高中物理人教版选修12　第三章　核能（含解析）

9/99/99/9高中物理选修1-2第三章核能〔含解析〕一、单项选择题1.以下说法中正确的选项是〔

〕A.

汤姆孙通过实验发现了质子

B.

贝克勒尔通过实验发现了中子

C.

卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型

D.

查德威克发现了天然发发射现象说明原子具有复杂结构2.关于原子核知识,以下描述正确的选项是〔

〕A.

温度升高,放射性元素衰变的半衰期减小

B.

放射性物质U发生β衰变所释放的电子来源与核外电子

C.

平均结合能越大,原子核越稳定

D.

用中子轰击铀核,产生几个中等质量原子核的现象属于核聚变3.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近〔

〕A.

1036kg

B.

1018kg

C.

1013kg

D.

109kg4.中广核集团现拥有大亚湾核电站、岭澳核电站一期、岭澳核电站二期等在运行的核电机组,核电站利用的是〔〕A.

放射性元素衰变放出的能量

B.

人工放射性同位素放出的能量

C.

重核裂变放出的能量

D.

轻核聚变放出的能量5.以下表达正确的选项是〔

〕A.

两个质子之间,不管距离如何,核力总是大于库仑力

B.

由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,质量可以转变为能量

C.

质子与中子的质量不等,但质量数相等

D.

天然放射现象说明原子核内部有电子6.以下说法中正确的选项是〔

〕A.

中子和质子结合成氘核时放出能量

B.

升高放射性物质的温度,可缩短其半衰期

C.

某原子核经过一次α衰变和一次β衰变后,核内中子数减少4个

D.

γ射线的电离作用很强,可用来消除有害静电7.在核反响堆中,为了使快中子的速度减慢,可选用作为中子减速剂的物质是〔

〕A.

水

B.

镉

C.

氧

D.

氢二、多项选择题8.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子．质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c．以下说法正确的选项是〔

〕A.

核反响方程是H+n→H+γ

B.

聚变反响中的质量亏损△m=m1+m2﹣m3

C.

辐射出的γ光子的能量E=〔m3﹣m1﹣m2〕c

D.

γ光子的波长γ=9.A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过,且vA>vB,对于在飞机上的人观察结果,以下说法正确的选项是(

)A.

A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大

B.

A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小

C.

两飞机上的人观察到足球场的长度相同

D.

两飞机上的人观察到足球场的宽度相同10.中国的核聚变研究已进入世界前列,主要利用2个氘核聚变成3He,被称为人造太阳,氘核的质量为2.013u,中子质量为1.0087u,3He的质量为3.015u,质子的质量为1.0078u,α粒子的质量为4.0026u,1uc2=931MeV,那么〔

〕A.

该核反响中产生的新粒子为中子

B.

该核反响中产生的新粒子为质子

C.

该核反响中释放出的核能为3.26MeV

D.

该核反响中释放出的核能为4.10MeV11.以下说法中正确的选项是(

)A.

万有引力可以用狭义相对论做出正确的解释

B.

电磁力可以用狭义相对论做出正确的解释

C.

狭义相对论是惯性参考系之间的理论

D.

万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架12.以下说法正确的选项是〔

〕A.

太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反响

B.

原子核经过6次α衰变和4次β衰变后成为原子核

C.

用升温、加压或发生化学反响的方法不能改变放射性元素的半衰期

D.

以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量,那么mD=mp+mn

E.

天然发射现象中的γ射线是原子核受激发产生的13.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等材料,这些岩石都不同程度的含有放射性元素,如有些含有铀、钍的花岗岩会释放出放射性气体氡,氡会发生放射性衰变,放出α、β、γ射线：氡的半衰期为3.8天,那么以下说法正确的选项是〔〕A.

发生α衰变时,生成的核和原来相比,中子数少2

B.

发生β衰变时,释放出电子,说明原子核内有电子存在

C.

γ射线一般伴随着α和β射线产生,其中γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱

D.

假设只有4个氡核,经过7.6天一定只剩下一个氡核三、填空题14.用中子轰击锂核〔Li〕发生核反响,生成氚核和α粒子,并释放出4.8Mev的能量,请写出核反响方程________．15.氢弹的工作原理是利用氢核聚变放出巨大能量．在某次聚变中,一个氘核与一个氚核结合成一个氦核．氘核的比结合能是1.09MeV；氚核的比结合能是2.78MeV；氦核的比结合能是7.03MeV．那么氢核聚变的方程是________一次氢核聚变释放出的能量是________

MeV．16.在贝克勒尔发现天然放射现象后,人们对放射线的性质进行了深入研究,如图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹,请图中各射线的名称：1射线是________,2射线是________,3射线是________．

17.天然放射性现象发出的射线中,存在α射线、________和γ射线,其中α射线的本质是高速运动的________核〔填写元素名称〕．18.某人工核反响如下：P+1327AL→X+N式中P代表质子,N代表中子,X代表核反响产生的新核．由反响式可知,新核X的质子数为________,中子数为________．19.质子的质量mp,中子的质量为mn,它们结合成质量为m的氘核,放出的能量应为

________〔真空中的光速为c〕20.电视机显像管是应用了________原理．四、计算题21.一个氘核和一个氚核发生聚变,放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量,并写出核反响方程．22.如下图,在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5kg的小球,正随车厢以20m/s的速度匀速前进.现在给小球一个水平向前的F=5N的拉力作用,求经10s时,车厢里的观察者和地面上的观察者看到小球的速度分别是多少？

五、综合题23.一个锂受到一个质子的轰击,变成两个α粒子．一个氦原子核的质量是6.6466×10﹣27kg,一个锂原子核的质量是1.16506×10﹣26kg,一个氢原子核的质量是1.6736×10﹣27kg,〔1〕试写出这一过程的核反响方程；〔2〕计算这一过程中的质量亏损；〔3〕计算这一过程中所释放的核能．24.一个静止的氡核Rn,放出一个α粒子后衰变为钋核Po,同时放出能量为E=0.26MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能,不计光子的动量．M氡=222.08663u、mα=4.0026u、M钋=218.0766u,1u相当于931.5MeV的能量．〔1〕写出上述核反响方程；〔2〕求出发生上述核反响放出的能量；〔3〕确定钋核与α粒子的动能．25.氘核的质量为2.0136U,中子的质量为1.0087U,He核的质量为3.0150U,两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子,释放的核能也全部转化为机械能．〔质量亏损为1U时,释放的能量为931.5MeV．除了计算质量亏损外,He的质量可以认为是中子的3倍．〕〔1〕写出该核反响的反响方程式；〔2〕该核反响释放的核能是多少？〔3〕假设测得反响后生成中子的动能是3.12MeV,那么反响前每个氘核的动能是多少MeV？答案解析局部一、单项选择题1.【答案】C【考点】原子的核式结构【解析】【分析】卢瑟福是质子的发现者,A错。查德威克证实了中子的存在,B错。法国科学家贝克勒耳发现U矿中有复杂射线,即天然放射性现象,进一步研究说明原子还有复杂结构,因此D错误。卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型并予以证实,C正确

【点评】此类题型考察了物理学史的记忆2.【答案】C【考点】原子的核式结构【解析】【解答】解：A、放射性元素的半衰期与温度无关,故A错误．

B、β衰变所释放的电子来自原子核,是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故B错误．

C、核子平均结合能越大的原子核越稳定,故C正确．

D、用中子轰击铀核,产生几个中等质量原子核的现象属于核裂变,故D错误．

应选：C．

【分析】放射性元素的半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关,由原子核内部因素决定；β衰变是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来；根据核子平均结合能越大的原子核越稳定来分析判断；用中子轰击铀核,产生几个中等质量原子核的现象属于核裂变．3.【答案】D【考点】质能方程【解析】【解答】解：根据△E=△mc2得：

△m===4.4×109kg,

故D正确．

【分析】应用质能方程△E=△mc2求解太阳每秒钟减少的质量．4.【答案】C【考点】核裂变与核聚变【解析】【解答】目前人类能控制缓慢释放能量的核能只有核裂变；故核电站均采用受控热核裂变释放的能量；

应选：C．

【分析】目前我们能控制的核能只有核裂变；现在的核电站是利用核裂变释放核能而发电的．5.【答案】C【考点】原子核的组成,质能方程【解析】【解答】解：A、核力属于短程力,只是在很短距离内有作用,故A错误；

B、质能方程告诉了我们质量和能量之间的关系,但是并非指质量可以转化为能量,故B错误；

C、质子和中子的质量数相等都为1,但是它们的质量并不相等,故C正确；

D、天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构,不能说明原子核内有电子,放射现象中放出的电子是由中子转化为质子同时产生一个电子放出的,故D错误．

应选C．

【分析】正确解答此题要掌握：核力特点以及核力性质；正确理解质能方程的物理意义；正确理解质子数、中子数、质量数之间关系；正确理解天热放射现象．6.【答案】A【考点】核裂变与核聚变【解析】【解答】A、轻核聚变时放出能量,所以中子和质子结合成氘核时放出能量,故A正确；B、半衰期是物质的本身属性与温度无关,故B错误；

C、经过一次α衰变中子数减2,一次β衰变后,中子数减1,所以某原子核经过一次α衰变和一次β衰变后,核内中子数减少3个,故C错误；

D、γ射线的穿透作用很强,α射线的电离作用很强,故D错误．

应选A

【分析】轻核聚变时放出能量,半衰期是物质的本身属性与温度无关,经过一次α衰变中子数减2,一次β衰变后,中子数减1；γ射线的穿透作用很强,α射线的电离作用很强．7.【答案】A【考点】放射性的应用与防护【解析】【解答】在可控核反响堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂,故A正确．应选：A．

【分析】解决此题应掌握：在可控核反响堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂．二、多项选择题8.【答案】B,D【考点】质能方程【解析】【解答】解：A、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子,由质量数守恒和电荷数守恒,可得核反响方程为H+n→H+γ,选项A错误．

B、反响前的质量减去反响后的质量,即为质量的亏损,即为△m=m1+m2﹣m3,选项B正确；

C、聚变反响中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出,故光子能量为E=〔m1+m2﹣m3〕c2,选项C错误；

D、根据h=E=〔m1+m2﹣m3〕c2得光子的波长为：λ=,选项D正确．

应选：BD．

【分析】通过质量数和电荷数守恒可判知A选项的正误；质量亏损是反响前的质量与反响后的质量之差,由此可得知选项B的正误；由爱因斯坦的质能方程和光子的能量公式E=hv=h可得知CD的正误．9.【答案】B,D【考点】相对论【解析】【解答】由(其中l0是相对足球场静止时的长度),可以看出,速度越大,“动尺变短〞的效应越明显,选项B正确；但是足球场的短轴与飞机速度方向垂直,所以两飞机上的人观察到足球场的宽度相同．

【分析】根据狭义相对论的尺缩效应即在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短,当速度接近光速时,尺子缩成一个点求解。10.【答案】A,C【考点】核反响方程,质能方程【解析】【解答】解：AB、根据质量数守恒和核电荷数守恒知,聚变的核反响方程为：H+H→

He+

n,故A正确,B错误；

CD、核反响过程中的质量亏损为：△m=2mD﹣〔mHe+mn〕=0.0035u释放的核能为：△E=△mc2=0.0035uc2=3.26MeV,故C正确,D错误；

应选：AC．

【分析】根据核反响过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核；

要计算计算释放的核能,就必须知道核反响亏损的质量,根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2即可求出核反响释放的能量．11.【答案】B,C,D【考点】相对论【解析】【解答】狭义相对论理论认为电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限,而星球的运动不能够超过光速影响到远处的另一个星球,所以万有引力理论无法纳入狭义相对论,应选项A错误,B、D正确；狭义相对论是惯性参考系之间的理论,应选项C正确．

【分析】经典力学使用条件为：宏观,低速．相对论才能解释微观,高速运动现象．万有引力定律适用于质点间的引力相互作用．G是一个比例常量,但有单位．12.【答案】B,C,E【考点】原子核的衰变、半衰期,核裂变与核聚变【解析】【解答】解：A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反响,故A错误．

B、原子核衰变后成为原子核,质量数少24,可知发生了6次α衰变,电荷数少8,可知发生了4次β衰变,故B正确．

C、半衰期与原子核所处的物理环境和化学状态无关,故C正确．

D、质子和中子结合成氘核,有质量亏损,可知mD＜mp+mn,故D错误．

E、天然发射现象中的γ射线是原子核受激发产生的,故E正确．

应选：BCE．

【分析】太阳内部进行的是轻核聚变；根据质量数守恒、电荷数守恒,结合衰变的实质求出α衰变、β衰变的次数；用升温、加压或发生化学反响的方法不能改变放射性元素的半衰期；氢核聚变有质量亏损；天然发射现象中的γ射线是原子核受激发产生的．13.【答案】A,C【考点】原子核的衰变、半衰期【解析】【解答】解：A、发生α衰变时,生成的核和原来相比,电荷数少2,质量数少4,那么中子数少2,A符合题意．

B、β衰变释放的电子是原子核中的中子转变为质子和电子时产生,原子核内没有电子存在,B不符合题意．

C、γ射线一般伴随着α和β射线产生,其中γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,C不符合题意．

D、半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,D不符合题意．

故答案为：AC．

【分析】解决此题的关键知道衰变的实质,知道在衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒。三、填空题14.【答案】Li+﹣→+He【考点】核反响方程【解析】【解答】解：根据质量数和电荷数守恒得：Li+﹣→+He

故答案为：Li+﹣→+He

【分析】根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反响方程．15.【答案】H+H→He+n；17.6MeV【考点】质能方程【解析】【解答】〔1〕根据质量数与质子数守恒,那么有核反响方程为：H+H→He+n；〔2〕根据质能方程△E=△mc2

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

故答案为：H+H→He+n；17.6MeV．

【分析】〔1〕根据核反响过程中质量数和电荷数守恒可正确写出核反响方程．〔2〕根据质能方程可正确解答．16.【答案】β；γ；α【考点】原子核的组成【解析】【解答】三种射线在匀强磁场中向上运动时,α射线带正电荷,可以判断它将向右偏转,即图中的3射线是α射线；

β射线带负电荷,可以判断它将向左偏转,即图中的1射线是β射线；γ射线不带电,不偏转,即图中的2射线是γ射线；

故答案为：β射线,γ射线,α射线．

【分析】该题通过带电粒子在磁场中运动,考查三种射线的特性,α射线带正电荷,在磁场中根据左手定那么判定向右偏转；β射线带负电荷,偏转的方向与α射线相反；γ射线不带电,不偏转；由此可以判定．17.【答案】β射线；氦【考点】放射性的应用与防护【解析】【解答】天然放射性现象会发出α射线、β射线和γ射线：α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来；故放出的是氦原子核．β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子．γ射线是原子核在发生α衰变和β衰变时产生的能量以γ光子的形式释放．

故答案为：β射线,氦

【分析】解答此题应掌握,天然放射性现象发出的粒子包括：α射线、β射线和γ射线；并能并确各种射线的性质以及所对应的成分．18.【答案】14；13【考点】核反响方程【解析】【解答】质子的电荷数为1,质量数为1,中子的电荷数为0,质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒,X的质子数为1+13﹣0=14,质量数为1+27﹣1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和,那么新核的中子数为27﹣14=13．

故答案为：14,13．

【分析】在核反响中,应根据电荷数守恒、质量数守恒,得出新核的质子数和中子数．19.【答案】(mp+mn﹣m〕c2【考点】质能方程【解析】【解答】由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：

△E=〔mp+mn﹣m〕c2

故答案为：〔mp+mn﹣m〕c2．

【分析】爱因斯坦质能方程：△E=△mc2,可求得放出的能量．20.【答案】带电粒子在匀强电场中的加速与带电粒子在匀强磁场中的偏转【考点】放射性的应用与防护【解析】【解答】电视机显像管的原理如图：使用的电磁学的原理包括：带电粒子在匀强电场中的加速与带电粒子在匀强磁场中的偏转原理．

故答案为：带电粒子在匀强电场中的加速与带电粒子在匀强磁场中的偏转．

【分析】根据电视机显像管的原理解答即可．四、计算题21.【答案】解答：根据质量数守恒,新核的质量数：m=2+3﹣1=4

根据电荷数守恒,新核的电荷数：Z=1+1﹣0=2

所以新核是氦核,核反响方程式为：H+H→He+n

2克氘的物质的量是1mol,3克氚的物质的量也是1mol,所以它们一起产生1mol的氦核,放出的热量是：MeV

答：2克氘和3克氚聚变放出的能量是1.06×1025MeV,该核反响方程是：H+H→He+n【考点】核裂变与核聚变【解析】​【分析】①根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反响方程,并确定新核的种类．

②先求解出质量亏损,再根据爱因斯坦质能方程求解出方程的核能．22.【答案】对车上的观察者：

物体的初速,加速度。

10s时的速度

对地上的观察者

方法一：物体初速度

加速度

10s末速度

方法二：根据速度合成法那么

​【考点】相对论【解析】【解答】注意：在两个惯性系中,虽然观察到的结果并不相同,一个,另一个,但我们却用了同样的运动定律和速度合成法那么.也就是说,力学规律在任何惯性系中都是相同的.

【分析】参考系不同物体的运动就有所不同,所以选择怎样的参考系是解决问题要注意的,在高中物理中,一般选取地面或地面上的物体为参考系,这也是牛顿经典力学适用的范围。五、综合题23.【答案】〔1〕解：这一过程的核反响方程为：→2

答：这一过程的核反响方程→2

〔2〕解：质量亏损为：△m=mLi+mH﹣2mα=11.6506×10﹣27kg+1.6736×10﹣27kg﹣2×6.6466×10﹣27kg

=3.1×10﹣29kg

答：这一过程中的质量亏损3.1×10﹣29kg

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

答：这一过程中所释放的核能2.79×10﹣12J【考点】核反响方程,质能方程【解析】【分析】根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反响方程,算出亏损质量,依据E=mc2,可以求得释放的核能．24.【答案】〔1〕