【紅對勾】2012高考物理 核反應 核能課時作業(yè)

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1、 課時作業(yè)46　核反應　核能 時間：45分鐘　　滿分：100分 一、選擇題(8×8′＝64′) 1．在下列四個方程中，x1、x2、x3和x4各代表某種粒子． ①92235U＋01n→3895Sr＋54138Xe＋3x1 ②12H＋x2→23He＋01n ③92238U→90234Th＋x3 ④1224Mg＋24He→1327Al＋x4 以下判斷正確的是(　　) A．x1是中子　　　　　　 B．x2是質(zhì)子 C．x3是α粒子 D．x4是氘核 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，x1是中子，x2是氘核，x3是α粒子，x4是質(zhì)子． 答案：AC 2．激光中子是由一重原子核吸

2、收一光子后發(fā)射一中子而產(chǎn)生的，光子的極限能量大約是10 MeV.假定中子從原子核上向外移開距離10－13 cm所受的力保持不變，則中子與原子核間的作用力的數(shù)量級是(　　) A．10－3N B．10 N C．103N D．無法計算 解析：10 MeV＝1.6×10－12J，而根據(jù)功的知識，f＝ N＝1.6×103N，比較接近C項． 答案：C 3．(2011·廣東模擬)“軌道電子俘獲”也是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，其內(nèi)部一個質(zhì)子變?yōu)橹凶樱瑥亩兂梢粋€新核(稱為子核)，并且放出一個中微子的過程．中微子的質(zhì)量極小，不帶電，很難被探測到，人們

3、最早是通過子核的反沖而間接證明中微子的存在的．關于一個靜止的母核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下面的說法中不正確的是(　　) A．子核的動量與中微子的動量相同 B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù) C．母核的質(zhì)量數(shù)等于子核的質(zhì)量數(shù) D．子核的動能大于中微子的動能 解析：子核的動量與中微子的動量大小相等，方向相反，由p＝可知，子核的動能小于中微子的動能，母核的電荷數(shù)等于子核的電荷數(shù)，中微子的質(zhì)量極小，質(zhì)量數(shù)為零． 答案：ABD 4．靜止在勻強磁場中的 92238U核，發(fā)生α衰變后生成Th核，衰變后的α粒子速度方向垂直于磁場方向，則以下結論中正確的是(　　) ①衰變方程

4、可表示為： 92238U＝ 90234Th＋24He ②衰變后的Th核和α粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓，軌道半徑之比為1∶45 ③Th核和α粒子的動能之比為2∶117 ④若α粒子轉(zhuǎn)了117圈，則Th核轉(zhuǎn)了90圈 A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 解析：衰變過程不可逆，不能用等號；衰變后的Th核和α粒子的軌跡是兩個外切圓，由于Th核和α粒子的動量大小相等，因此動能之比等于質(zhì)量比的倒數(shù)為2∶117，周期之比等于比荷比的倒數(shù)為117∶90，故α粒子轉(zhuǎn)了117圈，則Th核轉(zhuǎn)了90圈． 答案：D 5．(2009·安徽高考)原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源。當氘等離子體被

5、加熱到適當高溫時，氘核參與的幾種聚變反應可能發(fā)生，放出能量．這幾種反應的總效果可以表示為 6 12H―→k 24He＋d 11H＋2 01n＋43.15 MeV 由平衡條件可知(　　) A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2 C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3 解析：本題考查的是原子核反應方程的有關知識，意在考查考生對核反應過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒這一知識點的理解和應用能力；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：.解得：k＝2，d＝2；故選B. 答案：B 6．(2009·重慶高考)某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應方程為 11H＋612C→713N＋Q

6、1,11H＋715N→612C＋X＋Q2 方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關的原子核質(zhì)量見下表： 原子核 11H 23He 24He 612C 713N 715N 質(zhì)量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001 以下推斷正確的是(　　) A．X是23He，Q2>Q1 B．X是24He，Q2>Q1 C．X是23He，Q2

7、.放出熱量分別為Q1和Q2的兩個核反應中質(zhì)量虧損分別為0.0021 u和0.0053 u，故Q2>Q1. 答案：B 7．一個 92235U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為 92235U＋01n→X＋3894Sr＋201n，則下列說法正確的是(　　) A．X原子核中含有86個中子 B．X原子核中含有141個核子 C．因為裂變釋放能量，根據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加 D．因為裂變釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少 解析：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知：235＋1＝a＋94＋2×1,92＝b＋38，解得：a＝140，b＝54，其中a是X的質(zhì)量

8、數(shù)，b為X的電荷數(shù)，X核中的中子數(shù)為：a－b＝140－54＝86，由此可知A選項對，B選項錯；裂變釋放能量，由質(zhì)能關系可知，其總質(zhì)量減小，但質(zhì)量數(shù)守恒，故C、D均錯． 答案：A 8．雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(νe)而獲得了2002年度諾貝爾物理學獎，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，其核反應方程式為νe＋1737Cl―→1837Ar＋－10e 已知1737Cl核的質(zhì)量為36.95658 u,1837Ar核的質(zhì)量為36.95691 u，－10e的質(zhì)量為0.00055 u,1 u質(zhì)量對應的能量為931

9、.5 MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應的電子中微子的最小能量為(　　) A．0.82 MeV B．0.31 MeV C．1.33 MeV D．0.51 MeV 解析：根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5兆電子伏能量，則ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(36.95691＋0.00055－36.95658)×931.5 MeV＝0.82 MeV. 答案：A 二、計算題(3×12′＝36′) 9．某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α和β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放出大量射線，從而危害人體健康．原來靜止的氡核(

10、 22286Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(PO)．已知放出的α粒子速度為v. (1)寫出衰變方程； (2)求衰變生成的釙核的速度． 答案：(1)衰變方程為： 86222Rn→ 84218Po＋24He (2)放出的α粒子速度方向為正方向，設釙核和α粒子的質(zhì)量分別為M、m由動量守恒定律得Mv1＋mv＝0 ＝，v1＝－ 方向與α粒子速度方向相反． 10．云室處在磁感應強度為B的勻強磁場中，一靜止的質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次α衰變，α粒子的質(zhì)量為m，電量為q，其運動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)．現(xiàn)測得α粒子運動的軌道半徑R，試求在衰變過程中的質(zhì)量虧損．(注：涉及能量問題時，虧損的質(zhì)

11、量可忽略不計) 解析：要求虧損質(zhì)量，由ΔE＝Δmc2，可知應先求核反應中釋放的能量ΔE，此問題中ΔE是以新核和α粒子動能形式釋放的．要求新核和α粒子動能，應求出兩者速度，由題意可知利用動量守恒和向心力公式即可求得． 答案：令v表示α粒子的速度，由洛倫茲力和牛頓定律可得 qvB＝m① 令v′表示衰變后剩余核的速度，在考慮衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒時，因為虧損質(zhì)量小，可不予考慮，由動量守恒可知 (M－m)v′＝mv② 在衰變過程中，α粒子和剩余核的動能來自于虧損質(zhì)量 即Δm·c2＝(M－m)v′2＋mv2③ 聯(lián)立①②③式解得Δm＝. 11．利用反應堆工作時釋放出的熱能使水汽化以推動

12、汽輪發(fā)電機發(fā)電，這就是核電站．核電站消耗的“燃料”很少，但功率卻很大，目前，核能發(fā)電技術已經(jīng)成熟，我國已具備了發(fā)展核電的基本條件． (1)核反應堆中的“燃料”是92235U，完成下面的核反應方程式92235U＋01n→(　) 90Sr＋ 54(　)Xe＋1001n； (2)一座100萬千瓦的核電站，每年需要多少噸濃縮鈾？已知鈾核的質(zhì)量為235.0439 u，中子質(zhì)量為1.0087 u，鍶(Sr)核的質(zhì)量為89.9077 u，氙(Xe)核的質(zhì)量為135.9072 u．1 u＝1.66×10－27 kg，濃縮鈾中鈾235的含量占2%. (3)同樣功率(100萬千瓦)的火力發(fā)電站，每年要消耗多

13、少噸標準煤？(已知標準煤的熱值為2.93×104 kJ/kg) (4)為了防止鈾核裂變產(chǎn)物放出的各種射線對人體的危害和對環(huán)境的污染，需采取哪些措施？(舉兩種) 解析：(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得：質(zhì)量數(shù)為136，電荷數(shù)為38. (2)該反應的質(zhì)量虧損是： Δm＝235.0439 u＋1.0087 u－89.9077 u－135.9072 u－10×1.0087 u＝0.1507 u 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 ΔE＝Δmc2＝0.1507×1.66×10－27×(3×108)2 J＝2.3×10－11 J 核電站每年放出的熱量 Q＝P·t＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016J 則由題意知：Q＝·ΔE·NA m＝＝ kg＝2.6×104 kg. (3)根據(jù)煤的燃燒值計算可得：消耗煤的質(zhì)量為 109×365×24×3600/2.93×107 kg＝1.1×106 t. (4)核反應堆外面需要修建很厚的水泥保護層，用來屏蔽射線；對放射性廢料，要裝入特制的容器，埋入地層深處進行處理． 答案：見解析 - 5 - 用心 愛心 專心