2019年高中物理 第5章《核能與社會》綜合檢測 滬科版選修3-5.doc
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2019年高中物理 第5章《核能與社會》綜合檢測 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選項中,至少有一項是符合題目要求的.全部選對的得4分,選對但不全的得2分,選錯或不選的得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項正確. 【答案】 C 2.下列說法正確的是( ) A.N+H→C+He是α衰變方程 B.H+H→He+γ是核聚變反應(yīng)方程 C.U→Th+He是核裂變反應(yīng)方程 D.He+Al→P+n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 【解析】 A選項中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A錯誤;C選項是α衰變,不是裂變,即選項C錯誤. 【答案】 BD 3.關(guān)于核能的利用,下列說法正確的是( ) 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,人類還無法實現(xiàn)聚變反應(yīng) C.當(dāng)人類實現(xiàn)了受控核聚變,穩(wěn)定輸出核能時,世界就會克服“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).但還不能實現(xiàn)大規(guī)模的受控核聚變,故B錯誤;由于地球上儲備有大量的聚變原料,一旦實現(xiàn)受控核聚變,世界將不再存在“能源危機(jī)”,故C正確. 【答案】 C 4.下列說法中正確的是( ) A.自由核子結(jié)合成原子核時,一定遵守質(zhì)量守恒 B.發(fā)生核反應(yīng)時,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,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,這個反應(yīng)是放能反應(yīng) D.發(fā)生核反應(yīng)時,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)合成原子核時放出能量、使原子核具有了結(jié)合能,質(zhì)量一定減少,A錯誤;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)過程中質(zhì)量虧損則放出能量,反之吸收能量,由此知B、D錯誤,C正確. 【答案】 C 5.(2011長春檢測)某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應(yīng)方程為 H+C→N+Q1,H+N→C+X+Q2 方程式中Q1、Q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表: 原子核 H He He C N N 質(zhì)量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 以下推斷正確的是( ) A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1 C.X是He,Q2<Q1 D.X是He,Q2<Q1 【解析】 H+C→N中質(zhì)量虧損為Δm1=1.007 8 u+12.000 0 u-13.005 7 u=0.002 1 u,根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知H+N→C+X中X的電荷數(shù)為2、質(zhì)量數(shù)為4,質(zhì)量虧損為Δm2=1.007 8 u+15.000 1 u-12.000 0 u-4.002 6 u=0.005 3 u,根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知Q1=Δm1c2、Q2=Δm2c2,則Q1< Q2. 【答案】 B 6.關(guān)于核聚變,以下說法不正確的是( ) 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10-15 m以內(nèi),核力才能起作用 D.地球聚變?nèi)剂系膬α渴重S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優(yōu)勢:(1)安全、清潔、輻射少;(2)核燃料儲量多;(3)核廢料易處理.但核聚變發(fā)電還沒有投入實際運行.所以B項是不正確的. 【答案】 B 7.使兩個氘核發(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,由氘原子構(gòu)成的物質(zhì)將變?yōu)榈入x子體,已知等離子體熱運動的平均動能為Ek=k1T,式中k1為波爾茲曼常量,T為熱力學(xué)溫度,兩個氘核之間的電勢能為Ep=k,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,等離子體由無限遠(yuǎn)靠近到r0的過程,動能轉(zhuǎn)化為氘核之間的電勢能,故2Ek=Ep,即2k1T=k,解得T=,故B正確. 【答案】 B 8.下列說法正確的是( ) 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110-15 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,因此必須克服庫侖斥力做功,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. 【答案】 ABC 9.(2011福建龍巖檢測)關(guān)于核反應(yīng)方程H+H→He+X,以下說法中正確的是( ) A.X是n,該核反應(yīng)屬于聚變 B.X是H,該核反應(yīng)屬于裂變 C.X是n,該反應(yīng)中的核燃料是當(dāng)前核電站采用的核燃料 D.X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錯誤;當(dāng)前核燃料利用的是U-235,故C、D錯誤. 【答案】 A 10.2006年9月28日,我國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,使等離子體約束時間達(dá)1 000 s溫度超過1億度,標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平.合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方.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,則下列說法中正確的是( ) A.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子 B.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子 C.兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為(2m1-m3-m4)c2 D.與受控核聚變比較,現(xiàn)實運行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料具有放射性 【解析】 由核反應(yīng)方程知2H―→He+X,X應(yīng)為中子,釋放的核能應(yīng)為ΔE=(2m1-m3-m2)c2,聚變反應(yīng)的污染非常?。F(xiàn)實運行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性,故A、C錯誤,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,鈾核吸收中子會發(fā)生裂變,裂變的產(chǎn)物是多樣的,所生成的核往往還會衰變,其中一個衰變過程可表述為I→Xe+________+ΔE.試問式中空格應(yīng)為何種粒子? 【解析】 由核反應(yīng)過程中質(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I→Xe+e+ΔE,空格中粒子為電子. 【答案】 e 電子 12.(8分)(2011高二檢測)雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(νe)而獲得了xx年度諾貝爾物理學(xué)獎.他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶.電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核,其核反應(yīng)方程為νe+Cl→Ar+e 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________. 【解析】 上面核反應(yīng)過程增加的質(zhì)量: Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u =0.000 88 u 應(yīng)吸收的能量: ΔE=Δmc2=0.000 88931.5 MeV=0.82 MeV. 【答案】 0.82 MeV 三、計算題(本題包括4個小題,共48分,解答時要寫出必要的文字說明、主要的解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位) 13.(8分)1993年,中國科學(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)過程可能有兩種:①生成Pt,放出氦原子核;②生成Pt,同時放出質(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.寫出上述核反應(yīng)方程. 【解析】 由題目可知制得Pt的過程,可根據(jù)每個過程中已知的原子核、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),然后寫出核反應(yīng)方程.如下: (1)Be+H―→B+n (2)① Hg+n―→ Pt+He; ② Hg+n―→Pt+2H+n (3)Pt―→ Au+ 0-1e;Au―→ Hg+ e. 【答案】 見解析 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(即碰撞中不損失動能),而且碰撞前碳核是靜止的,設(shè)碰撞前中子的動能為E0,問經(jīng)過一次碰撞后,中子的動能損失多少? 【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mv0=mv1+Mv① mv=mv+Mv2② 由①②解得v1=-v0.碰撞一次,中子損失的動能為:ΔE=mv-mv=mv =E0. 【答案】 E0 15.(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: (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)磁場中,它們運動的軌道半徑之比是多少? 【解析】 因為原子序數(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N=A-Z=226-88=138. (2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶電量分別是Z=88,Q=Ze=881.610-19 C=1.4110-17 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)磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力充當(dāng)向心力,故有 qvB=m,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)1.4110-17 C (3)88 (4)113∶114 16.(18分)太陽現(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,維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng),核反應(yīng)方程是2e+4H→He+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)而使太陽中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%,太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段,為了簡單,假定目前太陽全部由電子和H核組成. (1)為了研究太陽演化進(jìn)程,需知道目前太陽的質(zhì)量M,已知地球半徑R=6.4106 m.地球質(zhì)量m=6.01024 kg,日地中心的距離r=1.51011 m,地球表面處的重力加速度g=10 m/s2,1年約為3.2107秒,試估算目前太陽的質(zhì)量M; (2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.672610-27 kg,He質(zhì)量mα=6.645810-27 kg,電子質(zhì)量me=0.910-30 kg,光速c=3108 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)又知地球上與太陽光垂直的每平方米截面上,每秒通過的太陽輻射能ω=1.35103 W/m2,試估算太陽繼續(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)估算太陽的質(zhì)量M 設(shè)T為地球繞日心運動的周期,則由萬有力定律和牛頓定律可知 G=m()2r,① 地球表面處的重力加速度 g=G② 由①、②式聯(lián)立解得 M=m()2③ 以題給數(shù)值代入,得M=21030 kg.④ (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 ΔE=(4mp+2me-mα)c2,⑤ 代入數(shù)值,解得 ΔE=4.210-12 J.⑥ (3)根據(jù)題給假定,在太陽繼續(xù)保持在主星序階段的時間內(nèi),發(fā)生題中所述的核聚變反應(yīng)的次數(shù)為 N=10%⑦ 因此,太陽總共輻射出的能量為 E=NΔE 設(shè)太陽輻射是各向同性的,則每秒內(nèi)太陽向外放出的輻射能為 E′=4πr2ω,⑧ 所以太陽繼續(xù)保持在主星序的時間為 t=⑨ 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t=11010年. 【答案】 (1)21030 kg (2)4.210-12 J (3)11010年- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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