主题七 核能及其应用（解析版）

主题七核能及其应用（解析版）1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构，所依据的实验事实是()A．α射线速度很大，约为光速的十分之一

B．α射线有很强的电离能力C．绝大多数α粒子几乎不偏转

D．极少数α粒子发生了超90°大角度偏转【答案】CD【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构．此实验中，由于绝大多数α粒子几乎不偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转，说明原子的全部正电荷和几乎所有质量集中在原子中央很小的体积内，即原子核，这是原子的核结构模型的内容，故A、B错误，C、D正确．2．下列关于核反应的说法正确的是()A．23892U→23490Th＋42He是铀核的裂变反应B．21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应C．核反应2713Al＋42He→3015P＋X中的X是质子D．卢瑟福发现中子的核反应方程是42He＋147N→178O＋10n【答案】B【解析】23892U→23490Th＋42He是α衰变，选项A错误；21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应，选项B正确；核反应2713Al＋42He→3015P＋X中的X质量数为1，电荷数为零，则X是中子，选项C错误；卢瑟福发现质子的核反应方程是414

7→178O＋11H，选项D错误．3．下列说法正确的是()A．157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程

B．11H＋21H→32He是核聚变反应方程C．23892U→23490Th＋42He是核裂变反应方程

D．42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程【答案】BD【解析】A项是原子核的人工转变方程，故A项错误．核聚变指的是两个轻核结合成质量数较大的核，故B项正确．C项是α衰变反应方程，故C项错误．D项是人工转变方程，故D项正确．4．如图所示为氢原子的能级图．能量为12.75eV的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子发射出不同频率的光波，其中最多包含不同频率的光波数量为()A．3种

B．4种C．5种

D．6种【答案】D【解析】能量为12.75eV的光子照射一群处于基态的氢原子，－13.6eV＋12.75eV＝－0.85eV，即氢原子跃迁到n＝4的能级，向下跃迁能辐射出N＝C24＝4×32＝6种不同频率的光波，故D正确．5．天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构．关于原子核，下列说法正确的是()A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流B．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个C．增大压强不能改变原子核衰变的半衰期D．α射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤【答案】C【解析】β射线是原子核内的中子转化为质子时产生的电子形成的电子流，故A错误；某原子核经过一次α衰变核内质子数减少2个，故B错误；原子核的半衰期与所处的外界环境无关，改变压强不能改变半衰期，故C正确；γ射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤，故D错误．6．对于核力，以下哪些说法是正确的()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是强相互作用，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15

m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15

m时，核力的变化规律更清楚【答案】BC【解析】核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15

m之内，核力比库仑力大得多．因此，选项B正确，A错误．核力在大于0.8×10－15

m时，表现为吸引力，且随距离增大而减小，在距离小于0.8×10－15

m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确．人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故D不正确．7．2017年，量子通信卫星“墨子号”首席科学家潘建伟获得“物质科学奖”．对于有关粒子的研究，下列说法正确的是()A．在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应B．当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化C．轻核聚变的过程质量增大，重核裂变的过程有质量亏损D．比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时一定吸收能量【答案】A【解析】在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应，故A正确；半衰期由原子核内部因素决定，与温度等环境因素无关，故B错误；裂变和聚变都有质量亏损，故C错误；比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时有质量亏损，释放能量，故D错误．8．下列说法正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若取8个氡原子核，经7.6天后就一定剩下2个原子核了B．重核裂变释放核能产生新核的过程中，新核的比结合能比该重核的比结合能大C．光子的能量由光的频率决定D．23892U衰变为22286Rn，要经过4次α衰变及6次β衰变【答案】BC【解析】半衰期是一个统计概念，对个别或少数原子核不适用，A错误；比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核的过程中释放能量，所以重核裂变释放核能产生新核的过程中，新核的比结合能比该重核的比结合能大，B正确；光子的能量ε＝hν由光的频率决定，C正确；23892U衰变为22286Rn，质量数减少16个，发生了4次α衰变，电荷数应减少8，而22286Rn的电荷数比23892U少6个，说明还发生了2次β衰变，D错误．9．如图所示，图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱，已知谱线a是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，谱线b是氢原子在下列哪种情形下跃迁时的辐射光()A．从n＝3能级跃迁到n＝2能级

B．从n＝5能级跃迁到n＝2能级C．从n＝4能级跃迁到n＝3能级

D．从n＝5能级跃迁到n＝3能级【答案】B【解析】谱线a是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，谱线b比a的波长略短，则b的频率比a光的频率略高，其光子的能量比a光光子的能量略大，所以谱线b是氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，B正确．10．一个氘核(21H)与氚核(31H)反应生成一个新核同时放出一个中子，并释放能量．下列说法正确的是()A．该核反应为裂变反应B．该新核的中子数为2C．氘核(21H)与氚核(31H)是两种不同元素的原子核D．若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为ΔEc2【答案】BD【解析】一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，属于轻核聚变，故A错误；当一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子时，核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，新核的中子数为2，故B正确；氘核(21H)与氚核(31H)是同种元素，不同中子数的原子核，是同位素，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知核反应过程中的质量亏损Δm＝ΔEc2，故D正确．11．原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U。放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变

B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变

D．α衰变、β衰变和α衰变【答案】A【解析】23892U①23490Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变。23490Th②23491Pa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子。23491Pa③23492U，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子。选项A正确。12．铝核2713Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷3015P，同时放出一种粒子，关于这种粒子，下列说法中正确的是()A．这种粒子在电场中可以被加速或发生偏转

B．这种粒子在磁场中一定不受磁场力作用C．这种粒子在真空中的速度等于3×108

m/s

D．在碳14核内有6个这种粒子【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知放出的粒子质量数为1，电荷数为0，故该粒子为中子，中子不带电，不会在电场中加速或偏转，也不会受到磁场力作用，A错误，B正确。中子的速度小于光速，C错误。碳14核的电荷数为6，则质子数是6，中子数为14－6＝8，D错误。13．在匀强磁场中，有一个原来静止的14

6C原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为()A．146C→01e＋145B

B．146C→42He＋104Be

C.146C→21H＋125B

D.146C→0－1e＋147N【答案】D【解析】静止的放射性原子核发生了衰变放出粒子后，新核的速度与粒子速度方向相反，放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反，根据r＝mvBq，因粒子和新核的动量大小相等，可由半径之比7∶1确定电荷量之比为1∶7，即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为D。14．首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是73Li＋11H→K42He，已知mLi＝7.0160u，mH＝1.0078u，mHe＝4.0026u，则该核反应方程中的K值和质量亏损分别是()A．1和4.0212u

B．1和2.0056u

C．2和0.0186u

D．2和1.9970u【答案】C【解析】根据核反应前后质量数和电荷数守恒可得7＋1＝K×4,3＋1＝K×2，可得K＝2；反应前的总质量m1＝mLi＋mH＝7.0160u＋1.0078u＝8.0238u，反应后的总质量m2＝2mHe＝2×4.0026u＝8.0052u，反应前后质量亏损Δm＝m1－m2＝8.0238u－8.0052u＝0.0186u，C正确。15.

在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素2411Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示，下列说法正确的是()A．新核为2412Mg

B．轨迹2是新核的径迹C.2411Na发生的是α衰变

D．新核沿顺时针方向旋转【答案】AB【解析】根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为2411Na→2412Mg＋0－1e，可知新核为2412Mg，故A正确，C错误。由题意，静止的钠核2411Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝mvqB得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B正确。根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D错误。16．近几年日本、印度等许多国家积极发展“月球探测计划”，该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量。氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子的质量为1.00783u，中子的质量为1.008665u,1u相当于931.5MeV，则下列说法正确的是()A．一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeVB．氘和氦3的核聚变反应方程式：21H＋32He→42He＋X，其中X是中子C．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电【答案】A【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1，质量数为1，X为质子，B错误。一个氘和一个氦3发生核聚变，产生一个氦4和一个质子，根据爱因斯坦质能方程得，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0150－4.00151－1.00783)×931.5MeV≈17.9MeV，A正确。因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以反应后的总质量小于反应前的总质量，但是质量数守恒，C错误。目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用核裂变发电，D错误。17．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴有中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法，正确的是()A．21H＋31H→42He＋10n是α衰变方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰变方程B．高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为42He＋147N→178O＋10nC.23490Th衰变为22286Rn，经过3次α衰变，2次β衰变D.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程【答案】C【解析】核反应21H＋31H→42He＋10n是核聚变方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰变方程，A错误。高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为42He＋147N→178O＋11H，B错误。23490Th衰变为22286Rn，设经过了n次α衰变和m次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得234＝222＋4n,90＝86＋2n－m，联立解得n＝3，m＝2，故经过3次α衰变，2次β衰变，C正确。23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，不是氢弹核反应方程，氢弹发生的反应为核聚变，D错误。18．图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656nm，下列叙述正确的有()A．四条谱线中频率最大的是HδB．用633nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应【答案】AC【解析】频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n＝6跃迁到n＝2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n＝3向低能级跃迁时，可以是从3→2、2→1或者是3→1，即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误．19．氢原子能级如图所示，已知可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内，则下列说法正确的是()A．氢原子能量状态由n＝2能级跃迁到n＝1能级，放出的光子为可见光B．大量氢原子处于n＝4能级时，向低能级跃迁能发出6种不同频率的光子C．处于基态的氢原子电离需要