物理选择性必修 第三册5 “基本”粒子课时作业

这是一份物理选择性必修 第三册5 “基本”粒子课时作业，共6页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
eq \f( 基础巩固练,25分钟·满分60分 )
一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)
1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( C )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变参与反应的中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：在核反应中，使用的浓缩铀达到临界条件才能发生链式反应；在反应中石墨作为“慢化剂”使快中子减速为慢中子，使铀核能进一步反应，故它们都不是用来控制核反应速度的方法，A、B、D错误；调节中子数目是控制反应速度的方法，镉棒具有很强的吸收中子的能力，C正确。
2．(2021·安徽省明光中学高二下学期月考)如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是( D )
A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238
B．石墨起到吸收中子的作用
C．镉棒起到使中子减速的作用
D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害
解析：铀棒是核燃料，核心物质是铀235，选项A错误；在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速，选项BC错误；水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害，选项D正确。
3．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( A )
A．eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)nB．eq \\al(24,11)Na―→eq \\al(24,12)Mg＋eq \\al( 0,－1)e
C．eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He―→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)HD．eq \\al(238, 92)U―→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变。
4．eq \\al(235, 92)U吸收一个慢中子后，分裂成eq \\al(136, 54)Xe和eq \\al(90,38)Sr，还放出( C )
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(235＋1＝136＋90＋x，,92＝54＋38＋y，)) 则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＝10，,y＝0。))
由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，C选项正确。
5．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的eq \\al(3,2)He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为eq \\al(3,2)He＋eq \\al(3,2)He→2eq \\al(1,1)H＋eq \\al(4,2)He。关于eq \\al(3,2)He聚变下列表述正确的是( B )
A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用eq \\al(3,2)He聚变反应发电
解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项B正确。
6.2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。 因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由eq \\al( 1,－1)H核和eq \\al(0,1)e构成的。
7．(多选)(2021·吉林省实验中学高二下学期月考)关于聚变和裂变，以下说法正确的是( BD )
A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
B．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1000万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的热核反应
C．铀核裂变时一定同时放出3个中子
D．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
解析：裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，选项A错误；太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的热核反应，选项B正确；重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去，这就是链式反应，铀核裂变时能同时释放2～3个中子，故C错误；铀235越纯，越容易发生链式反应，故D正确。
8．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( BD )
A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV
解析：计算质量亏损时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错误，B正确；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D正确，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错误。
二、非选择题(共12分)
9．(12分)(2020·山东寿光实验中学高二下学期月考)1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104 t TNT爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n＋201 MeV，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023)
答案：1.02 kg
解析：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV的能量，1 ml铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J,1 ml铀核的质量为0.235 kg，则原子弹中铀核的质量为m＝eq \f(E,ΔE1)×0.235 kg＝eq \f(8.4×1013,1.936×1013)×0.235 kg≈1.02 kg。
eq \f( 能力提升练,15分钟·满分40分 )
一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)
1．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于eq \\al(235, 92)U的裂变，现有四种说法：
①eq \\al(235, 92)U原子核中有92个质子，143个中子；
②eq \\al(235, 92)U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，其中一种反应方程为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(139, 54)Xe＋eq \\al(95,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n；
③eq \\al(235, 92)U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eq \\al(235, 92)U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J。
以上说法中完全正确的是( D )
A．①②③B．②③④
C．①③④ D．①②④
解析：由eq \\al(235,92)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；通过计算知④正确，故答案为D。
2．(2020·河北省曲周县第一中学高二下学期期中)一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q1，两个氘核发生核反应生成一个氦核，氘核聚变反应方程是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n。该反应放出的能量为Q2，聚变反应中生成氦核的比结合能是( C )
A．eq \f(Q1＋Q2,3)B．eq \f(Q1－Q2,3)
C．eq \f(2Q1＋Q2,3) D．eq \f(2Q2＋Q1,3)
解析：两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能量为2Q1，两个氘核结合成氦核放出的能量为Q2，核子结合成氦核释放的能量为2Q1＋Q2，氦核的核子数等于3，氦核的比结合能为eq \f(2Q1＋Q2,3)， 故C正确，ABD错误。
3．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是( B )
A．母核的质量数小于子核的质量数B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同D．子核的动能大于中微子的动能
解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝eq \f(p2,2m)知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误，故选B。
二、非选择题(共22分)
4．(11分)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能。
(1)核反应方程eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种核？
(2)有一座核能发电站，发电能力P＝1×106kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，铀核的质量mU＝3.9×10－25 kg，求每年需要消耗的铀的质量。(结果保留2位有效数字)
答案：(1)3 中子 (2)0.98 t
解析：(1)根据质量数和核电荷数守恒可得：
X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，a＝3。
(2)该核能发电站一年发出的电能为：W1＝Pt＝1×109×365×24×360 0 J＝3.153 6×1016 J
需要核反应产生的能量为：W＝eq \f(W1,η)＝7.008×1016 J
这么多核能需要燃烧的铀核质量为m＝eq \f(WmU,2.78×10－11)
代入数据，解得：m≈983.1 kg＝0.98 t。
5．(11分)(2021·江苏省宿迁市高二下学期月考)中国在“人造太阳”方面的研究取得了较大的成就，“人造太阳”被评为2018年中国10大科技之一。其原理是一个质量mD＝3.343 6×10－27 kg的氘核(eq \\al(2,1)H)与一个质量mT＝5.008 5×10－27 kg的氚核(eq \\al(3,1)H)发生核聚变，结合后生成了一个质量大小为m＝6.646 7×10－27 kg的新核，同时放出一个质量mn＝1.675 0×10－27 kg的中子(eq \\al(1,0)n)，并释放出大小为E的能量。(光的速度c＝3.0×108 m/s，结果保留三位有效数字)
(1)写出“人造太阳”轻核聚变的方程式；
(2)求该聚变释放的能量E。
答案：(1)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n (2)2.74×10－12 J
解析：(1)轻核聚变的方程式：
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n。
(2)轻核聚变中质量亏损为：
Δm＝mD＋mT－m－mn＝3.343 6×10－27 kg＋5.008 5×10－27 kg－6.646 7×10－27－1.675 0×10－2 kg＝0.030 4×10－27 kg
轻核聚变释放的能量：
E＝Δmc2＝0.030 4×10－27×(3×108)2 J≈2.74×10－12 J。