高中同步测试卷·人教物理选修3－5：高中同步测试卷（六） word版含解析

高中同步测试卷(六)

第六单元　核反应方程及核能

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分．)

1．一个氘核(H)与一个氚核(H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．该聚变过程中(　　)

A．吸收能量，生成的新核是He  B．放出能量，生成的新核是He

C．吸收能量，生成的新核是He  D．放出能量，生成的新核是He

2．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是(　　)

A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比

B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能

C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损

D．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能

3.如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是(　　)

A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量

B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量

C．若C、B能结合成G，结合过程一定要释放能量

D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量

4．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)

A.[(mD－mp－mn)c2－E]  B.[(mp＋mn－mD)c2－E]

C.[(mD－mp－mn)c2＋E]  D.[(mp＋mn－mD)c2＋E]

5．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是(　　)

A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子

B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零

6．关于核反应或核衰变方程，下列说法正确的是(　　)

A.Be＋He→C＋X，符号“X”表示中子 B.N＋He→O＋X，符号“X”表示中子

C.Na→Mg＋e是裂变  D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是聚变

7．一个U在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列说法正确的是(　　)

A．X的原子核中含有86个中子

B．X的原子核中含有141个核子

C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少

D.U是天然放射性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长

8．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法：

①U原子核中有92个质子，143个中子；

②U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n；

③U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；

④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11J.

以上说法中完全正确的是(　　)

A．①②③  B．②③④

C．①③④  D．①②④

9．关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有 (　　)

A.U→Th＋He　是α衰变  B.N＋He→O＋H　是β衰变

C.H＋H→He＋n　是轻核聚变  D.Se→Kr＋2e　是重核裂变

10．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，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为

6H→kHe＋dH＋2n＋43.15 MeV

由平衡条件可知(　　)

A．k＝1，d＝4  B．k＝2，d＝2

C．k＝1，d＝6  D．k＝2，d＝3

11．由我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克EAST核聚变实验装置被称为“人造太阳”．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是(　　)

A．“人造太阳”的核反应方程式是H＋H→He＋n

B．“人造太阳”的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋3n

C．根据公式ΔE＝Δmc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多

D．根据公式ΔE＝Δmc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同

12．利用氦3(He)和氘进行的聚变安全无污染，容易控制．月球上有大量的氦3，每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一．嫦娥一号探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦3的分布和储量．已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是：2H→He＋n＋3.26 MeV

若有2 g氘全部发生聚变，则释放的能量是(NA为阿伏加德罗常数)(　　)

A．0.5×3.26 MeV  B．3.26 MeV

C．0.5NA×3.26 MeV  D．NA×3.26 MeV

二、非选择题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13．(8分)(1)一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：p＋Al→X＋n.式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为_____，中子数为________．

(2)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．

①完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋________→Be＋γ.

②Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的Be，经7.8×10－16 s后，所剩Be占开始时的________．　

14．(10分)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27kg，1 u相当于931.5 MeV的能量)

(1)写出铀核的衰变反应方程；

(2)算出该衰变反应中释放出的核能；

(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？

15．(10分)现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：U＋n→Nd＋Zr＋3n＋8e＋υ

(1)核反应方程中的υ是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；

(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u，中子的质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u；又知1 u＝1.660 6×10－27 kg，试计算1 kg铀235大约能产生的能量是多少？

16.(12分)为了验证爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，设计了下面的实验：用动能E1＝0.9 MeV的质子去轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E＝19.9 MeV.(质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.007 3 u、7.016 0 u、4.001 5 u，1 u相当于931.5 MeV的能量)

(1)写出该核反应方程式；

(2)计算核反应过程中释放的能量ΔE；

(3)通过计算说明ΔE＝Δmc2的正确性．

参考答案与解析

1．[导学号13050081]　【解析】选B.聚变过程中存在质量亏损，应放出能量，由核反应H＋H→n＋He，可知新核为He，B对．

2．[导学号13050082]　【解析】选D.E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，A说法正确；对于ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减小ΔE时，它的质量也会相应地增加或减少Δm，B说法正确；只有当出现质量亏损时，才能释放核能，C说法正确；公式E＝mc2中，E为质量为m的物体所对应的总能量，而非核反应中释放的能量，D错误．

3．[导学号13050083]　【解析】选A.由ΔE＝Δmc2可知，释放能量时生成物比反应物质量小，反之则大．根据图象可知，D、E结合成F，核子数不变，质量减少，释放能量，A选项正确．

4．[导学号13050084]　【解析】选C.核反应过程中的质量亏损为

Δm＝mD－mp－mn

核反应过程中释放的能量为

ΔE＝Δmc2＝(mD－mp－mn)c2

质子和中子的总动能为Ek＝ΔE＋E

中子的动能是总动能的一半，故选项C是正确的．

5．[导学号13050085]　【解析】选AD.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2 MeV，故D对，B、C错．

6．[导学号13050086]　【解析】选A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知A中的X表示中子，B中的X表示质子，故A正确，B错误；裂变是一个重原子分裂为两个或更多较轻原子核，并在分裂时释放中子并伴随巨大能量释放的过程，故C中不是裂变反应，D中是裂变反应，C、D错误．故选A.

7．[导学号13050087]　【解析】选A.由核反应规律可知，X是Xe，X中有140个核子、86个中子，A项正确，B项错误；裂变过程质量亏损，总质量数守恒，C项错误；半衰期由核本身的因素决定，与外界条件无关，D项错误．

8．[导学号13050088]　【解析】选D.由U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11J，所以④正确，故答案为D.

9．[导学号13050089]　【解析】选AC.α衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；β衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错；C项是轻核的聚变，D项是β衰变现象，故C对、D错．

10．[导学号13050090]　【解析】选B.根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知

解得，B对．

11．[导学号13050091]　【解析】选AC.H＋H→He＋n是氢核聚变方程，故A正确．根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C正确．

12．[导学号13050092]　【解析】选C.2 g氘含有的原子核个数为NA，全部发生聚变时，共发生0.5NA次聚变，所以释放的能量为0.5NA×3.26 MeV，故C正确．

13．[导学号13050093]　【解析】(1)从核反应发生时质量数和电荷数守恒入手．

p为H，n为n，则X中Z＝1＋13－0＝14，A＝27＋1－1＝27，则中子数为A－Z＝27－14＝13.

(2)①He(或α)　②(或12.5%)

【答案】(1)14　13　(2)①He或α　②或12.5%

14．[导学号13050094]　【解析】(1)U→Th＋He.

(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 u.

ΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.50 MeV.

(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0

pTh＝pα

EkTh＝

Ekα＝

EkTh＋Ekα＝ΔE，所以α粒子获得的动能Ekα＝·ΔE＝×5.5 MeV＝5.41 MeV.

【答案】(1)U→Th＋He

(2)5.50 MeV　(3)5.41 MeV

15．[导学号13050095]　【解析】(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，质量数A＝236－146＝90；核反应方程中应用符号Zr表示．

(2)1 kg铀235的铀核个数为

N＝×6.02×1023＝2.56×1024个．

不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm＝0.217 4 u.

1 kg铀235完全裂变产生的能量约为

ΔE＝8.32×1013 J.

【答案】(1)40　90　(2)8.32×1013 J

16．[导学号13050096]　【解析】(1)核反应方程为：

H＋Li→2He

(2)核反应过程中的质量亏损

Δm＝(1.007 3＋7.016 0－2×4.001 5)u＝0.020 3 u.

根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量．

ΔE＝0.020 3×931.5 MeV＝18.9 MeV.

(3)由实验知反应前后系统增加的动能是

E－E1＝(19.9－0.9) MeV＝19.0 MeV.

这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等，证明了方程ΔE＝Δmc2是正确的．

【答案】(1)H＋Li→2He　(2)18.9 MeV

(3)见解析