鲁科版 (2019)第5节 核能的利用与环境保护课时练习

5.5核能的利用与环境保护同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．下列说法正确的是（     ）

A．原子从低能级向高能级跃迁时，只有吸收光子才能实现

B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

C．放射性β射线其实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗

D．核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度

2．下列说法正确的是（　　）

A．由波尔理论的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，核外电子动能越小

B．汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核式结构学说

C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长

D．现已建成的核电站的能量均来自于核聚变

3．下列说法正确的是

A．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线有良好的穿透能力

B．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立

C．衰变的实质是一个中子转化为一个质子和一个电子

D．目前核电站利用的是核裂变释放的核能

4．下列说法正确的是（　　）

A．核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内

B．镉棒可使核反应堆中的快中子变成慢中子

C．随着温度的升高，黑体热辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

D．各种原子的发射光谱都是连续谱，可以用原子的特征谱线来鉴别物质

5．下列说法中正确的是（   ）

A．α粒子散射实验表明了原子核具有复杂结构

B．石墨在反应堆起到降低核反应速度的作用

C．燃料铀在反应堆中发生裂变反应

D．将铀棒插入得更深些，反应堆的核反应速度将降低

6．下列说法正确的是（　　）

A．通过给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺疾病，这是利用放射性同位素原子作为示踪原子

B．X射线是原子核处于高能级向低能级跃迁而产生的

C．贝克勒尔发现的铀和含铀的矿物能发出看不见的射线，这种射线中存在X射线可使照相底版感光

D．目前核电站主要是核裂变，为控制核反应速度，可以利用镉棒作为慢化剂，减缓中子的速度

7．下列说法正确的是（　　）

A．结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固

B．查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子

C．现已建成的核电站发电的能量来自于重核裂变放出的能量

D．基于对阴极射线的研究，卢瑟福提出了原子的核式结构模型

8．下列说法中正确的是（　　）

A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了原子的核式结构模型

B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流

C．目前核电站内释放的核能来自于轻核的聚变

D．放射性元素的半衰期会随温度的变化而改变

9．核电站泄漏的污染物中含有人工核碘131等. 碘131（即）核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天，则下列说法中正确的是（　　）

A．碘131的半衰期随气温升高而逐渐减小

B．核电站中的核反应堆所发生的是轻核聚变反应

C．经过8天后，30个放射性碘131衰变的个数一定是15个

D．碘131核的衰变方程为（X表示衰变后的元素）

10．核电站一般分为两部分，一是利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括核反应堆和回路系统），二是利用蒸汽驱动汽轮发电的常规岛（包括汽轮机发电系统）。某核电站装机容量是300万千瓦，核能转化为电能的效率是35%。下列说法正确的是（　　）

A．反应堆中用水做慢化剂，可以起到减缓链式反应的作用

B．从核能到电能，中间能量还转化成了内能和机械能两种形式

C．若一直满负荷运行，参与核裂变的轴棒每年减少的质量约为3.0kg

D．若产生的电能通过同一线路进行远距离输电，相同电压下采用直流输电和交流输电输电线上损耗的电能相同

11．2019 年 4 月 23 日，海军建军 70 周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇 093 改进型攻击核潜艇公开亮相．核潜艇是以核反应堆作动力源．关于核反应，下列说法正确的是

A．核反应方程属于衰发，而 射线来自原子外层的电子

B．核反应方程属于聚发，是核潜艇的动力原理

C．核反应方程属于裂发，是原子弹裂变反应原理

D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和

12．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术，其发生的可控核聚变方程为：   +→ +X（X表示某种粒子），则下列说法正确的是（　　）

A．X为质子

B．核能不属于清洁能源

C．该核反应是我国秦山核电站利用核能的方式

D．原子核比原子核稳定

13．关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下面说法正确的是（　　）

A．它们都是利用核裂变释放的核能

B．它们都是利用核聚变释放的核能

C．一座利用核裂变释放的核能，一座利用核聚变释放的核能

D．以上说法都不对

14．核电站的建设可以缓解地球上的化石能源的消耗，现今核电站所产生的能量主要来自核燃料内部的(       )．

A．化学反应 B．放射性衰变

C．裂变反应 D．聚变反应

15．核电最大的优点是(       )．

A．产量大 B．可控制

C．可重复利用 D．安全、干净的能源

二、填空题（共4题）

16．原子弹爆炸能瞬间释放出巨大的能量，是利用了________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）；太阳能不断地向外辐射能量，是因为其内部不断地发生着____________（填“原子核人工转变”“重核裂变”“轻核聚变”或“原子核衰变”）.若用核轰击核发生核反应，最终产生核和________核（写出元素符号）.已知、核的质量分别为m1、m2，产生新核的质量分别为m3、m4，则该核反应放出的核能为_______（已知真空中的光速为c）.

17．核能是一种高效的能源。

（1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（如图甲）。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是_____________（选填“铝”、“铅”或“混凝土”）

（2）图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，分析工作人员受到了_________（选填""、""或“”）射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了_____________（选填""、""或“”）射线的辐射。

18．［选修模块3-5］核电站所需的能量是由铀核裂变提供的，裂变过程中利用________ (填“石墨”或“镉棒”)吸收一定数量的中子，控制反应堆的反应速度.核反应堆产物发生β衰变产生反电子中微子(符号)，又观察到反电子中微子(不带电，质量数为零)诱发的反应: +→n+x，其中x代表_________(填“电子”或“正电子”).

19．完成铀核裂变方程：______，在核反应堆中石墨起________的作用，镉棒起________的作用．

三、综合题（共4题）

20．查阅资料，了解核废料的处理方法以及核废料处理的最新研究进展。

21．在核反应堆中，用什么方法控制核裂变的速度？

22．查找华人科学家在粒子物理领域的成果和事迹，写一篇文章，并与同学交流。

23．原子弹的构造和工作原理是怎样的？

参考答案：

1．D

2．A

3．D

4．A

5．C

6．A

7．C

8．A

9．D

10．B

11．C

12．D

13．A

14．C

15．D

16．     重核裂变     轻核聚变         

17．     混凝土         

18．     镉棒     正电子

19．          使快中子减速     吸收中子控制核反应速度

20．

1．玻璃固化法

玻璃固化法是将废料混入玻璃材料中制成一固化之产物，如：英国Harvest计划中研究的这种玻璃固化法核废料是在圆柱状容器内制成，在英国现行的容器尺寸为高3米，直径约0.5米，依目前的核能计划，约需72000个此类容器。

2．储存法

核废料掩埋法其实就像把食物放进仓库里一样，只不过他需要更精密的防护措施核能发电是利用核燃料分裂的热，产生蒸汽推动发电器风扇发电，而核分裂已减弱的燃料便必须丟弃，称为[核废料]，核废料因仍存在辐射，所以必须经过一连串严密的手续，像是送去减容中心，减少废料的体积等，而各核电厂都自备燃料池可储存40年的时间，时间到了，便必须送去储存厂，大约10年辐射已降低至无害，才可像一般垃圾处理。

3．海洋掩埋法

所谓的海洋掩埋法就是深海投掷法，就是将核废料永久弃置於深海底的意思，也就是海洋掩埋法利用水泥固化法将核废料储存在钢筒内，经过数年的暂时储放〈目前台湾存放在兰屿〉，等核废料中的放射性降到最低后，再投掷到深海或数千公尺海沟中，作永久性储存。

21．

在核反应堆中利用控制棒（镉棒或硼棒）来吸收中子，使中子的数目减少来控制核裂反应的速度。

22．

1958年，一个电话改变了黄旭华的一生。“电话里只说去北京出差，其他什么也没说。我简单收拾了一下行李就去了。”黄旭华说，他从上海到了北京才知道，国家要搞核潜艇。这是黄旭华人生的重要转折点，从此，他的一生与核潜艇结缘。

       在此4年前，美国建造的世界第一艘核潜艇首次试航，一年前，苏联第一艘核潜艇下水。核潜艇刚一问世，即被视为捍卫国家核心利益的“杀手锏”。1958年6月27日，聂荣臻元帅向中共中央呈送《关于开展研制导弹原子潜艇的报告》，得到毛泽东主席批准。这份绝密报告，拉开了中国研制核潜艇的序幕。然而，当时的中国要造核潜艇，谈何容易？1959年秋，赫鲁晓夫访华，中国领导人希望苏联帮助中国发展核潜艇，但赫鲁晓夫认为，核潜艇技术复杂，中国搞不了。对此，毛泽东誓言：“核潜艇，一万年也要搞出来！”“主席这句话，体现了中国人自己造核潜艇的决心。”黄旭华说，这种激励难以言表。然而，当时连核潜艇长什么样儿也不知道。“没办法，只能‘骑驴找马’，搜罗核潜艇相关信息，拼凑出核潜艇的轮廓。”黄旭华说，他们只得带着“三面镜子”找有用信息：用“放大镜”搜索相关资料，用“显微镜”审视相关内容，用“照妖镜”分辨真假虚实。就这样，中国核潜艇事业在一穷二白的基础上起步，在一波三折中发展。

       1964年10月，中国第一颗原子弹爆炸成功。原子弹上天，带来核潜艇下海的希望。5个月后，核潜艇研制工作全面启动。核潜艇总体研究设计所在葫芦岛成立，黄旭华开始了“荒岛求索”的人生。那是个特殊的年代。文革时期政治运动不断，白天养猪、修猪圈、接受批判，晚上黄旭华和同事们潜心于核潜艇事业。没有计算机计算核心数据，就用算盘和计算尺。为了控制核潜艇的总重和稳性，就用磅秤来称。黄旭华和同事们用最“土”的办法解决了尖端的技术问题，同时用创新的思维解决关键问题。核潜艇的形状是采用常规线型还是水滴线型，一度困扰着黄旭华和他的同事们。美国发展核潜艇分三步走，先是采用适合水面航行为主的常规线型，同时建造一艘常规动力水滴线型潜艇，摸索水滴型体的流体性能，在此基础上研制出先进的水滴型核潜艇。依据大量试验和科学论证，黄旭华提出，“三步并作一步走”，研制中国的水滴型核潜艇。“一个侦察兵已把最佳路线侦察出来，就没必要重走他侦察时的路线了。”黄旭华说。

     功夫不负有心人。黄旭华和同事们先后突破了核潜艇中最为关键和重大的核动力装置、水滴线型艇体、艇体结构、人工大气环境、水下通讯、惯性导航系统、发射装置7项技术，也就是“七朵金花”。

     1970年12月26日，中国第一艘攻击型核潜艇顺利下水。

   1974年8月1日，中国第一艘核潜艇被命名为“长征一号”，正式列入海军战斗序列。

   这是世界核潜艇史上罕见的速度：上马三年后开工，开工两年后下水，下水四年后正式入列。

       1981年4月，我国第一艘弹道导弹核潜艇成功下水。两年四个月后，交付海军训练使用，加入海军战斗序列。中国成为继美、苏、英、法之后世界上第五个拥有核潜艇的国家。

       核潜艇潜入深海，才能隐蔽自己，在第一次核打击后保存自己，进行第二次核报复，从而实现战略威慑。

       1988年4月29日，我国进行核潜艇首次深潜试验。数百米深的深潜试验，是最危险的试验。“核潜艇上一块扑克牌大小的铜板，深潜后承受的外压是1吨多。这么大的艇体，有一块钢板不合格、一条焊缝有问题、一个阀门封不严，都是艇毁人亡的结局！”深潜试验遭遇事故并不罕见。上世纪60年代，美国核潜艇“长尾鲨”号便在深潜试验时沉没，艇上一百多人全部遇难。对参试人员来说，这无疑是个巨大的心理考验。为增强参试人员信心，减小压力，这位64岁的总设计师做出惊人决定：亲自随核潜艇下潜。一小时、二小时、三小时，核潜艇不断向极限深度下潜。海水挤压着艇体，舱内不时发出“咔嗒、咔嗒”的巨大声响，直往参试人员的耳朵里钻。黄旭华全神贯注地观察并记录着各种数据。

       成功了！当核潜艇浮出水面时，现场的人群沸腾了。人们握手，拥抱，喜极而泣。

       1988年下半年，中国第一代弹道导弹核潜艇完成水下发射导弹试验，意味着中国真正具备了水下核反击能力。核潜艇横空出世，使我国从此摆脱了超级大国的核讹诈。

       深海，潜伏着中国核潜艇，也深藏着“核潜艇人”的功与名。

“为了工作上的保密，我整整30年没有回家。离家研制核潜艇时，我刚三十出头，等回家见到亲人时，已是六十多岁的白发老人了。”黄旭华说。

       苦干惊天动地事，甘做隐姓埋名人。黄旭华埋头苦干的人生，正是中国核潜艇人不懈奋斗的缩影，他们是骑鲸蹈海的“无名英雄”。

23．

原子弹的构造如图所示，主要由铀块、普通弹药、弹壳、中子反射层、引爆装置和稳定器等构成。铀引爆装置在弹壳里装着分开放置的高浓度的铀235，每块的体积稍小于临界体积，因此不会爆炸。铀块外面包着一层能够反射中子的物质（如铍），叫做中子反射层，以减小中子穿透出去的损失。当铀块后面的普通炸药爆炸时，火药气体就把分开放置的钠块压到一起，合在一起的铀块体积大大超过了临界体积，立刻发生链式反应而产生猛烈的爆炸。

这就是原子中子反射层弹壳稳定器弹爆炸的原理。