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第5章 核能與社會 章末檢測試卷(五) (時間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共12小題，每小題5分，共60分；其中1～8題為單項(xiàng)選擇題，9～12題為多項(xiàng)選擇題) 1．現(xiàn)有三個核反應(yīng)： ①Na→Mg＋e ②U＋n→Ba＋Kr＋3n ③H＋H→He＋n 下列說法正確的是(　　) A．①是裂變，②是β衰變，③是聚變 B．①是聚變，②是裂變，③是β衰變 C．①是β衰變，②是裂變，③是聚變 D．①是β衰變，②是聚變，③是裂變 答案　C 解析　原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變．衰變是指原子核放出α粒子和β粒子后，變成新的原子核的變化，像本題中的核反應(yīng)①；原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其他粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像核反應(yīng)②；聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，像核反應(yīng)③.綜上所述，C項(xiàng)正確． 2．“兩彈一星”可以說長了中國人的志氣，助了中國人的威風(fēng)．下列核反應(yīng)方程中，屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是(　　) ①N＋He→O＋H?、赨＋n→Sr＋Xe＋10n　③U→Th＋He?、蹾＋H→ He＋n A．①②B．②③C．②④D．③④ 答案　C 解析　“兩彈”指原子彈和氫彈，原子彈的核反應(yīng)方程是鈾核裂變，②正確；氫彈的核反應(yīng)方程是輕核聚變，④正確，所以選項(xiàng)C正確． 3．鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90(Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(Zr)，這些衰變是(　　) A．1次α衰變，6次β衰變 B．4次β衰變 C．2次α衰變 D．2次α衰變，2次β衰變 答案　B 解析　原子核每經(jīng)過一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2；每經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．α衰變的次數(shù)為n＝＝0(次)，β衰變的次數(shù)為m＝40－36＝4(次)． 4．典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，同時放出x個中子；U＋n―→Ba＋Kr＋xn，鈾235質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，鋇144質(zhì)量為m3，氪89質(zhì)量為m4，下列說法正確的是(　　) A．該核反應(yīng)類型屬于人工轉(zhuǎn)變 B．該反應(yīng)放出能量(m1－xm2－m3－m4)c2 C．x的值為3 D．該核反應(yīng)比聚變反應(yīng)對環(huán)境的污染較少 答案　C 解析　該核反應(yīng)是核裂變，不是人工轉(zhuǎn)變，故A錯誤；核反應(yīng)方程U＋n―→Ba＋Kr＋xn中根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，有：235＋1＝144＋89＋x，解得：x＝3；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，該方程放出的能量為：ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，故B錯誤，C正確；該核反應(yīng)生成兩種放射性元素，核污染較大，故D錯誤． 5．原子核聚變有望給人類未來提供豐富的潔凈能源．當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出熱量．這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為 6H―→kHe＋dH＋2n＋43.15MeV 由平衡條件可知(　　) A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2 C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3 答案　B 解析　根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得 12＝4k＋d＋2,6＝2k＋d 解得k＝2，d＝2. 6．據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙(Po)．若該元素發(fā)生α衰變，其半衰期是138天，衰變方程為Po→X＋He＋γ，則下列說法中錯誤的是(　　) A．X原子核含有124個中子 B．X原子核含有206個核子 C．γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級向較低能級躍遷時發(fā)出的 D．100g的Po經(jīng)276天，已衰變的質(zhì)量為75g 答案　C 解析　X原子核中的核子數(shù)為210－4＝206個，B項(xiàng)正確．中子數(shù)為206－(84－2)＝124個，A項(xiàng)正確．γ射線是核反應(yīng)前后因質(zhì)量虧損釋放的能量以γ光子的形式放出產(chǎn)生的，C項(xiàng)錯誤．經(jīng)過兩個半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D項(xiàng)正確． 7．一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程是H＋n→H＋γ B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝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λ＝ 答案　B 解析　根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為：H＋n→H＋γ，故選項(xiàng)A錯誤；聚變過程中輻射出γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故選項(xiàng)B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故選項(xiàng)C錯誤；由E＝知，γ光子的波長λ＝，故選項(xiàng)D錯誤． 8．已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時(　　) A．釋放出4.9MeV的能量 B．釋放出6.0MeV的能量 C．釋放出24.0MeV的能量 D．吸收4.9MeV的能量 答案　C 解析　依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為H＋H→He，因氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，故釋放的核能為ΔE＝47.1MeV－221.1MeV＝24.0MeV，故選C. 9．秦山核電站第三期工程的兩個6105kW發(fā)電機(jī)組已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電．發(fā)電站的核能來源于U的裂變，下列說法正確的是(　　) A．反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度通常是采用調(diào)節(jié)U的體積來控制的 B.U的一種可能的裂變是U＋n―→Xe＋Sr＋2n C.U是天然放射性元素，升高溫度后它的半衰期會縮短 D．一個U裂變能放出200MeV的能量，即3.210－11J 答案　BD 解析　反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度由控制棒(鎘棒)吸收中子的多少來控制，A錯；U裂變有多種可能性，B對；放射性元素的半衰期由原子核本身決定，與溫度、壓強(qiáng)等外界條件無關(guān)，C錯；通過計(jì)算知，D正確． 10．為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”．對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法中正確的是(　　) A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比 B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能 C．一個中子和一質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損 D．E＝mc2中的E是核反應(yīng)中釋放的核能 答案　ABC 解析　愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2告訴我們，物體的質(zhì)量與它的能量成正比．核反應(yīng)中若質(zhì)量虧損，就要釋放能量，可用ΔE＝Δmc2計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能．故上述選項(xiàng)只有D不正確． 11．太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的聚變反應(yīng)可以看做是4個氫核(H)結(jié)合成1個氦核(He)．下表中列出了部分粒子的質(zhì)量(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)，以下說法中正確的是(　　) 粒子名稱 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n 質(zhì)量/u 1.0073 4.0015 0.00055 1.0087 A.核反應(yīng)方程式為4H―→He＋2e B．核反應(yīng)方程式為4H―→He＋2e C．4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為0.0266u D．聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8MeV 答案　ACD 解析　根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒關(guān)系可判斷A正確，B錯誤；質(zhì)量虧損為Δm＝(41.0073－4.0015－20.00055) u＝0.0266u，根據(jù)質(zhì)能方程可知ΔE＝Δmc2≈24.8MeV，C、D正確． 12．原子核的比結(jié)合能曲線如圖1所示．根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　) 圖1 A.He核的結(jié)合能約為14MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 答案　BC 解析　由題圖圖像可知He核的結(jié)合能約為28MeV，A項(xiàng)錯誤；He核比Li核的比結(jié)合能大，故He核比Li核穩(wěn)定，B項(xiàng)正確；兩個H核結(jié)合成He核時比結(jié)合能增大，釋放能量，C項(xiàng)正確；U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的小，D項(xiàng)錯誤． 二、填空題(本題共2小題，共8分) 13．(4分)歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9MeV的He.(1MeV＝1.610－13J) (1)上述核反應(yīng)方程為___________________________________________________________； (2)質(zhì)量虧損為________kg. 答案　(1)H＋Li→2He　(2)3.110－29 解析　(1)H＋Li→2He (2)Δmc2＝E末－E初 Δm＝＝kg ≈3.110－29kg 14．(4分)氘核和氚核聚變時的核反應(yīng)方程為： H＋H→He＋n. 已知H的平均結(jié)合能是2.78MeV，H的平均結(jié)合能是1.09MeV，He的平均結(jié)合能是7.03MeV，則核反應(yīng)時釋放的能量為________MeV. 答案　17.6 解析　聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能 E1＝(1.092＋2.783) MeV＝10.52MeV 反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能 E2＝7.034MeV＝28.12MeV. 由于單個核子無結(jié)合能，即中子無結(jié)合能，所以聚變過程釋放出的能量為 ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6MeV. 三、計(jì)算題(本題共3小題，共32分) 15．(10分)在氫彈爆炸中發(fā)生的核聚變方程為H＋H→He＋n，已知H的質(zhì)量為2.0136u，H的質(zhì)量為3.0166u，He的質(zhì)量為4.0026u，n的質(zhì)量為1.0087u，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.021023mol－1，求此氫彈爆炸中當(dāng)合成1kg的氦時所釋放的能量． 答案　2.651027MeV 解析　由題意可知，當(dāng)一個H核與一個H核發(fā)生反應(yīng)合成一個He核時放出的能量為 ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087) u＝0.0189931.5MeV＝17.6MeV 而1kg氦中含有的原子數(shù)目為N＝6.021023個＝1.5051026(個) 所以合成1kg氦核時所放出的總能量為E＝NΔE＝2.651027MeV 16．(10分)如果把O分成8個質(zhì)子和8個中子，要給它提供多少能量？把它分成4個He，要給它提供多少能量？(已知O核子的平均結(jié)合能是7.98MeV，He核子的平均結(jié)合能是7.07MeV) 答案　127.68MeV　14.56MeV 解析　把O分成質(zhì)子和中子需提供的能量 ΔE1＝167.98MeV＝127.68MeV. 把質(zhì)子和中子結(jié)合成一個He所放出的能量 ΔE2＝47.07MeV＝28.28MeV. 則把O分成4個He需提供的能量 ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68MeV－428.28MeV ＝14.56MeV. 17．(12分)一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.0287u)．已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量． (1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程； (2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能； (3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能，則α粒子的動能為多少？ 答案　(1)U―→Th＋He　(2)5.5MeV (3)5.41MeV 解析　(1)衰變反應(yīng)方程為U―→Th＋He (2)質(zhì)量虧損 Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059u ΔE＝Δmc2＝0.0059931.5MeV≈5.5MeV (3)系統(tǒng)動量守恒，釷核和α粒子的動量大小相等，即 pTh＋(－pα)＝0 pTh＝pα，EkTh＝ Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE， 所以α粒子獲得的動能 Ekα＝ΔE≈5.41MeV.