第七周 原子核与核能（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

第七周　原子核与核能 (网阅作业，选择题请在答题区内作答) 　　　　　　 　　　　　　　　　　 一、单项选择题 1.(2025·福建南平高二期中)核反应堆是核电站的核心装置。下列叙述正确的是 (　　) A.控制棒通过释放中子来加快反应速率 B.减速剂(如石墨)的作用是减慢中子速度 C.核反应堆中发生的核反应主要为核聚变 D.冷却剂将热量直接转化为电能以供使用 2.(2025·山东日照高二期末)被称为新一代“人造太阳”的“中国环流三号”是目前我国规模最大、参数最高的可控核聚变装置。核聚变是两个轻核结合成质量较大的核的核反应过程。下列关于核聚变的说法正确的是 (　　) A.在核聚变过程中，反应后原子核的平均结合能减小 B.核聚变又叫热核反应，是因为反应过程中需要外界持续不断地提供能量 C.核聚变反应中平均每个核子释放的能量比核裂变反应中平均每个核子释放的能量少 D.地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变释放的核能 3.(2025·湖北高考)PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素(如F)的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的F的衰变方程为FXeν，其中ν是中微子。已知F的半衰期是110分钟。下列说法正确的是 (　　) A.X为O B.该反应为核聚变反应 C.1克F经110分钟剩下0.5克F D.该反应产生的ν在磁场中会发生偏转 4.(2025·福建漳州高二期末)重核裂变与轻核聚变的发现为核能的利用开辟了一条新的道路。以下有关重核裂变和轻核聚变的说法中正确的是 (　　) A.目前世界各国核电站均使用的是聚变反应 B.裂变反应后产生新核的核子平均质量大于反应前核子的平均质量 C.轻核聚变方程HHHen中，氦核的平均结合能大于氘核的平均结合能 D.无论是裂变还是聚变都必须在高温下才能进行 5.(2025·福建厦门高二期末)聚变能是人类永久解决能源问题的重要途径。地球上并不存在天然氚，氚的供应成为实现受控氘氚聚变反应所必须解决的重要挑战之一，为此，利用高能中子与Li的氚增殖反应可以实现氚的循环利用，过程如图示。下列相关的核反应方程中正确的是 (　　) AHHHee BHHHeH CnLiHeH DnLiH 6.(2025·湖南高考)关于原子核衰变，下列说法正确的是 (　　) A.原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量 B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期 C.放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长 D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期 7.(2025·山东东营高二期末)碘-131是一种碘的放射性同位素，半衰期为8.020 70 d，主要来源于核工业及核技术应用、核试验落下灰、核事故释放等，也可在反应堆中以慢中子轰击Te-130或在回旋加速器中以氘轰击Te-130来制得。已知碘核的衰变方程为IXe+e，碘-131的平均结合能为E1，Xe-131的平均结合能为E2，下列说法正确的是 (　　) A.以慢中子轰击Te-130生成碘-131的过程为核聚变反应 B.碘-131衰变产生的β射线来自I的核外电子 C.200个碘-131经过8.020 70 d还剩余100个 D.一个碘-131衰变释放的能量为131 二、双项选择题 8.(2025·山东枣庄高二期末)市面上流行一种发光钥匙链，主体部分为玻璃荧光管，管内密封少量氚气。放射性元素氚的半衰期为12.5年，核反应方程为HHee，衰变过程发出的电子与荧光涂层作用，从而发出有颜色的光。下列说法正确的是 (　　) A.He的平均结合能比H大 B.衰变产生的β射线用一张薄纸就可以挡住 C.核反应产生的电子来自于核内中子的转化 D.经过25年，荧光管内的氚核全部发生衰变 9.(2025·福州高二阶段练习)关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是 (　　) A.氘核的结合能比氦核的小 B.核反应方程为HHHen C.由于该热核反应释放能量，故能自发进行 D.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 10.(2025·山东济南高二期末)太阳内部核反应的主要形式为HHe+e，已知H和He的质量分别为1.007 8 u和4.002 6 u，1 u相当于931 MeV的能量，忽略电子的质量，太阳平均每秒损失的质量为4.22×109 kg，电子电荷量e=1.6× 10-19 C，光在真空中速度c=3.0×108 m/s。假设太阳损失的质量全部源自上述核反应，下列判断正确的是 (　　) A.一次核反应的质量亏损为0.028 6 u B.一次核反应释放的能量约为26.6 MeV C.太阳每秒释放的能量约为3.8×1038 J D.太阳内部平均每秒减少的H个数约为5.85×1039 11.(2025·福建高考)现真空中有两个动量大小相等、方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，核反应方程为HHHen+17.6 MeV，设反应释放的能量几乎全部转化为He与n的动能，则 (　　) A.该反应有质量亏损 B.该反应为核裂变 Cn获得的动能约为14 MeV DHe获得的动能约为14 MeV 三、填空题 12.(3分)(2025·厦门高三检测)太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e；已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c。则每次核反应后的质量　　　　(选填“增加”“减少”或“不变”)；氦核的平均结合能为　　　　　　　。  四、解答题 13.(16分)(2025·山东威海高二期末)太阳能照射到地球上时，由于大气层的反射和吸收等作用，只有约n=50%到达地面。现测得在地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上接收到太阳能的平均功率为P0=6.8×102 W。已知地球到太阳的距离r=1.5×1011 m，真空的光速c=3×108 m/s。(结果均保留两位小数) (1)求太阳辐射能量的总功率P；(4分) (2)为简单计算，认为太阳辐射频率相同的电磁波，照射到地面时，全部被反射。求太阳光垂直照射地面时产生的光压(压强)大小I；(8分) (3)太阳内部进行着多种核聚变反应过程，反应过程可简化为:四个质子聚变为一个氦核，放出2个正电子和2个中微子(符号ν)，同时放出E0=24.7 MeV的能量。可认为太阳辐射的能量完全来源于上述核反应。太阳的质量为M=2.0×1030 kg，质子的质量mH=1.67×10-27 kg；写出这个核聚变的反应方程，并计算每次核聚变的质量亏损。(4分) 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 第七周 1.选B　控制棒通过吸收中子来减慢反应速率，故A错误；减速剂(如石墨)的作用是减慢中子速度，故B正确；核反应堆中发生的核反应主要为核裂变，故C错误；冷却剂将热量传递给水，水汽化带走热量，故D错误。 2.选D　轻核聚变反应释放巨大核能，说明生成物比反应物更稳定，则生成物的平均结合能增大，故A错误；核聚变一旦发生，就不再需要外界提供热量，靠自身产生的热就会使反应继续下去，故B错误；核聚变反应中平均每个核子释放的能量比核裂变反应中平均每个核子释放的能量多，故C错误；目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能，故D正确。 3.选C　根据质量数与电荷数守恒可知，X为O，故A错误；该反应释放出正电子，为β+衰变，故B错误；1克F经过110分钟即一个半衰期，剩下的质量为m余=m原=0.5克，故C正确ν不带电，在磁场中不偏转，故D错误。 4.选C　目前世界各国的核电站采用的均为重核裂变反应，A错误；裂变反应过程中会有质量亏损，产生新核的核子平均质量比反应前小，B错误；轻核聚变过程中释放出核能，说明氦核比氘核更加稳定，由于平均结合能越大原子核越稳定，可知氦核的平均结合能大于氘核的平均结合能，C正确；裂变反应不需要高温，D错误。 5.选CHHHee，该核反应方程不满足电荷数守恒，故A错误HHHeH，该核反应方程不满足电荷数守恒，故B错误nLiHeH，该核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故C正确nLiH，该核反应方程不满足质量数守恒，故D错误。 6.选B　原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总质量小于原核质量，故A错误；半衰期为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间，故B正确；半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故C错误；因化学变化不改变原子核性质，故采用化学方法不能改变放射性元素的半衰期，故D错误。 7.选D　以慢中子轰击Te-130生成碘-131的过程为原子核的人工转变，故A错误；碘-131衰变产生的β射线来自原子核内部中子转化成质子和电子，故B错误；半衰期是大量原子核的统计规律，200个碘-131经过8.020 70 d不一定还剩余100个，故C错误；碘-131的平均结合能为E1，Xe-131的平均结合能为E2，一个碘-131衰变释放的能量为131，故D正确。 8.选AC　该反应过程要释放出能量，所以生成核比反应核更加稳定，则He的平均结合能大于H的平均结合能，故A正确；衰变产生的β射线可以穿透几毫米厚的铝板，不可以用一张薄纸挡住，故B错误；衰变释放出的电子来自于核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子从核内被抛射出去，形成高速的电子流，故C正确；氚的半衰期为12.5年，经过25年，即两个半衰期，荧光管内的氚核有四分之三发生衰变，故D错误。 9.选AB　一个氘核与一个氚核结合成一个氦核的同时释放能量，则氦核的平均结合能比氘核的大，氦核的核子数比氘核的核子数多，所以氘核的结合能比氦核的小，故A正确；核反应方程为HHHen，故B正确；该热核反应释放能量，但需要高温高压，故不能自发进行，故C错误；氘核与氚核的间距达到10-15 m以内才可以发生核聚变，故D错误。 10.选AB　一次核反应的质量亏损为Δm=4m1-m2=4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，故A正确；一次核反应释放的能量为ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，故B正确；太阳每秒释放的能量为E=mc2=4.22×109× J≈3.8×1026 J，故C错误；太阳内部平均每秒减少的H个数为n==≈3.57×1038，故D错误。 11.选AC　该反应是核聚变反应，释放能量，根据质能方程可知，有质量亏损，A正确，B错误；在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等、方向相反，系统总动量为零，故反应后氦核与中子的动量大小相等、方向相反。由Ek=得EkHe∶Ekn=mn∶mHe=1∶4，而He和n获得的总动能为17.6 MeV，故n获得的动能Ekn=×17.6 MeV=14.08 MeVHe获得的动能EkHe=×17.6 MeV=3.52 MeV，故C正确，D错误。 12.解析:核聚变是放能反应，根据质能方程，可知核反应后的质量减少。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可知生成了2个正电子，所以质量亏损为Δm=4mp-mα-2me，根据E=Δmc2，产生的能量为E=(4mp-mα-2me)c2，氦核的平均结合能为E'==。 答案:减少　 13.解析:(1)根据题意可知地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上太阳能辐射的平均功率为 P1==1.36×103 W 以太阳为球心、以地球到太阳的距离r为半径的球面上的总功率即为所求太阳辐射能量的总功率，故可得 P=P1·4πr2≈3.85×1026 W。 (2)设每秒内射到地面单位面积上的光子数为N，频率为ν0，总能量为ε，可得ε=Nhν0=P0×1 s 可得每个光子的动量为pi=== 在Δt时间内，面积为ΔS地面上的光子全部被反射，根据动量定理可得FΔt=IΔSΔt=NΔSΔt=2NΔSΔtpi 解得光压为I=2Npi=≈4.53×10-6 Pa。 (3)该核聚变的反应方程为HHe+e+2ν 根据质能方程，可知每次核聚变的质量亏损为 Δm==≈4.39×10-29 kg。 答案:(1)3.85×1026 W　(2)4.53×10-6 Pa (3)HHe+e+2ν　4.39×10-29 kg $