2019年高中物理 第5章《核能與社會(huì)》綜合檢測(cè) 滬科版選修3-5.doc

2019年高中物理 第5章核能與社會(huì)綜合檢測(cè) 滬科版選修3-5一、選擇題(本題包括10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，選錯(cuò)或不選的得0分)1(xx上海單科)現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來(lái)自于()A天然放射性元素衰變放出的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂變放出的能量D化學(xué)反應(yīng)放出的能量【解析】現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾裂變放出的核能發(fā)電，故C項(xiàng)正確【答案】C2下列說(shuō)法正確的是()A.NHCHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應(yīng)方程C.UThHe是核裂變反應(yīng)方程D.HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程【解析】A選項(xiàng)中N在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應(yīng)，屬于人工轉(zhuǎn)變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；C選項(xiàng)是衰變，不是裂變，即選項(xiàng)C錯(cuò)誤【答案】BD3關(guān)于核能的利用，下列說(shuō)法正確的是()A現(xiàn)在的核電站既有裂變反應(yīng)堆也有聚變反應(yīng)堆B在地球上，人類還無(wú)法實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)C當(dāng)人類實(shí)現(xiàn)了受控核聚變，穩(wěn)定輸出核能時(shí)，世界就會(huì)克服“能源危機(jī)”D世界現(xiàn)有核電站能夠進(jìn)行聚變反應(yīng)而輸出核能【解析】現(xiàn)有核電站均為重核裂變反應(yīng)釋放能量而裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)的條件不同，現(xiàn)在的核電站不能進(jìn)行聚變反應(yīng)，故A、D錯(cuò)誤；雖然人類已經(jīng)掌握了聚變反應(yīng)的技術(shù)但還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的受控核聚變，故B錯(cuò)誤；由于地球上儲(chǔ)備有大量的聚變?cè)?，一旦?shí)現(xiàn)受控核聚變，世界將不再存在“能源危機(jī)”，故C正確【答案】C4下列說(shuō)法中正確的是()A自由核子結(jié)合成原子核時(shí)，一定遵守質(zhì)量守恒B發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后所生成物質(zhì)的總質(zhì)量C發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，如果反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個(gè)反應(yīng)是放能反應(yīng)D發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個(gè)反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng)【解析】自由核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量、使原子核具有了結(jié)合能，質(zhì)量一定減少，A錯(cuò)誤；一般核反應(yīng)中伴隨能量變化，反應(yīng)前后質(zhì)量必定變化，若反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損則放出能量，反之吸收能量，由此知B、D錯(cuò)誤，C正確【答案】C5(2011長(zhǎng)春檢測(cè))某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為HCNQ1，HNCXQ2方程式中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見(jiàn)下表：原子核HHeHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推斷正確的是()AX是He，Q2Q1BX是He，Q2Q1CX是He，Q2Q1DX是He，Q2Q1【解析】HCN中質(zhì)量虧損為m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知HNCX中X的電荷數(shù)為2、質(zhì)量數(shù)為4，質(zhì)量虧損為m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u，根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程可知Q1m1c2、Q2m2c2，則Q1< Q2.【答案】B6關(guān)于核聚變，以下說(shuō)法不正確的是()A與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B世界上已經(jīng)有利用核聚變能來(lái)發(fā)電的核電站C要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到1015 m以內(nèi)，核力才能起作用D地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核【解析】與核變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲(chǔ)量多；(3)核廢料易處理但核聚變發(fā)電還沒(méi)有投入實(shí)際運(yùn)行所以B項(xiàng)是不正確的【答案】B7使兩個(gè)氘核發(fā)生聚變，必須使它們之間的距離接近到r0，接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍溫度很高時(shí)，由氘原子構(gòu)成的物質(zhì)將變?yōu)榈入x子體，已知等離子體熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能為Ekk1T，式中k1為波爾茲曼常量，T為熱力學(xué)溫度，兩個(gè)氘核之間的電勢(shì)能為Epk，k為靜電力常量，r為核之間的距離，則使氘核發(fā)生聚變的溫度至少應(yīng)為()A.B.C. D.【解析】聚變時(shí)，等離子體由無(wú)限遠(yuǎn)靠近到r0的過(guò)程，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氘核之間的電勢(shì)能，故2EkEp，即2k1Tk，解得T，故B正確【答案】B8下列說(shuō)法正確的是()A聚變反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，所以必向外界放出能量B使核發(fā)生聚變反應(yīng)必須使核之間的距離接近到11015 m，也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍內(nèi)C要使核發(fā)生聚變反應(yīng)，必須克服庫(kù)侖斥力做功D熱核反應(yīng)只有在人工控制下才能發(fā)生【解析】由質(zhì)能方程可知A正確；輕核結(jié)合成質(zhì)量較大核，必須使輕核間的距離達(dá)到能發(fā)生核力的范圍，才能使它們緊密地結(jié)合起來(lái)，因此必須克服庫(kù)侖斥力做功，B、C正確；熱核反應(yīng)必須在很高的溫度下才能發(fā)生，不一定要人工控制，D錯(cuò)【答案】ABC9(2011福建龍巖檢測(cè))關(guān)于核反應(yīng)方程HHHeX，以下說(shuō)法中正確的是()AX是n，該核反應(yīng)屬于聚變BX是H，該核反應(yīng)屬于裂變CX是n，該反應(yīng)中的核燃料是當(dāng)前核電站采用的核燃料DX是H，該反應(yīng)中的核燃料是當(dāng)前核電站采用的核燃料【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，可知X是n，該核反應(yīng)屬于聚變，故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)前核燃料利用的是U235，故C、D錯(cuò)誤【答案】A102006年9月28日，我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s溫度超過(guò)1億度，標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富，已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說(shuō)法中正確的是()A兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m4)c2D與受控核聚變比較，現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料具有放射性【解析】由核反應(yīng)方程知2HHeX，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E(2m1m3m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確【答案】BD二、填空題(本題2小題，共12分)11(4分)(2011浙江高考)在核反應(yīng)堆中，鈾核吸收中子會(huì)發(fā)生裂變，裂變的產(chǎn)物是多樣的，所生成的核往往還會(huì)衰變，其中一個(gè)衰變過(guò)程可表述為IXe_E.試問(wèn)式中空格應(yīng)為何種粒子？【解析】由核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和核電核數(shù)守恒，得該粒子質(zhì)量數(shù)為0，核電荷數(shù)為1，核反應(yīng)方程為IXeeE，空格中粒子為電子【答案】e電子12(8分)(2011高二檢測(cè))雷蒙德戴維斯因研究來(lái)自太陽(yáng)的電子中微子(e)而獲得了xx年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)他探測(cè)中微子所用的探測(cè)器的主體是一個(gè)貯滿615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程為eClAre已知Cl的質(zhì)量為36.956 58 u，Ar的質(zhì)量為36.956 91 u，e的質(zhì)量為0.000 55 u,1 u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5 MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為_(kāi)【解析】上面核反應(yīng)過(guò)程增加的質(zhì)量：m36.956 91 u0.000 55 u36.956 58 u0.000 88 u應(yīng)吸收的能量：Emc20.000 88931.5 MeV0.82 MeV.【答案】0.82 MeV三、計(jì)算題(本題包括4個(gè)小題，共48分，解答時(shí)要寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、主要的解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13(8分)1993年，中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素Pt，制取過(guò)程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞Hg，反應(yīng)過(guò)程可能有兩種：生成Pt，放出氦原子核；生成Pt，同時(shí)放出質(zhì)子、中子(3)生成的鉑Pt發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞0Hg.寫(xiě)出上述核反應(yīng)方程【解析】由題目可知制得Pt的過(guò)程，可根據(jù)每個(gè)過(guò)程中已知的原子核、粒子，依據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒的原則寫(xiě)出核反應(yīng)方程根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，確定新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫(xiě)出核反應(yīng)方程如下：(1)BeHBn(2) Hgn PtHe； HgnPt2Hn(3)Pt Au01e；Au Hge.【答案】見(jiàn)解析14(10分)在原子反應(yīng)堆中，常用石墨(碳)作減速劑使快中子減速已知碳核的質(zhì)量是中子的12倍，假設(shè)中子與碳核的碰撞是彈性的(即碰撞中不損失動(dòng)能)，而且碰撞前碳核是靜止的，設(shè)碰撞前中子的動(dòng)能為E0，問(wèn)經(jīng)過(guò)一次碰撞后，中子的動(dòng)能損失多少？【解析】(1)設(shè)中子的質(zhì)量為m，速度為v0，碳核的質(zhì)量為M，碰撞后中子、碳核的速度分別為v1、v，則mv0mv1MvmvmvMv2由解得v1v0.碰撞一次，中子損失的動(dòng)能為：EmvmvmvE0.【答案】 E015(12分)已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.試問(wèn)：(1)鐳核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈中性，它核外有多少電子？(4)Ra是鐳的一種同位素，讓Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比是多少？【解析】因?yàn)樵有驍?shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和由此可得：(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即NAZ22688138.(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電量分別是Z88，QZe881.61019 C1.411017 C.(3)核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88.(4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，故有qvBm，r兩種同位素具有相同的核電荷數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同，故.【答案】(1)138(2)1.411017 C(3)88(4)11311416(18分)太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段，它主要是由電子和H、He等原子核組成，維持太陽(yáng)輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是2e4HHe釋放的核能，這些能量最后轉(zhuǎn)化為輻射能，根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽(yáng)中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%，太陽(yáng)將離開(kāi)主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段，為了簡(jiǎn)單，假定目前太陽(yáng)全部由電子和H核組成(1)為了研究太陽(yáng)演化進(jìn)程，需知道目前太陽(yáng)的質(zhì)量M，已知地球半徑R6.4106 m地球質(zhì)量m6.01024 kg，日地中心的距離r1.51011 m，地球表面處的重力加速度g10 m/s2,1年約為3.2107秒，試估算目前太陽(yáng)的質(zhì)量M；(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp1.67261027 kg，He質(zhì)量m6.64581027 kg，電子質(zhì)量me0.91030 kg，光速c3108 m/s，求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能；(3)又知地球上與太陽(yáng)光垂直的每平方米截面上，每秒通過(guò)的太陽(yáng)輻射能1.35103 W/m2，試估算太陽(yáng)繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命(估算結(jié)果只要求一位有效數(shù)字)【解析】(1)估算太陽(yáng)的質(zhì)量M設(shè)T為地球繞日心運(yùn)動(dòng)的周期，則由萬(wàn)有力定律和牛頓定律可知Gm()2r，地球表面處的重力加速度gG由、式聯(lián)立解得Mm()2以題給數(shù)值代入，得M21030 kg.(2)根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式，該核反應(yīng)發(fā)生一次釋放的核能為E(4mp2mem)c2，代入數(shù)值，解得E4.21012 J(3)根據(jù)題給假定，在太陽(yáng)繼續(xù)保持在主星序階段的時(shí)間內(nèi)，發(fā)生題中所述的核聚變反應(yīng)的次數(shù)為N10%因此，太陽(yáng)總共輻射出的能量為ENE設(shè)太陽(yáng)輻射是各向同性的，則每秒內(nèi)太陽(yáng)向外放出的輻射能為E4r2，所以太陽(yáng)繼續(xù)保持在主星序的時(shí)間為t由以上各式解得t以題給數(shù)據(jù)代入，并以年為單位，可得t11010年【答案】(1)21030 kg(2)4.21012 J (3)11010年