人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè)第五章原子核第4節(jié)第5節(jié)分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)含答案

[A級(jí)——基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．許多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分為強(qiáng)子、輕子、媒介子，依據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系C．質(zhì)子屬于強(qiáng)子D．光子屬于輕子解析：選ABC。許多粒子都有自己的反粒子，反粒子與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷的符號(hào)相反，故A正確；粒子分為三大類：媒介子、輕子和強(qiáng)子，依據(jù)其相互作用的關(guān)系，質(zhì)子屬于強(qiáng)子，光子屬于媒介子，故B、C正確，D錯(cuò)誤。2．(多選)當(dāng)一個(gè)重核裂變時(shí)，它能產(chǎn)生的兩個(gè)核()A．一定是穩(wěn)定的B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)少C．裂變時(shí)釋放的能量等于俘獲中子時(shí)得到的能量D．可以是多種形式的兩個(gè)核的組合解析：選BD。重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等質(zhì)量的核時(shí)平均要放出2個(gè)或3個(gè)中子，裂變釋放的能量比俘獲中子的能量大，C錯(cuò)誤；中子數(shù)會(huì)減少，B正確；重核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，A錯(cuò)誤，D正確。3．一個(gè)靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個(gè)α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,)90Th(原子質(zhì)量為228.0287u)。已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。鈾核的衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(232,92)→eq\o\al(228,)90Th＋eq\o\al(4,2)He，算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能為()A．5.35MeVB．5.5MeVC．10.35MeVD．10.5MeV答案：B4．我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來(lái)源于eq\o\al(235,)92U的裂變，現(xiàn)有四種說(shuō)法：①eq\o\al(235,)92U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子②eq\o\al(235,)92U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,)54Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(235,)92U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(gè)eq\o\al(235,)92U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J以上說(shuō)法中完全正確的是()A.①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④解析：選D。由eq\o\al(235,)92U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系知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(cuò)誤；因?yàn)?00MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以④正確，故D正確。5．太陽(yáng)輻射能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的()A．化學(xué)反應(yīng)B．放射性衰變C．裂變反應(yīng)D．熱核反應(yīng)解析：選D。太陽(yáng)的能量來(lái)自內(nèi)部的核聚變，產(chǎn)生很高的能量，又稱為熱核反應(yīng)。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。6．ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克，俗稱“人造太陽(yáng)”。人造太陽(yáng)中發(fā)生的主要是氫的同位素——氘和氚的核聚變反應(yīng)。下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．該核反應(yīng)過(guò)程吸收能量C．該核反應(yīng)生成物的質(zhì)量大于反應(yīng)物的質(zhì)量D．聚變生成物eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大于反應(yīng)物eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能解析：選D。核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，而A選項(xiàng)中的電荷數(shù)不守恒，A錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)過(guò)程放出能量，B錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)有大量的能量放出，由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知，有質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量，C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大于eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能，D正確。7．我國(guó)自行研制的“超導(dǎo)托卡馬克”可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，俗稱人造太陽(yáng)，其運(yùn)行原理就是在裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘和氚，通過(guò)類似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度使其發(fā)生聚變反應(yīng)，產(chǎn)生巨大的能量，核反應(yīng)方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，下列說(shuō)法正確的是()A．該核反應(yīng)前后核子的平均質(zhì)量增加B．核反應(yīng)方程式中的X是中子C．該核反應(yīng)前后的電荷數(shù)不守恒D．該核反應(yīng)產(chǎn)生的條件之一是核聚變的原料要大于一定的臨界體積解析：選B。該核反應(yīng)過(guò)程中要釋放能量，故前后核子的平均質(zhì)量減小，A錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)是守恒的，可得X為eq\o\al(1,0)n，是中子，B正確；核反應(yīng)前后的電荷數(shù)是守恒的，C錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)是熱核反應(yīng)，與體積無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤。[B級(jí)——能力增分練]8．下列說(shuō)法正確的是()A．研制核武器的钚239eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(239,94)Pu))由鈾239eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(239,92)U))經(jīng)過(guò)2次β衰變而產(chǎn)生B．升高溫度可以加快eq\o\al(14,)6C的衰變C．20g的eq\o\al(238,)92U經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后，質(zhì)量變?yōu)?5gD．eq\o\al(238,)92U在中子轟擊下，生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,)54Xe的核反應(yīng)前后，原子核的核子總數(shù)減少解析：選A。經(jīng)過(guò)β衰變電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，所以钚239由鈾239經(jīng)過(guò)2次β衰變而產(chǎn)生，A正確；溫度不會(huì)影響衰變速度，B錯(cuò)誤；根據(jù)半衰期公式m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)m0，可得m＝5g，即20g的鈾經(jīng)過(guò)2個(gè)半衰期后其質(zhì)量變?yōu)?g，C錯(cuò)誤；核反應(yīng)前后，原子核的核子總數(shù)守恒，D錯(cuò)誤。9．有一種聚變反應(yīng)是四個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核，同時(shí)放出兩個(gè)正電子。(已知煤的燃燒值q＝3.36×107J/kg，氫核質(zhì)量為1.008142u，氦核質(zhì)量為4.001509u，電子的質(zhì)量為0.000549u，質(zhì)量虧損為1u時(shí)，釋放的能量為931.5MeV，阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol－1，結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)問(wèn)：(1)若1g氫完全聚變，能釋放多少能量？(2)1g氫完全聚變，釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？解析：(1)核反應(yīng)方程為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008142u－4.001509u－2×0.000549u＝0.029961u根據(jù)ΔE＝Δmc2有ΔE＝Δmc2＝0.029961uc2＝0.029961×931.5MeV＝27.91MeV＝4.47×10－12J1g氫完全聚變釋放的能量為E＝eq\f(1,4)×6.02×1023×4.47×10－12J＝6.73×1011J。(2)1g氫完全聚變，釋放的能量相當(dāng)于煤完全燃燒的質(zhì)量為m＝eq\f(6.73×1011,3.36×107)kg＝2.00×104kg。答案：(1)6.73×1011J(2)2.00×104kg10．用中子轟擊鈾核(eq\o\al(235,)92U)，其中的一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇(eq\o\al(141,)56Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)兩部分，放出3個(gè)中子。各個(gè)核和中子的質(zhì)量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg。試寫出核反應(yīng)方程，求出反應(yīng)中釋放的核能。解析：根據(jù)反應(yīng)前后核的質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，此鈾核裂變方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.3578×10－27kg，由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(3.0×108)2J≈3.2202×10－11J。答案：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,)92U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n3.2202×10－11J11.eq\o\al(235,)92U受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生eq\o\al(144,)56Ba和eq\o\al(89,36)Kr，同時(shí)放出200兆電子伏特的能量。現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬(wàn)千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料。假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來(lái)發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol－1)解析：核電站每一天的發(fā)電量E＝Pt＝50×104×103×24×3600J＝4.32×1013J據(jù)題意知，核電站一天的發(fā)電量就等于發(fā)電