人教版高中物理选择性必修第三册第五章原子核第4节第5节分层演练素养达标含答案

[A级——基础达标练]1．(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是()A．许多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，依据是粒子与各种相互作用的关系C．质子属于强子D．光子属于轻子解析：选ABC。许多粒子都有自己的反粒子，反粒子与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，故A正确；粒子分为三大类：媒介子、轻子和强子，依据其相互作用的关系，质子属于强子，光子属于媒介子，故B、C正确，D错误。2．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核()A．一定是稳定的B．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可以是多种形式的两个核的组合解析：选BD。重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子的能量大，C错误；中子数会减少，B正确；重核裂变的产物是多种多样的，A错误，D正确。3．一个静止的铀核eq\o\al(232,92)U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,)90Th(原子质量为228.0287u)。已知1u相当于931.5MeV的能量。铀核的衰变反应方程为eq\o\al(232,92)→eq\o\al(228,)90Th＋eq\o\al(4,2)He，算出该衰变反应中释放出的核能为()A．5.35MeVB．5.5MeVC．10.35MeVD．10.5MeV答案：B4．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eq\o\al(235,)92U的裂变，现有四种说法：①eq\o\al(235,)92U原子核中有92个质子，143个中子②eq\o\al(235,)92U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eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,)54Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(235,)92U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\o\al(235,)92U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J以上说法中完全正确的是()A.①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：选D。由eq\o\al(235,)92U的质量数和电荷数关系知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200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以④正确，故D正确。5．太阳辐射能量主要来自太阳内部的()A．化学反应B．放射性衰变C．裂变反应D．热核反应解析：选D。太阳的能量来自内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应。故D正确，A、B、C错误。6．ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”。人造太阳中发生的主要是氢的同位素——氘和氚的核聚变反应。下列说法正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．该核反应过程吸收能量C．该核反应生成物的质量大于反应物的质量D．聚变生成物eq\o\al(4,2)He的比结合能大于反应物eq\o\al(2,1)H的比结合能解析：选D。核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A错误；核聚变反应过程放出能量，B错误；核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故eq\o\al(4,2)He的比结合能大于eq\o\al(2,1)H的比结合能，D正确。7．我国自行研制的“超导托卡马克”可控热核反应实验装置，俗称人造太阳，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，产生巨大的能量，核反应方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，下列说法正确的是()A．该核反应前后核子的平均质量增加B．核反应方程式中的X是中子C．该核反应前后的电荷数不守恒D．该核反应产生的条件之一是核聚变的原料要大于一定的临界体积解析：选B。该核反应过程中要释放能量，故前后核子的平均质量减小，A错误；根据核反应前后质量数是守恒的，可得X为eq\o\al(1,0)n，是中子，B正确；核反应前后的电荷数是守恒的，C错误；核聚变反应是热核反应，与体积无关，D错误。[B级——能力增分练]8．下列说法正确的是()A．研制核武器的钚239eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(239,94)Pu))由铀239eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(239,92)U))经过2次β衰变而产生B．升高温度可以加快eq\o\al(14,)6C的衰变C．20g的eq\o\al(238,)92U经过两个半衰期后，质量变为15gD．eq\o\al(238,)92U在中子轰击下，生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,)54Xe的核反应前后，原子核的核子总数减少解析：选A。经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239由铀239经过2次β衰变而产生，A正确；温度不会影响衰变速度，B错误；根据半衰期公式m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)m0，可得m＝5g，即20g的铀经过2个半衰期后其质量变为5g，C错误；核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误。9．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。(已知煤的燃烧值q＝3.36×107J/kg，氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u，电子的质量为0.000549u，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV，阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1，结果均保留3位有效数字)问：(1)若1g氢完全聚变，能释放多少能量？(2)1g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？解析：(1)核反应方程为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008142u－4.001509u－2×0.000549u＝0.029961u根据ΔE＝Δmc2有ΔE＝Δmc2＝0.029961uc2＝0.029961×931.5MeV＝27.91MeV＝4.47×10－12J1g氢完全聚变释放的能量为E＝eq\f(1,4)×6.02×1023×4.47×10－12J＝6.73×1011J。(2)1g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量为m＝eq\f(6.73×1011,3.36×107)kg＝2.00×104kg。答案：(1)6.73×1011J(2)2.00×104kg10．用中子轰击铀核(eq\o\al(235,)92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(eq\o\al(141,)56Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)两部分，放出3个中子。各个核和中子的质量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg。试写出核反应方程，求出反应中释放的核能。解析：根据反应前后核的质量数守恒和核电荷数守恒，此铀核裂变方程为eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，则核反应前后的质量亏损Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.3578×10－27kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(3.0×108)2J≈3.2202×10－11J。答案：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,)92U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n3.2202×10－11J11.eq\o\al(235,)92U受中子轰击时会发生裂变，产生eq\o\al(144,)56Ba和eq\o\al(89,36)Kr，同时放出200兆电子伏特的能量。现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1)解析：核电站每一天的发电量E＝Pt＝50×104×103×24×3600J＝4.32×1013J据题意知，核电站一天的发电量就等于发电