2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册5.3核力与核能 同步练习（word版含答案）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
5.3核力与核能 同步练习（解析版）
一、选择题
1．太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2ν，已知H和He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u,1u＝931MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为（　　）
A．8MeV B．16MeV
C．26MeV D．52MeV
2．下列说法正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．电子束穿过铝箱后的行射图样说明电子具有波动性的
C．氡的半衰期是3.8天，100个氡原子经过3.8天后还剩50个
D．卢瑟福粒子散射实验，揭示了原子只能处于一系列不连续的能量状态中
3．下列关于原子物理知识的表述正确的是（　　）
A．是衰变
B．裂变产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大
C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子是可以再分的
D．放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态有关
4．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法错误的是（　　）
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．核电站中的核反应堆是利用核裂变的原理工作的
5．如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，该仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，已知车间采用放射性同位素作为放射源，通过衰变放出射线，半衰期为74天，适合透照钢板厚度，下列说法正确的是（　　）
A．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为
B．若有放射性同位素，经过222天有没有衰变
C．若已知钢板厚度标准为，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙
D．衰变时遵循能量守恒且生成物的质量等于反应物的质量
6．真空管中的电子在电压下被加速到高速，电子的质量增大到，已知电子的静止质量为，则此时的加速电压为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是，H的比结合能为1.09MeV，H的比结合能为2.78MeV，由此可知He的比结合能为（　　）
A．7.03MeV B．5.56MeV C．4.36MeV D．3.87MeV
8．大量存在于月壤中，是未来的清洁能源。已知两个聚变的核反应方程是，已知、和X粒子的质量分别为、和。下列说法正确的是（　 　）
A．核裂变比核聚变更为安全、清洁
B．X粒子为质子
C．两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减小
D．由核反应过程质量守恒可知
9．已知氘核的比结合能为1.1MeV，氦核的比结合能为7.1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时（　　）
A．释放出4.9MeV的能量 B．释放出6.0MeV的能量
C．释放出24.0MeV的能量 D．吸收4.9MeV的能量
10．下列说法中正确的是（　　）
A．根据玻尔理论，原子处于定态时，电子做变速运动，并向外辐射能量
B．根据玻尔理论，氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，核外电子的动能减少
C．原子核结合能越大，原子核越稳定
D．光子像其它粒子一样，不但具有能量，也具有动量
11．下列对于原子核的理解，正确的是（　　）
A．射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，已发生衰变的质量为
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是
12．原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．由图像可知，聚变释放能量，裂变吸收能量
B．核的平均核子质量比核的大
C．由图像可知，两个核结合成核会释放能量
D．轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量少
13．下列说法中正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，该原子核越稳定
B．原子核的核子数越多，该原子核的比结合能越大
C．光电效应现象说明了光具有粒子性
D．玻尔理论的局限性在于过多地保留了经典电磁理论
E.爱因斯坦为解释光电效应现象，提出了光的光子说
14．下列说法正确的是（　　）
A．有些物质在紫外线的照射下会发出荧光，是光电效应现象
B．汤姆孙发现了电子，使人们认识到原子可以再分
C．医院里的B超检查是利用了原子核发生变化时所释放的射线
D．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
15．云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性，放射性元素A的原子核静止放在匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比。下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素A原子核发生的是衰变
B．B核比A核更稳定
C．新原子核B的核电荷数为84
D．该反应过程中动量守恒，能量不守恒
二、实验题
16．一个铀235原子核俘获一个中子后，裂变为缸139和锶94，同时放出三个中子。
(1)写出核反应式并算出一个铀核在这次裂变中释放的核能；
(2)如果1kg铀完全裂变可释放多少能量？相当于多少热值为的煤完全燃烧放出的能量？（已知，，，）
17．一静止的核发生衰变后放出一个粒子变成核。已知核质量为m1，释放的粒子质量为m2，核质量为m3，光在真空中的传播速度为c、
（1）写出衰变方程
（2）如果放出的粒子的速度大小为v，求核的速度大小v′
（3）求此衰变过程中释放的总能量。
参考答案
1．C
【详解】
因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα，由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝（4×1.0078－4.0026）×931MeV≈26.6MeV
故选C。
2．B
【详解】
A．原子核的平均结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关，故A错误；
B．衍射、干涉、偏振等现象都是波动性特有的现象，电子束穿过铝箱后的行射图样，说明电子具有波动性，故B正确；
C．半衰期是一个统计规律，对大量原子核衰变成立，对少数原子核衰变不适用，故C错误；
D．卢瑟福粒子散射实验，揭示了原子的核式结构，而“原子只能处于一系列不连续的能量状态中”是玻尔的原子模型理论，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．是β衰变，故A错误；
B．裂变生成中等大小的原子核，则产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大，故B正确；
C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子核是可以再分的，故C错误；
D．放射性元素衰变的快慢跟原子核自身性质有关，与原子所处的化学状态无关，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量，A正确，不符合题意；
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，B正确，不符合题意；
C．光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C错误，符合题意；
D．由于核裂变成熟、可控，核电站中的核反应堆是利用核裂变的原理工作的，D正确，不符合题意。
故选C。
5．C
【详解】
A．衰变的实质是原子核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为
A错误；
B．若有放射性同位素，经过222天（3个半衰期）有没有衰变，B错误；
C．探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度増大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，C正确；
D．放射性同位素发生衰变时，因遵循能量守恒，放出能量后发生质量亏损，D错误。
故选C。
6．A
【详解】
设加速电压为U，由质能方程有
因此
故A正确，BCD错误，
故选A。
7．A
【详解】
设He的比结合能为，根据放能的核反应发生规律是：生成物释放的结合能与反应物吸收的结合能之差，有
解得
故选A。
8．B
【详解】
A．核聚变的最终产物氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，两个氦3聚变发生的核反应方程式为
故X粒子为质子，B正确；
C．比结合能越大原子核越稳定，2个氦核结合成氦核，会出现质量亏损，放出大量的能量，氦核比氦核要稳定，所以氦核的比结合能要比氦核的比结合能大，C错误；
D．核反应中会释放核能，释放的核能来源于核反应中的质量亏损，而亏损的质量为
因为
故
D错误。
故选B。
9．C
【详解】
根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为
由于氘核的比结合能为1.1MeV，氦核的比结合能为7.1MeV，故结合前氘核的结合能为E1=2×1.1MeV，结合后氦核的结合能为E2=4×7.1MeV，故
ΔE=2E1-E2=-24.0MeV
负号表示释放能量。
故选C。
10．D
【详解】
A．根据玻尔理论，原子处于定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，故A错误；
B．根据玻尔理论，氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子。设电子运动的轨道半径为r，速率为v，根据牛顿第二定律有
则电子的动能为
当氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，r减小，所以Ek增大，故B错误；
C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；
D．光子像其它粒子一样，不但具有能量，也具有动量，故D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．射线的电离最强，穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住，故A正确；
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故B错误；
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，还剩下
则已发生衰变的质量为，故C错误；
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，由爱因斯坦质能方程可知，释放的能量是
故D错误。
故选A。
12．BC
【详解】
A．由图像可知，轻核聚变后生成中等大小的核，比结合能变大，要释放能量，重核裂变生成中等大小的核，比结合能也变大，也要释放能量，A错误；
B．由图像可知，核的比结合能比核的小，则核的平均核子质量比核的大，B正确；
C．由图像可知，两个比结合能小的核结合成比结合能大的 核会释放能量，C正确；
D．轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量多，D错误。
故选C。
13．CDE
【详解】
A．原子核的比结合能越大，该原子核越稳定，选项A错误；
B．中等大小的原子核，比结合能最大，原子核结合得越牢固，故B错误。
C．光电效应现象说明光具有粒子性，故C正确。
D．玻尔理论的局限性在于过多地保留了经典电磁理论，故D正确。
E．爱因斯坦为解释光电效应现象，提出了光的光子说，故E正确。
故选CDE。
14．BD
【详解】
A．有些物质在紫外线的照射下产生出荧光，是荧光效应，不是光电效应，A错误；
B．汤姆孙发现了电子，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小的多，说明电子是原子的组成部分，使人们认识到原子可以再分，B正确；
C．B超检查是利用了超声波原理，C错误；
D．比结合能的大小反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定，D正确。
故选BD
15．ABC
【详解】
A．衰变中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反。由题图知粒子轨迹为外切圆，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，故发生的是衰变，故A正确；
BC．根据
由于B核、A核动量大小相等。B核轨迹的半径较小，有
根据元素周期表，可知B核为钋核，由原子核的比结合能曲线知，钋核的比结合能大于氦核的比结合能，故B核比A核更稳定，故BC正确；
D．核反应过程中，遵循动量守恒，能量守恒，故D错误。
故选ABC。
16．(1)；(2)，
【详解】
(1)核反应式为
反应中的质量亏损为
所以一个铀核裂变释放的核能为
(2)1kg铀中含有的铀核数为
（个）
所以1kg铀完全裂变共释放的能量为
相当于煤的质量数为
17．（1）（2）v；（3）（m1-m2-m3）c2
【详解】
（1）衰变方程
（2）钚核发生衰变后放出一个α粒子的过程中，系统动量守恒，以铀核的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：
m3v′-m2v=0
解得
v′=v
（3）质量亏损
Δm=m1-m2-m3
根据爱因斯坦质能方程得释放的总能量
ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2