝(m1＋m2－
m3)c2，射线的能量为hν＝(m1＋m2－m3)c2，所以射线的频率就是ν＝(m1＋m2－m3)c2/h.
【答案】(m1＋m2－m3)c2/h
9．(10分)(2013·模拟)1993年，中国院原子核研究所制得了一种的铂元素的同位素202 78Pt，制取过程如下：
(1)用质子轰击铍94Be产生快中子，核反方程：
______________________________；
(2)用快中子轰击汞20480 Hg，反过程可能有两种：
①生成20278 Pt，放出氦原子核，核反方程：__________________________；
②生成20278 Pt，放出质子、中子，核反方程：___________________________；
(3)生成的铂20278 Pt发生两次β衰变，变成稳的原子核汞20280 Hg，核反方程：____，
________________________________________________________________ ________.
【答案】(1)94Be＋11H―→95B＋10n
(2)①20480 Hg＋10n―→20278 Pt＋32He；
②20480 Hg＋10n―→20278 Pt＋211H＋10n
(3)202 78Pt―→20278 Au＋0-1 e；20279 Au―→20280 Hg＋0-1 e
10．(2013·高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．
(1)完成“氦燃烧”的核反方程：42He＋________→84Be＋γ.
(2)84Be是一种不稳的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一质量的84Be，经
7.8×10－16s后所剩84Be占开始时的________．
【解析】(1)根据电荷数的守恒和质量数守恒有：
4
2He＋
4
2He→
8
4Be＋
γ
(2)根据半衰期的意义有m＝
m0
2
t
T
t＝7.8×10－16 s，T＝2.6×10－16 s
得
m
m0
＝
1
8
【答案】(1)42He(或α) (2)
1
8
(或12.5%)
11．(14分)已知23592U(质量为235.043 9 u)裂变后生成14156Ba(质量为140.913 9 u)和9236Kr(质量为91.897 3 u)同时放出3个中子(每个中子质量为
1.008 7 u)．
(1)写出核反方程；
(2)求1 kg铀裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量？(1 kg优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J的热量)
【解析】(1)23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310n.
(2)质量亏损为：
Δm＝(m U＋m n)－(m Ba＋m Kr＋3m n)
＝(235.043 9＋1.008 7)u－(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u＝0.215 3 u.
释放的核能为：
ΔE0＝Δmc2＝0.215 3×931.56 MeV≈201 MeV，
已知235 g铀有6.02×1023个铀核，那么1 kg铀内大约有1
0.235
×6.02×1023＝2.56×1024个铀核，
由此可知1 kg铀裂变放出能量为ΔE＝2.56×1024×201 MeV＝5.14×1026 MeV＝5.14×1032 eV＝8.2×1013 J，
则相当于优质煤的质量为：
M＝8.2×1013
3.36×107
kg＝2.44×106 kg.
【答案】(1)235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n
(2)2.44×106 kg
12．(14分)太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由正、负电子和11H、42 He原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反，核反方程是411H→42He＋20－1e＋E(释放的核能)，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反而使太阳中的11H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红的演化阶段，为了简化，假目前太阳由11H核组成，太阳质量M＝2×1030 kg，日地中心距离r＝1.5×1011 m.
(1)已知质子质量m p＝1.672 6×10－27 kg，He质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量m e＝0.9×10－30kg，光速c＝3×108m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反所释放的核能．
(2)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W ＝1.35×103 W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命(估算结果只要一位有效数字)．
【解析】(1)根据质量亏损和质能公式，该核反每发生一次释放的核能为ΔE＝(4m p－2m e－m a)c2≈4×10－12 J.
(2)根据题给假，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反的次数为N＝
M
4m p
×10%.
因此，太阳总共辐射的能量为E＝NΔE.
设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能力为ε＝4πr2W，
所以太阳继续保持在主序星的时间为t＝E
ε
.
由以上各式解得t＝
0.1MΔE
4m p·4πr2W
，
以题给数据代入，并以年为单位，可得t≈1×10＝1百亿年．【答案】见解析.。