5.5 核能的利用与环境保护——高二物理鲁科版（2019）选择性必修三同步课时作业
1.我国研制的全球首座20万千瓦高温气冷堆核电站于2021年4月装料完毕，年底正式发电，该核反应堆用铀235作核燃料，用石墨作慢化剂，用氦气作冷却剂。则( )
A.铀235的核裂变是它自发分裂成两个中等核，同时放出中子
B.裂变产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能
C.石墨在反应堆中的作用是吸收中子，控制反应的速度
D.若铀235的半衰期为T，若经过3T的时间，一定质量的铀235衰变的质量为原来质量的八分之一
2.2024年2月，日本福岛第一核电站核污染水净化装置中，含有放射性物质的大量核污染水发生泄漏。核污水中包含多种放射性元素，如氚、锶、钚、碘等，其中碘的衰变方程为，已知，，，下列说法正确的是( )
A.衰变产生的β射线来自于原子的核外电子
B.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
C.原子核衰变时质量亏损，质量数减少
D.该核反应要释放能量
3.核电站中是重要的核燃料，其裂变时一个典型的反应方程如下：。下列说法中正确的是( )
A.
B.1个X原子，其质子数比中子数少31
C.与X元素相比，的结合能更小
D.的平均核子质量小于的平均核子质量
4.核电站在运行时会产生大量核污染水，其中含有放射性元素——，它的半衰期为5730年，吸入人体后会在细胞中发生衰变，导致DNA结构变化和细胞死亡，所以核电站的运行和管理需要严格的安全措施来确保辐射剂量控制在安全范围内。下列关于原子核的相关说法正确的是( )
A.核反应方程中的电子是核外电子
B.相同质量的核燃料，轻核聚变与重核裂变释放的核能一样多
C.经过一个半衰期，10个原子核将剩下5个
D.核电站利用的是核裂变释放的能量
5.2024年8月13日，据日媒报道福岛核电站再次发生核污水泄漏事故，引发国际社会对日本核安全的持续担忧。泄漏的核污水中含有如氚，碘129，轴235等多种放射性元素，其中氚元素的衰变方程为：，半衰期为12.43年，下列说法正确的是( )
A.衰变过程会释放能量，比结合能小于的比结合能
B.可以通过加温、加压的方式加快氚元素的衰变实现核污水净化
C.该衰变为α衰变
D.Z为
6.核电站轴核裂变的产物是多样的。有一种典型的轴核裂变是生成钡和氪，核反应方程是，已知铀核的质量为，钡核的质量为，氪核的质量为，中子的质量为，以下说法正确的是( )
A.核反应方程中的
B.该核反应释放的核能是
C.的比结合能大于（或）的比结合能
D.目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电
7.2011年3月11日，日本东海岸发生9.0级地震，地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，最终导致福岛第一核电站的6座核反应堆不同程度损坏，向空气中泄漏大量碘131和铯137等放射性物质，这些放射性物质随大气环流飘散到许多国家，4月4日，日本开始向太平洋排放大量带有放射性物质的废水，引起周边国家的指责，下列说法中正确的是( )
A.福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B.碘131能自发进行β衰变，衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核多一个中子而少一个质子
C.铯137进行β衰变时，往往同时释放出γ射线，γ射线具有很强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板
D.铯137进入人体后主要损害人的造血系统和神经系统，其半衰期是30.17年，如果将铯137的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度
8.2023年山东省荣成市石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商运，标志着我国第四代核电技术达到世界领先水平。电站以气体为冷却剂，由热中子引发链式反应，关于该电站的核反应下列说法正确的是( )
A.核反应方程为：
B.任意大小的铀块都可以发生链式反应
C.热中子的速度与热运动的速度相当时最适于引发核裂变
D.链式反应的速度由慢化剂的多少来控制
9.1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号机组反应堆发生爆炸，成为迄今为止世界上最严重的核泄漏事故。事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质长期影响而致命或重病，其中一种放射性元素为碘131，已知碘131的半衰期为8天。下列说法正确的是( )
A.核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应速度
B.200个碘131原子核经过16天后一定还有50个未衰变
C.碘131发生β衰变的方程是
D.核反应堆中可能发生的链式反应属于核聚变
10.开发更为安全清洁的能源是人类不懈的追求。关于核反应，下列说法正确的是( )
A.该核反应属于重核的裂变
B.该核反应属于轻核的聚变
C.该核反应过程没有质量亏损
D.目前核电站利用的就是该核反应所释放的能量
11.核聚变过程可以释放大量能量。一种典型的聚变反应就是四个氢原子核（质子）结合成一个氦原子核，大约释放28MeV的能量。太阳内部就时刻发生着核聚变。如果想实现人工核聚变，困难在于原子核都带正电，互相排斥，一般情况下不能相互靠近而发生结合，只有在温度达到极高温度时，原子核的热运动速度非常大，才能冲破库仑斥力的壁垒，碰撞到一起发生结合，这叫热核反应。根据统计物理学，绝对温度为T时，粒子的平均动能，其中，叫做玻尔兹曼常量。理论计算表明，当质子的平均动能达到约时，热运动的质子容易发生结合而发生聚变反应。不考虑量子效应及相对论效应，根据以上信息结合经典理论，判断下列说法中正确的是( )
A.目前核电站利用核聚变反应
B.将氦核的核子全部分开，大约需要28MeV的能量，氦核的比结合能约为14MeV
C.若两个质子以相同初动能相向运动正碰而恰好结合，则一个质子从远处以初动能与另一个静止的质子发生正碰，也能恰好结合
D.由以上信息可以估算出发生热核反应时的温度约为量级
12.铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变。铀235裂变方程为：，衰变方程为：，则下列说法正确的是( )
A.的比结合能大于Y的比结合能
B.X的电荷数为144，Y的电荷数为90
C.裂变过程温度升高，铀235的半衰期会变大
D.反应堆中镉棒插入深一些将会减慢核反应速度
13.核电站核污染水排入海洋。其中核污水含有多种放射性成分，其中有一种难以被清除的同位素氚可能会引起基因突变，氚亦称超重氢，是氢的同位素，有放射性，会发生β衰变，其半衰期为12.43年。下列有关氚的说法正确的是( )
A.如果金属罐中密封有1kg氚，12.43年后金属罐的质量将减少0.5kg
B.氚发生β衰变时产生的粒子能够穿透10cm厚的钢板
C.用中子轰击锂能产生氚，其核反应方程式为
D.氚核的质量恰好是氕核质量的3倍
14.核电站发电利用了铀核裂变的链式反应。核反应堆中的“燃料”是，产物多样，一种典型的铀核裂变是生成锶（）和氙（）。下列说法正确的是( )
A.的比结合能比小
B.任意质量体积的铀核均能发生链式反应
C.若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量为
D.的半衰期为7亿年，10克原子核经14亿年全部发生衰变
15.1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号机组反应堆发生爆炸，成为迄今为止世界上最严重的核泄漏事故。事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质长期影响而致命或重病，其中一种放射性元素为碘131，已知碘131的半衰期为8天。下列说法正确的是( )
A.碘131发生β衰变的方程是
B.200个碘131原子核经过16天后一定还有50个未衰变
C.核反应堆利用水吸收中子，从而控制核反应的速度
D.核反应堆中可能发生的链式反应是
答案以及解析
1.答案：B
解析：A.铀235的核裂变必须要有中子轰击才能分裂成两个中等核，同时放出多个中子，选项A错误；
B.裂变因为放出核能，有质量亏损，则产生中等核的比结合能大于铀235核的比结合能，选项B正确；
C.慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；
D.若铀235的半衰期为T，若经过3T的时间，一定质量的铀235没有衰变的质量为原来质量的八分之一，选项D错误。
故选B。
2.答案：D
解析：A.衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成β射线，故A错误；
B.半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，经过两个完整的半衰期后，还剩四分之一的原子核没有衰变，故B错误；
C.原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故C错误；
D.该反应质量亏损为
由此可知，该核反应释放能量，故D正确。
故选D。
3.答案：B
解析：核反应前后要满足质量数守恒，有，解得，A错误；核反应前后要满足电荷数守恒，有，解得，则1个X原子，其质子数比中子数少个，B正确；核子数越多结合能越大，故与X元素相比，的结合能更大，C错误；比结合能越大，平均核子质量越小，的比结合能小于元素的比结合能，故其平均核子质量大于元素的平均核子质量，D错误。
4.答案：D
解析：核反应方程中的电子是原子核内产生的，不是核外电子，A错误；相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，B错误；半衰期是一个统计概念，指的是一定量的样本中放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，可以用来预测大量原子核的衰变行为，但对于几个特定原子核的衰变行为则无法预测，C错误；核电站利用的是核裂变释放的能量，D正确。
5.答案：A
解析：A.衰变过程会释放能量，生成物更加稳定，则比结合能小于的比结合能，选项A正确；B.外部条件不能改变氚元素的衰变速度，选项B错误；CD.根据质量数和电荷数守恒可知，即X为中子，该衰变不是α衰变，选项CD错误。故选A。
6.答案：B
解析：A.根据反应过程满足质量数守恒可得可得故A错误；B.根据爱因斯坦质能方程可知，该核反应释放的核能为故B正确；C.核反应后产物（或）比反应前的更稳定，所以的比结合能小于（或）的比结合能，故C错误；D.现在的核电站仍采用核裂变反应发电，还没有实现可控核聚变发电，故D错误。故选B。
7.答案：C
解析：A.核电站是利用核裂变发电的，故A错误；B.发生一次β衰变向外释放出一个电子，衰变的本质是原子核里的一个中子分裂为一个质子和一个电子发生的，所以生成的新核少了一个中子多了一个质子，故B错误；C.铯137进行β衰变时，往往同时释放出γ射线，γ射线具有很强的穿透能力，甚至能穿透几厘米厚的铅板，故C正确；D.衰变是原子核本身的性质，与周围的物理环境、化学环境都没有关系，故D错误。故选C。
8.答案：C
解析：A.核电站的核反应方程为
A错误；
B.铀核裂变时，只有达到临界体积的铀块才能发生链式反应，B错误；
C.中子速度小，与铀核作用时间长，此时核反应的概率大，因此热中子的速度与热运动的速度相当时最适于引发核裂变，C正确；
D.链式反应的速度由控制棒插入深度的多少来控制，D错误。
故选C。
9.答案：A
解析：A.核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度，故A正确；B.半衰期是大量原子核衰变的统计结果，对少量原子核衰变不适用，故B错误；C.碘131发生β衰变的过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得发生β衰变的方程为，故C错误；D.核反应堆中可能发生的链式反应属于核裂变，故D错误。故选A。
10.答案：B
解析：AB.该核反应属于轻核的聚变。故A错误；B正确；
C.该核反应过程有质量亏损。故C错误；
D.目前核电站利用的就是重核的裂变所释放的能量。故D错误。
故选B。
11.答案：D
解析：A.目前核电站利用核裂变反应。故A错误；
B.四个氢原子核（质子）结合成一个氦原子核，大约释放28MeV的能量，反之将氦核的核子全部分开，大约需要28MeV的能量，氦核的比结合能约为
故B错误；
C.若两个质子以相同初动能相向运动正碰而恰好结合，由动量和能量守恒可知，质子结合能为。则一个质子从远处以初动能与另一个静止的质子发生正碰，假如结合在一起，由动量和能量守恒可知
，
质子结合能为小于。则它们不能结合。故C错误；
D.由题意有
解得
故D正确。
故选D
12.答案：D
解析：A.比结合能越大，原子核越稳定，的比结合能小于Y的比结合能，故A错误；
B.根据核反应方程电荷数守恒可得，X的电荷数为
Y的电荷数为
故B错误；
C.裂变过程温度升高，但铀235的半衰期会不变，故C错误；
D.由于镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，可以在反应堆中将镉棒插入深一些，让其多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，即减慢反应速度，故D正确。
故选D。
13.答案：C
解析：A.如果金属罐中密封有1kg氚，12.43年后金属罐中的氚会有一半发生衰变，但产生的新物质还在金属罐内，金属罐的质量不会减少0.5kg，故A错误；B.氚发生β衰变时会放出高速运动的电子，但不能穿透10cm厚的钢板，故B错误；C.用中子轰击锂能产生氚，其核反应方程式为故C正确；D.一个质子与两个中子结合成氚核时质量会发生亏损，则氚核的质量不是氕核质量的3倍，故D错误。故选C。
14.答案：A
解析：A.铀核裂变是生成锶和氙，该反应释放能量，质量亏损，生成物锶比铀核更稳定，比结合能更大，故的比结合能比小，故A正确；
B.铀块的体积必须达到临界体积才能发生链式反应，故B错误；
C.根据爱因斯坦质能方程，若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量小于，故C错误；
D.10克原子核经14亿年，也就是2个半衰期，故还有2.5克的铀核未发生衰变，故D错误。
故选A。
15.答案：D
解析：碘131发生β衰变的过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得其发生β衰变的方程，A错误；半衰期为大量原子统计的结果，少量的不适用该规律，B错误；核反应堆利用镉棒吸收中子，从而控制核反应的速度，C错误；核电站一般用铀燃料进行核裂变反应，所以可能发生的一种反应是，D正确。
