2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——現(xiàn)代物理學(xué)中的核反應(yīng)及應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.在核反應(yīng)過程中，如果反應(yīng)產(chǎn)物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量，則該反應(yīng)必然釋放能量。這主要得益于（）。A.核力的作用B.電荷守恒定律C.質(zhì)能方程E=mc2D.動(dòng)量守恒定律2.以下哪個(gè)物理量在核反應(yīng)前后是守恒的？（）A.電荷數(shù)B.總能量（不包括反應(yīng)中釋放的能量）C.總動(dòng)量D.核子數(shù)（質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和）3.一個(gè)中子轟擊鈾-235核，可能發(fā)生的核反應(yīng)類型是（）。A.僅僅彈性散射B.僅僅非彈性散射C.誘發(fā)裂變D.誘發(fā)衰變4.核電站利用核能的主要方式是（）。A.核聚變反應(yīng)B.放射性同位素衰變發(fā)熱C.核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)D.核衰變引起的能量釋放5.在核反應(yīng)方程?2U+1?n→??Kr+1?Xe+aY中，aY代表的是（）。A.中子B.質(zhì)子C.α粒子D.β粒子6.下列哪個(gè)過程是自然界中主要的質(zhì)子數(shù)增加過程？（）A.β?衰變B.β?衰變C.α衰變D.核聚變7.能夠探測(cè)到α粒子、β粒子、γ射線等輻射，并且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的核輻射探測(cè)器是（）。A.閃爍探測(cè)器B.半導(dǎo)體探測(cè)器C.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器D.云室8.使重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的核，同時(shí)釋放出巨大能量的過程稱為（）。A.核聚變B.核裂變C.核衰變D.核合成9.在恒星的內(nèi)部，產(chǎn)生能量的主要過程是（）。A.主要是電子俘獲B.主要是α衰變C.主要是核聚變反應(yīng)D.主要是β?衰變10.以下哪項(xiàng)技術(shù)利用了放射性同位素的衰變率與時(shí)間成比例的特性？（）A.核磁共振成像B.放射性示蹤技術(shù)C.粒子加速器D.X射線衍射二、填空題（請(qǐng)將答案填在題中的橫線上。每空2分，共20分）1.核反應(yīng)過程中，反應(yīng)前后______數(shù)和______數(shù)是守恒的。2.一個(gè)鈾-238核經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，最終變成鉛-206核。在這個(gè)過程中，共發(fā)生了______次α衰變和______次β衰變。3.核反應(yīng)的閾能是指入射粒子必須具有的最低能量，才能使______反應(yīng)發(fā)生。4.核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要能夠持續(xù)進(jìn)行，必須滿足______條件。5.利用人工方法使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程稱為______。6.在核反應(yīng)堆中，為了控制中子通量，通常使用______材料，它吸收中子的能力較強(qiáng)。7.γ射線是______的一種，具有很強(qiáng)的穿透能力。8.根據(jù)核力性質(zhì)，核力是短程力，作用范圍大約在______范圍內(nèi)，且為______力。9.天然放射性元素衰變的速度由其本身的______決定，與外界條件無關(guān)。10.核聚變反應(yīng)釋放的能量比核裂變反應(yīng)釋放的能量______（填“更多”或“更少”）。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述核反應(yīng)方程需要遵循的基本守恒定律。2.與核裂變相比，核聚變有哪些主要的優(yōu)點(diǎn)？3.簡(jiǎn)要說明蓋革-米勒計(jì)數(shù)器的工作原理。4.為什么說核能的開發(fā)和利用是一把“雙刃劍”？四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟。每小題8分，共16分）1.在核反應(yīng)23?U+1?n→21?Po+12C+X中，求未知粒子X的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)，并判斷X是什么粒子。2.已知鈾-235的半衰期為約7.04×10?年，如果當(dāng)前從某礦石中測(cè)得鈾-235與鉛-206的質(zhì)量之比為1:3.8，估算該礦石的地質(zhì)年代。（假設(shè)初始礦石只含鈾-235，忽略其他放射性同位素的影響）五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行較為全面的闡述。共14分）結(jié)合核裂變和核聚變的特點(diǎn)，討論發(fā)展核能技術(shù)所面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)和社會(huì)倫理問題。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.D6.B7.C8.B9.C10.B二、填空題1.質(zhì)子；中子2.8；63.能使核反應(yīng)發(fā)生4.臨界5.人工核反應(yīng)6.控制棒7.原子核躍遷釋放的能量8.1.2×10?1?m；核9.半衰期10.更多三、簡(jiǎn)答題1.核反應(yīng)方程需要遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒定律。反應(yīng)前后的總電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）相等，總質(zhì)量數(shù)（核子數(shù)）相等。2.核聚變的主要優(yōu)點(diǎn)是：原料（氘、氚）來源廣泛且易獲??；單位質(zhì)量核燃料釋放的能量遠(yuǎn)高于核裂變；反應(yīng)產(chǎn)物主要是穩(wěn)定的氦核，放射性廢料較少，對(duì)環(huán)境危害較小。3.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器的工作原理基于氣體放大效應(yīng)。當(dāng)帶電粒子穿過計(jì)數(shù)器管內(nèi)的惰性氣體時(shí)，會(huì)使其電離。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，初始電離產(chǎn)生的電子和正離子分別被電極吸引，形成初級(jí)電離。它們到達(dá)電極時(shí)獲得動(dòng)能并與氣體分子碰撞，產(chǎn)生次級(jí)電離，如此反復(fù)，形成雪崩效應(yīng)（電離倍增），產(chǎn)生足夠大的電流脈沖，觸發(fā)計(jì)數(shù)電路，從而記錄粒子。4.核能開發(fā)與利用是一把“雙刃劍”，因?yàn)橐环矫嫠芴峁┚薮笄蚁鄬?duì)清潔的能源，有助于緩解能源危機(jī)和減少溫室氣體排放；另一方面，核裂變會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)壽命放射性廢料，其處理和儲(chǔ)存存在長(zhǎng)期環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；核燃料（特別是鈾）的開采和enriching過程可能涉及軍事用途和擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)；核事故（如切爾諾貝利、福島）一旦發(fā)生，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境污染。四、計(jì)算題1.解：根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒：質(zhì)量數(shù)：238+10=210+12+A(X)=>A(X)=238+10-210-12=26電荷數(shù)：92+0=84+6+Z(X)=>Z(X)=92+0-84-6=2未知粒子X的質(zhì)量數(shù)為26，電荷數(shù)為2，為氦核（α粒子），符號(hào)為2?He或??He。2.解：設(shè)礦石初始時(shí)刻鈾-235的質(zhì)量為N?，當(dāng)前質(zhì)量為N，鉛-206的質(zhì)量為M。根據(jù)半衰期公式N=N?*(1/2)^(t/T?/?)，其中t為時(shí)間，T?/?為半衰期。鈾-235衰變產(chǎn)生的鉛-206的質(zhì)量M=N?-N。已知N/M=1/3.8，即N=M/3.8。代入半衰期公式：(M/3.8)=N?*(1/2)^(t/T?/?)。當(dāng)前鈾-235的質(zhì)量N=N?*(1/2)^(t/T?/?)。聯(lián)立兩式：(M/3.8)=N?*(1/2)^(t/T?/?)=(M+N?)*(1/2)^(t/T?/?)。N?=M+N?-M/3.8=(3.8N?-M)/3.8。M/(N?-M)=3.8。t=T?/?*ln(N?/N)=T?/?*ln((M+N)/N)=T?/?*ln((M/N)+1)。t=T?/?*ln(3.8+1)=T?/?*ln(4.8)。t≈7.04×10?年*ln(4.8)≈7.04×10?年*1.5686≈1.10×10?年。估算該礦石的地質(zhì)年代約為1.10×10?年。五、論述題發(fā)展核能技術(shù)面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)包括：如何提高核聚變反應(yīng)的效率和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的等離子體約束；如何進(jìn)一步提高核裂變反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性、安全性和固有安全性；如何開發(fā)高效、廉價(jià)的核燃料后處理和放射性廢物安全處置技術(shù)；如何精確測(cè)量和預(yù)測(cè)核反應(yīng)截面等核數(shù)據(jù)。面臨的主要社會(huì)倫