eq \f( 基礎(chǔ)鞏固練,?25分鐘·滿分60分? )
一、選擇題(本題共8小題，每題6分，共48分)
1．在核反應(yīng)中，控制鈾235核裂變反應(yīng)速度的方法是( C )
A．使用濃縮鈾
B．改變鈾塊的臨界體積
C．通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以改變參與反應(yīng)的中子數(shù)
D．利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度
解析：在核反應(yīng)中，使用的濃縮鈾達到臨界條件才能發(fā)生鏈式反應(yīng)；在反應(yīng)中石墨作為“慢化劑”使快中子減速為慢中子，使鈾核能進一步反應(yīng)，故它們都不是用來控制核反應(yīng)速度的方法，A、B、D錯誤；調(diào)節(jié)中子數(shù)目是控制反應(yīng)速度的方法，鎘棒具有很強的吸收中子的能力，C正確。
2．(2021·安徽省明光中學(xué)高二下學(xué)期月考)如圖是核反應(yīng)堆的示意圖，對于核反應(yīng)堆的認識，下列說法正確的是( D )
A．鈾棒是核燃料，核心物質(zhì)是鈾238
B．石墨起到吸收中子的作用
C．鎘棒起到使中子減速的作用
D．水泥防護層的作用是為了阻隔γ射線，避免放射性危害
解析：鈾棒是核燃料，核心物質(zhì)是鈾235，選項A錯誤；在核反應(yīng)堆中用石墨做慢化劑使中子減速，選項BC錯誤；水泥防護層的作用是為了阻隔γ射線，避免放射性危害，選項D正確。
3．中國承諾到2020年碳排放量下降40%～45%。為了實現(xiàn)負責(zé)任大國的承諾，我國將新建核電站項目。目前關(guān)于核電站獲取核能的基本核反應(yīng)方程可能是( A )
A．eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)nB．eq \\al(24,11)Na―→eq \\al(24,12)Mg＋eq \\al( 0,－1)e
C．eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He―→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)HD．eq \\al(238, 92)U―→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
解析：重核的裂變是指質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成兩個中等質(zhì)量的原子核，A是裂變反應(yīng)，A正確；B為β衰變，C是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的反應(yīng)，D是α衰變。
4．eq \\al(235, 92)U吸收一個慢中子后，分裂成eq \\al(136, 54)Xe和eq \\al(90,38)Sr，還放出( C )
A．1個α粒子 B．3個中子
C．10個中子 D．10個質(zhì)子
解析：設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。由題意可知
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(235＋1＝136＋90＋x，,92＝54＋38＋y，)) 則eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＝10，,y＝0。))
由此判定該核反應(yīng)放出的一定是中子，且個數(shù)是10，C選項正確。
5．國家國防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號”月面虹灣局部影像圖，如圖所示?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq \\al(3,2)He(氦3)。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂希鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為eq \\al(3,2)He＋eq \\al(3,2)He→2eq \\al(1,1)H＋eq \\al(4,2)He。關(guān)于eq \\al(3,2)He聚變下列表述正確的是( B )
A．聚變反應(yīng)不會釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核
C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq \\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電
解析：聚變反應(yīng)是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過程會有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應(yīng)。綜上所述，選項B正確。
6.2010年3月31日歐洲大型強子對撞機實現(xiàn)首次質(zhì)子束對撞成功?？茖W(xué)家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后，能模擬宇宙大爆炸的能量，并產(chǎn)生新的粒子，幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)以及其他超對稱現(xiàn)象，從根本上加深了解宇宙本質(zhì)，揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個反氫原子。請推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是( B )
A．由1個帶正電荷的質(zhì)子和1個帶負電荷的電子構(gòu)成
B．由1個帶負電荷的反質(zhì)子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成
C．由1個帶負電荷的反質(zhì)子和1個帶負電荷的電子構(gòu)成
D．由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成
解析：根據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同的質(zhì)量，但帶有等量的異性電荷。 因此“反氫原子”應(yīng)該具有與氫原子相同的質(zhì)量，相反的電荷符號且等量的電荷量。所以反氫原子是由eq \\al( 1,－1)H核和eq \\al(0,1)e構(gòu)成的。
7．(多選)(2021·吉林省實驗中學(xué)高二下學(xué)期月考)關(guān)于聚變和裂變，以下說法正確的是( BD )
A．聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達到臨界體積
B．太陽不斷地向外輻射能量，仍保持1000萬度以上的高溫，其主要原因是太陽內(nèi)部進行著劇烈的熱核反應(yīng)
C．鈾核裂變時一定同時放出3個中子
D．為了使裂變的鏈式反應(yīng)容易進行，最好用純鈾235
解析：裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達到臨界體積，選項A錯誤；太陽不斷地向外輻射能量，仍保持1千萬度以上的高溫，其主要原因是太陽內(nèi)部進行著劇烈的熱核反應(yīng)，選項B正確；重核裂變時用中子轟擊重核，產(chǎn)生多個中子，中子又會撞擊重核，產(chǎn)生更多的中子，使裂變不斷進行下去，這就是鏈式反應(yīng)，鈾核裂變時能同時釋放2～3個中子，故C錯誤；鈾235越純，越容易發(fā)生鏈式反應(yīng)，故D正確。
8．(多選)下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
已知鈾235的質(zhì)量為235.043 9 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，鍶90的質(zhì)量為89.907 7 u，氙136的質(zhì)量為135.907 2 u，則此核反應(yīng)中( BD )
A．質(zhì)量虧損為Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u
B．質(zhì)量虧損為Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u
C．釋放的總能量為ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．釋放的總能量為ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV
解析：計算質(zhì)量虧損時要用反應(yīng)前的總質(zhì)量減去反應(yīng)后的總質(zhì)量，二者之差可用“u”或“kg”作單位，故A錯誤，B正確；質(zhì)量單位為“u”時，可直接用“1u的虧損放出能量931.5 MeV”計算總能量，故D正確，當質(zhì)量單位為“kg”時直接乘以(3.0×108)2，總能量單位才是焦耳，故C錯誤。
二、非選擇題(共12分)
9．(12分)(2020·山東壽光實驗中學(xué)高二下學(xué)期月考)1945年7月，為了加速日本軍國主義的滅亡，促使日本早日無條件投降，美國在日本的廣島、長崎投下了兩枚原子彈。落在日本廣島的原子彈，其爆炸力相當于2×104 t TNT爆炸的能量(約8.4×1013 J)，由此可知該原子彈中鈾235的質(zhì)量是多少千克？(已知裂變的核反應(yīng)方程eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n＋201 MeV，阿伏伽德羅常數(shù)NA＝6.02×1023)
答案：1.02 kg
解析：由核反應(yīng)方程知，一個鈾核裂變能放出201 MeV的能量，1 ml鈾核裂變放出的能量為ΔE1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J,1 ml鈾核的質(zhì)量為0.235 kg，則原子彈中鈾核的質(zhì)量為m＝eq \f(E,ΔE1)×0.235 kg＝eq \f(8.4×1013,1.936×1013)×0.235 kg≈1.02 kg。
eq \f( 能力提升練,?15分鐘·滿分40分? )
一、選擇題(本題共3小題，每題6分，共18分)
1．我國秦山核電站第三期工程中有兩個60萬千瓦的發(fā)電機組，發(fā)電站的核能來源于eq \\al(235, 92)U的裂變，現(xiàn)有四種說法：
①eq \\al(235, 92)U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子；
②eq \\al(235, 92)U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，其中一種反應(yīng)方程為eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(139, 54)Xe＋eq \\al(95,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n；
③eq \\al(235, 92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短；
④一個eq \\al(235, 92)U裂變能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J。
以上說法中完全正確的是( D )
A．①②③B．②③④
C．①③④ D．①②④
解析：由eq \\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知①正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知②正確；半衰期不受外界因素干擾，故③錯誤；通過計算知④正確，故答案為D。
2．(2020·河北省曲周縣第一中學(xué)高二下學(xué)期期中)一個中子與一個質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)，生成一個氘核，該反應(yīng)放出的能量為Q1，兩個氘核發(fā)生核反應(yīng)生成一個氦核，氘核聚變反應(yīng)方程是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n。該反應(yīng)放出的能量為Q2，聚變反應(yīng)中生成氦核的比結(jié)合能是( C )
A．eq \f(Q1＋Q2,3)B．eq \f(Q1－Q2,3)
C．eq \f(2Q1＋Q2,3) D．eq \f(2Q2＋Q1,3)
解析：兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成兩個氘核放出的能量為2Q1，兩個氘核結(jié)合成氦核放出的能量為Q2，核子結(jié)合成氦核釋放的能量為2Q1＋Q2，氦核的核子數(shù)等于3，氦核的比結(jié)合能為eq \f(2Q1＋Q2,3)， 故C正確，ABD錯誤。
3．“軌道電子俘獲”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，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。中微子的質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下列說法正確的是( B )
A．母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù)B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)
C．子核的動量與中微子的動量相同D．子核的動能大于中微子的動能
解析：原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。電荷數(shù)少1，質(zhì)量數(shù)不變，故A錯誤，B正確；原子核(稱為母核)俘獲電子的過程中動量守恒，初狀態(tài)系統(tǒng)的總動量為0，則子核的動量和中微子的動量大小相等，方向相反，故C錯誤；子核的動量大小和中微子的動量大小相等，由于中微子的質(zhì)量很小，根據(jù)Ek＝eq \f(p2,2m)知，中微子的動能大于子核的動能，故D錯誤，故選B。
二、非選擇題(共22分)
4．(11分)在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量的核能。
(1)核反應(yīng)方程eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，則a的值為多少，X表示哪一種核？
(2)有一座核能發(fā)電站，發(fā)電能力P＝1×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝45%，設(shè)反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，鈾核的質(zhì)量mU＝3.9×10－25 kg，求每年需要消耗的鈾的質(zhì)量。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)
答案：(1)3 中子 (2)0.98 t
解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可得：
X的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，X為中子，a＝3。
(2)該核能發(fā)電站一年發(fā)出的電能為：W1＝Pt＝1×109×365×24×360 0 J＝3.153 6×1016 J
需要核反應(yīng)產(chǎn)生的能量為：W＝eq \f(W1,η)＝7.008×1016 J
這么多核能需要燃燒的鈾核質(zhì)量為m＝eq \f(WmU,2.78×10－11)
代入數(shù)據(jù)，解得：m≈983.1 kg＝0.98 t。
5．(11分)(2021·江蘇省宿遷市高二下學(xué)期月考)中國在“人造太陽”方面的研究取得了較大的成就，“人造太陽”被評為2018年中國10大科技之一。其原理是一個質(zhì)量mD＝3.343 6×10－27 kg的氘核(eq \\al(2,1)H)與一個質(zhì)量mT＝5.008 5×10－27 kg的氚核(eq \\al(3,1)H)發(fā)生核聚變，結(jié)合后生成了一個質(zhì)量大小為m＝6.646 7×10－27 kg的新核，同時放出一個質(zhì)量mn＝1.675 0×10－27 kg的中子(eq \\al(1,0)n)，并釋放出大小為E的能量。(光的速度c＝3.0×108 m/s，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(1)寫出“人造太陽”輕核聚變的方程式；
(2)求該聚變釋放的能量E。
答案：(1)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n (2)2.74×10－12 J
解析：(1)輕核聚變的方程式：
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n。
(2)輕核聚變中質(zhì)量虧損為：
Δm＝mD＋mT－m－mn＝3.343 6×10－27 kg＋5.008 5×10－27 kg－6.646 7×10－27－1.675 0×10－2 kg＝0.030 4×10－27 kg
輕核聚變釋放的能量：
E＝Δmc2＝0.030 4×10－27×(3×108)2 J≈2.74×10－12 J。

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