主題七 核能及其應(yīng)用（解析版）

主題七核能及其應(yīng)用（解析版）1．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，所依據(jù)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是()A．α射線速度很大，約為光速的十分之一

B．α射線有很強(qiáng)的電離能力C．絕大多數(shù)α粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)

D．極少數(shù)α粒子發(fā)生了超90°大角度偏轉(zhuǎn)【答案】CD【解析】盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)．此實(shí)驗(yàn)中，由于絕大多數(shù)α粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量集中在原子中央很小的體積內(nèi)，即原子核，這是原子的核結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容，故A、B錯誤，C、D正確．2．下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A．23892U→23490Th＋42He是鈾核的裂變反應(yīng)B．21H＋31H→42He＋10n是核聚變反應(yīng)C．核反應(yīng)2713Al＋42He→3015P＋X中的X是質(zhì)子D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是42He＋147N→178O＋10n【答案】B【解析】23892U→23490Th＋42He是α衰變，選項(xiàng)A錯誤；21H＋31H→42He＋10n是核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)B正確；核反應(yīng)2713Al＋42He→3015P＋X中的X質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為零，則X是中子，選項(xiàng)C錯誤；盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是414

7→178O＋11H，選項(xiàng)D錯誤．3．下列說法正確的是()A．157N＋11H→126C＋42He是α衰變方程

B．11H＋21H→32He是核聚變反應(yīng)方程C．23892U→23490Th＋42He是核裂變反應(yīng)方程

D．42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程【答案】BD【解析】A項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，故A項(xiàng)錯誤．核聚變指的是兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的核，故B項(xiàng)正確．C項(xiàng)是α衰變反應(yīng)方程，故C項(xiàng)錯誤．D項(xiàng)是人工轉(zhuǎn)變方程，故D項(xiàng)正確．4．如圖所示為氫原子的能級圖．能量為12.75eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子發(fā)射出不同頻率的光波，其中最多包含不同頻率的光波數(shù)量為()A．3種

B．4種C．5種

D．6種【答案】D【解析】能量為12.75eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子，－13.6eV＋12.75eV＝－0.85eV，即氫原子躍遷到n＝4的能級，向下躍遷能輻射出N＝C24＝4×32＝6種不同頻率的光波，故D正確．5．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，證明了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．關(guān)于原子核，下列說法正確的是()A．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流B．某原子核經(jīng)過一次α衰變后，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)減少4個C．增大壓強(qiáng)不能改變原子核衰變的半衰期D．α射線的貫穿作用很強(qiáng)，可用來進(jìn)行金屬探傷【答案】C【解析】β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的電子形成的電子流，故A錯誤；某原子核經(jīng)過一次α衰變核內(nèi)質(zhì)子數(shù)減少2個，故B錯誤；原子核的半衰期與所處的外界環(huán)境無關(guān)，改變壓強(qiáng)不能改變半衰期，故C正確；γ射線的貫穿作用很強(qiáng)，可用來進(jìn)行金屬探傷，故D錯誤．6．對于核力，以下哪些說法是正確的()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強(qiáng)相互作用，是強(qiáng)力C．核子之間的距離小于0.8×10－15

m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起D．人們對核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15

m時，核力的變化規(guī)律更清楚【答案】BC【解析】核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15

m之內(nèi)，核力比庫侖力大得多．因此，選項(xiàng)B正確，A錯誤．核力在大于0.8×10－15

m時，表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，在距離小于0.8×10－15

m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起，所以選項(xiàng)C正確．人們對核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故D不正確．7．2017年，量子通信衛(wèi)星“墨子號”首席科學(xué)家潘建偉獲得“物質(zhì)科學(xué)獎”．對于有關(guān)粒子的研究，下列說法正確的是()A．在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時，不能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B．當(dāng)溫度發(fā)生變化時，鈾元素的半衰期也發(fā)生變化C．輕核聚變的過程質(zhì)量增大，重核裂變的過程有質(zhì)量虧損D．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時一定吸收能量【答案】A【解析】在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時，不能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故A正確；半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與溫度等環(huán)境因素?zé)o關(guān)，故B錯誤；裂變和聚變都有質(zhì)量虧損，故C錯誤；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時有質(zhì)量虧損，釋放能量，故D錯誤．8．下列說法正確的是()A．氡的半衰期為3.8天，若取8個氡原子核，經(jīng)7.6天后就一定剩下2個原子核了B．重核裂變釋放核能產(chǎn)生新核的過程中，新核的比結(jié)合能比該重核的比結(jié)合能大C．光子的能量由光的頻率決定D．23892U衰變?yōu)?2286Rn，要經(jīng)過4次α衰變及6次β衰變【答案】BC【解析】半衰期是一個統(tǒng)計(jì)概念，對個別或少數(shù)原子核不適用，A錯誤；比結(jié)合能小的原子核變成比結(jié)合能大的原子核的過程中釋放能量，所以重核裂變釋放核能產(chǎn)生新核的過程中，新核的比結(jié)合能比該重核的比結(jié)合能大，B正確；光子的能量ε＝hν由光的頻率決定，C正確；23892U衰變?yōu)?2286Rn，質(zhì)量數(shù)減少16個，發(fā)生了4次α衰變，電荷數(shù)應(yīng)減少8，而22286Rn的電荷數(shù)比23892U少6個，說明還發(fā)生了2次β衰變，D錯誤．9．如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，圖乙為氫原子的光譜，已知譜線a是氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時的輻射光，譜線b是氫原子在下列哪種情形下躍遷時的輻射光()A．從n＝3能級躍遷到n＝2能級

B．從n＝5能級躍遷到n＝2能級C．從n＝4能級躍遷到n＝3能級

D．從n＝5能級躍遷到n＝3能級【答案】B【解析】譜線a是氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時的輻射光，譜線b比a的波長略短，則b的頻率比a光的頻率略高，其光子的能量比a光光子的能量略大，所以譜線b是氫原子從n＝5能級躍遷到n＝2能級時的輻射光，B正確．10．一個氘核(21H)與氚核(31H)反應(yīng)生成一個新核同時放出一個中子，并釋放能量．下列說法正確的是()A．該核反應(yīng)為裂變反應(yīng)B．該新核的中子數(shù)為2C．氘核(21H)與氚核(31H)是兩種不同元素的原子核D．若該核反應(yīng)釋放的核能為ΔE，真空中光速為c，則反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為ΔEc2【答案】BD【解析】一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應(yīng)后生成一個氦核和一個中子，屬于輕核聚變，故A錯誤；當(dāng)一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應(yīng)后生成一個氦核和一個中子時，核反應(yīng)方程為21H＋31H→42He＋10n，新核的中子數(shù)為2，故B正確；氘核(21H)與氚核(31H)是同種元素，不同中子數(shù)的原子核，是同位素，故C錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝ΔEc2，故D正確．11．原子核23892U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?3490Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?3491Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?3492U。放射性衰變①、②和③依次為()A．α衰變、β衰變和β衰變

B．β衰變、α衰變和β衰變C．β衰變、β衰變和α衰變

D．α衰變、β衰變和α衰變【答案】A【解析】23892U①23490Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變。23490Th②23491Pa，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子。23491Pa③23492U，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子。選項(xiàng)A正確。12．鋁核2713Al被α粒子擊中后產(chǎn)生的反應(yīng)生成物是磷3015P，同時放出一種粒子，關(guān)于這種粒子，下列說法中正確的是()A．這種粒子在電場中可以被加速或發(fā)生偏轉(zhuǎn)

B．這種粒子在磁場中一定不受磁場力作用C．這種粒子在真空中的速度等于3×108

m/s

D．在碳14核內(nèi)有6個這種粒子【答案】B【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知放出的粒子質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，故該粒子為中子，中子不帶電，不會在電場中加速或偏轉(zhuǎn)，也不會受到磁場力作用，A錯誤，B正確。中子的速度小于光速，C錯誤。碳14核的電荷數(shù)為6，則質(zhì)子數(shù)是6，中子數(shù)為14－6＝8，D錯誤。13．在勻強(qiáng)磁場中，有一個原來靜止的14

6C原子核，它放出的粒子與反沖核的徑跡是兩個相內(nèi)切的圓，圓的直徑之比為7∶1，那么碳14的衰變方程應(yīng)為()A．146C→01e＋145B

B．146C→42He＋104Be

C.146C→21H＋125B

D.146C→0－1e＋147N【答案】D【解析】靜止的放射性原子核發(fā)生了衰變放出粒子后，新核的速度與粒子速度方向相反，放出的粒子與新核所受的洛倫茲力方向相同，根據(jù)左手定則判斷出粒子與新核的電性相反，根據(jù)r＝mvBq，因粒子和新核的動量大小相等，可由半徑之比7∶1確定電荷量之比為1∶7，即可根據(jù)電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒得出核反應(yīng)方程式為D。14．首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“愛因斯坦質(zhì)能方程”的核反應(yīng)方程是73Li＋11H→K42He，已知mLi＝7.0160u，mH＝1.0078u，mHe＝4.0026u，則該核反應(yīng)方程中的K值和質(zhì)量虧損分別是()A．1和4.0212u

B．1和2.0056u

C．2和0.0186u

D．2和1.9970u【答案】C【解析】根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得7＋1＝K×4,3＋1＝K×2，可得K＝2；反應(yīng)前的總質(zhì)量m1＝mLi＋mH＝7.0160u＋1.0078u＝8.0238u，反應(yīng)后的總質(zhì)量m2＝2mHe＝2×4.0026u＝8.0052u，反應(yīng)前后質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝8.0238u－8.0052u＝0.0186u，C正確。15.

在足夠大的勻強(qiáng)磁場中，靜止的鈉的同位素2411Na發(fā)生衰變，沿與磁場垂直的方向釋放出一個粒子后，變?yōu)橐粋€新核，新核與放出粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡均為圓，如圖所示，下列說法正確的是()A．新核為2412Mg

B．軌跡2是新核的徑跡C.2411Na發(fā)生的是α衰變

D．新核沿順時針方向旋轉(zhuǎn)【答案】AB【解析】根據(jù)動量守恒得知，放出的粒子與新核的速度方向相反，由左手定則判斷得知，放出的粒子應(yīng)帶負(fù)電，是β粒子，所以發(fā)生的是β衰變，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，衰變方程為2411Na→2412Mg＋0－1e，可知新核為2412Mg，故A正確，C錯誤。由題意，靜止的鈉核2411Na發(fā)生衰變時動量守恒，釋放出的粒子與新核的動量大小相等，兩個粒子在勻強(qiáng)磁場中都做勻速圓周運(yùn)動，因?yàn)樾潞说碾姾闪看笥谒尫懦龅牧Ｗ与姾闪?，由半徑公式r＝mvqB得知，新核的半徑小于粒子的半徑，所以軌跡2是新核的軌跡，故B正確。根據(jù)洛倫茲力提供向心力，由左手定則判斷得知，新核要沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故D錯誤。16．近幾年日本、印度等許多國家積極發(fā)展“月球探測計(jì)劃”，該計(jì)劃中的科研任務(wù)之一是探測月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136u，氦3的質(zhì)量為3.0150u，氦核的質(zhì)量為4.00151u，質(zhì)子的質(zhì)量為1.00783u，中子的質(zhì)量為1.008665u,1u相當(dāng)于931.5MeV，則下列說法正確的是()A．一個氘和一個氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9MeVB．氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：21H＋32He→42He＋X，其中X是中子C．因?yàn)榫圩儠r釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少D．目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電【答案】A【解析】根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，X為質(zhì)子，B錯誤。一個氘和一個氦3發(fā)生核聚變，產(chǎn)生一個氦4和一個質(zhì)子，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0150－4.00151－1.00783)×931.5MeV≈17.9MeV，A正確。因?yàn)榫圩儠r釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以反應(yīng)后的總質(zhì)量小于反應(yīng)前的總質(zhì)量，但是質(zhì)量數(shù)守恒，C錯誤。目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用核裂變發(fā)電，D錯誤。17．2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)工程獲得國家自然科學(xué)一等獎。大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴有中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、β衰變等。下列關(guān)于核反應(yīng)的說法，正確的是()A．21H＋31H→42He＋10n是α衰變方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰變方程B．高速運(yùn)動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，其核反應(yīng)方程為42He＋147N→178O＋10nC.23490Th衰變?yōu)?2286Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變D.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂變方程，也是氫彈的核反應(yīng)方程【答案】C【解析】核反應(yīng)21H＋31H→42He＋10n是核聚變方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰變方程，A錯誤。高速運(yùn)動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為42He＋147N→178O＋11H，B錯誤。23490Th衰變?yōu)?2286Rn，設(shè)經(jīng)過了n次α衰變和m次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得234＝222＋4n,90＝86＋2n－m，聯(lián)立解得n＝3，m＝2，故經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，C正確。23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂變方程，不是氫彈核反應(yīng)方程，氫彈發(fā)生的反應(yīng)為核聚變，D錯誤。18．圖示為氫原子能級圖以及從n＝3、4、5、6能級躍遷到n＝2能級時輻射的四條光譜線，已知從n＝3躍遷到n＝2的能級時輻射光的波長為656nm，下列敘述正確的有()A．四條譜線中頻率最大的是HδB．用633nm的光照射能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級C．一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時，最多產(chǎn)生3種譜線D．如果Hδ可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，只要照射時間足夠長，光的強(qiáng)度足夠大，Hβ也可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)【答案】AC【解析】頻率最大的光子對應(yīng)的能量最大，即躍遷時能量差最大，故從n＝6躍遷到n＝2的頻率最大，選項(xiàng)A正確；原子躍遷過程中，吸收光子的能量應(yīng)剛好等于兩能級的能量差，選項(xiàng)B錯誤；從n＝3向低能級躍遷時，可以是從3→2、2→1或者是3→1，即有三種頻率不同的光子，選項(xiàng)C正確；光電效應(yīng)與光照的時間無關(guān)，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定可以使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯誤．19．氫原子能級如圖所示，已知可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，則下列說法正確的是()A．氫原子能量狀態(tài)由n＝2能級躍遷到n＝1能級，放出的光子為可見光B．大量氫原子處于n＝4能級時，向低能級躍遷能發(fā)出6種不同頻率的光子C．處于基態(tài)的氫原子電離需要