5.3核力与核反应方程 同步作业-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册（Word含答案）

5.3核力与核反应方程 同步作业（解析版）
一、选择题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的
C．射线有较强的穿透本领，在机场等地用其探测箱内物品进行安全检查
D．一个裂变释放的能量是，则该核反应中质量亏损均为
2．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正确的是（　　）
A．由图可知，原子核和结合成原子核时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核分裂成原子核和时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核分裂成原子核和时，放出的射线能使某金属板逸出光电子，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
3．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（　　）
A．衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
B．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
C．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克
D．比结合能越大的原子，其结合能就越大，原子核越稳定
4．一静止的衰变成为，并放出某种粒子。其中的比结合能为， 的比结合能为，则下列说法正确的是（　　）
A．放出的粒子为电子
B．比结合能小于比结合能
C．比结合能大于比结合能
D．该反应过程前后核子总质量相等
5．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，其电势能将减小
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．钋（）是氡（）的衰变产物之一，故钋（）的比结合能大于（）的比结合能
D．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
6．关于近代物理学，下列说法正确的是（　　）
A．如果用蓝光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应
B．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光
C．射线是高速运动的氦原子核，能够穿透几厘米厚的铅板
D．（钍）核衰变为（镤）核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与粒子的总质量
7．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．发生光电效应后，饱和光电流的大小与入射光的强度有关，入射光频率一定时，入射光越强饱和光电流越大
B．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释所有元素的原子光谱的特征
C．放射性元素的半衰期与该元素所处的环境温度有关，温度越高半衰期越短
D．铜66发生a衰变产生钴62，则钴62原子核的比结合能一定小于铜66原子核的比结合能
8．一静止原子核A衰变为2个静止原子核B和6个电子并释放热量E，其中A的核子比结合能为E1，B的比结合能比E2，释放时一个电子的初动能为E3，则下列说法正确的是（　　）
A．放出的B原子核为2n
B．E2－E1＝E3＋E
C．比结合能E1小于比结合能E2
D．该反应过程质量一定增加
9．电子的质量为me，一对正、负电子以一定的速度相碰湮灭后放出一对光子，c为光速，h为普朗克常量，以下说法中正确的是（　　）
A．这对光子的总能量等于
B．这对光子的总能量大于
C．光子的波长等于
D．光子的波长大于
10．中国是核电大国，到2020年1月，已经建成19座核电站，正在投入使用的有18座。其中田湾核电5号机组，作为我国核电建设领域2020年首台迈入装料状态的核电机组，于2020年7月9日，首次装料作业正式开始。核电站是利用核能发电的。如图所示，关于核能和结合能，以下说法正确的是（　　）
A．中等质量的原子核聚合成质量较大的原子核，会释放出能量
B．中等质量的原子核分裂成质量较小的原子核，会释放出能量
C．越稳定的原子核，比结合能越大，核子平均质量越小
D．结合能越小的原子核越稳定
11．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子，说明原子具有核式结构模型
B．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．一群氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光子
12．一个静止的铀核U（质量为232.037 2 u）放出一个α粒子（质量为4.002 6 u）后衰变成钍核Th（质量为228.028 7 u）。已知1 u相当于931 MeV的能量。下列说法正确的是（　　）
A．该核衰变反应方程为U→Th＋He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV
13．关于原子核，下列说法正确的是（　　）
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．一群处于n=3能级的氢原子，向较低能级跃迁时最多能放出3种频率的光
C．的半衰期是5天，100克经过10天后剩下的的质量为50克
D．β衰变所释放的电子来自原子核外的电子
14．关于近代物理学的结论中，下面叙述中正确的是　　
A．比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固
B．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C．一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个中子
D．的半衰期是5天，1000个经过10天后还剩下250个
15．如图是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知（　　）
A．将原子核A分解为原子核B和C可能吸收能量
B．将原子核D和E结合成原子核F可能吸收能量
C．将原子核A分解为原子核B和F一定释放能量
D．将原子核E和F结合成原子核C一定释放能量
二、解答题
16．某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么氡会经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康.原来静止的氡核（）发生一次衰变生成新核针（Po），并放出一个能量为Ea=0.09MeV的光子.已知放出的粒子动能为E0=5.55MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量，质量亏损1u释放的能量约为931.5MeV.
（1）写出衰变的核反应方程；
（2）求衰变过程中总的质量亏损.（保留三位有效数字）.
17．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为3∶4，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c。
（1）写出核反应方程；
（2）求氚核和α粒子的速度大小；
（3）若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。
参考答案
1．D
【详解】
A．光的偏振现象说明光是横波，故A错误；
B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是薄膜干涉形成的，故B错误；
C．X射线穿透物质的本领比γ射线弱，为了安全在机场等地用X射线探测箱内物品进行安全检查，故C错误；
D．由爱因斯坦质能方程
可得该核反应中质量亏损为
故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
A．由图像可知，和核子的平均质量大于核子的平均质量，原子核和结合成原子核时，核子总质量减小，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知要释放出核能故A错误；
B．由图像可知，的核子平均质量大于与核子的平均质量，原子核分裂成原子核和时会有质量亏损，要放出核能，故B正确；
C．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能是由入射光的频率决定的，与入射光的强度无关，增加射线强度，逸出的光电子的最大初动能不变，故C错误；
D．玻尔提出的原子模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．衰变所释放的电子实际上是原子核内的中子转变成质子时产生的，故A错误；
B．衰变为，设经过m次α衰变，n次β衰变，根据质量数和电荷数守恒，则有
，
求得
，
故B正确；
C．的半衰期是5天，根据半衰期的定义，可得100克经过10天后还剩下的质量为
故C错误；
D．比结合能越大的原子，原子核越稳定，但其结合能不一定越大，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】
A．由于衰变过程电荷数与质量数守恒
放出的是α粒子，故A错误；
BC．衰变过程释放能量，比结合能增大。故B正确，C错误；
D．释放能量，有质量亏损，所以核子总质量变小，故D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．氢原子吸收一个光子后，电子向高轨道跃迁，克服电场力做功，氢原子的电势能增大，故A错误；
B．查德威克发现了中子，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B错误；
C．钋（）是氡（）的衰变产物之一，则钋（）比氡（）稳定，所以钋（）的比结合能大于（）的比结合能，故C正确；
D．玻尔理论只能解释氢原子光谱规律，对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释其光谱现象，其局限性在于保留了经典粒子的观念，仍把电子的运动看作经典力学描述的轨道运动，故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．因为绿光的频率低于蓝光，所以蓝光照射可以发生光电效应不代表绿光也一定可以，故A错误；
B．根据排列组合，故B正确；
C．射线是高速运动的原子核，其穿透能力较弱，只能穿透薄纸片，C错误；
D．发生衰变的同时会发生质量亏损。释放出能量，故D错误。
故选B。
7．A
【详解】
A．发生光电效应后，饱和光电流的大小与入射光的强度有关，入射光频率一定时，入射光越强，则饱和光电流越大，选项A正确；
B．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够很好的解释氢原子光谱，但不能解释所有元素的原子光谱的特征，选项B错误；
C．放射性元素的半衰期与该元素所处的环境温度无关，选项C错误；
D．铜66发生a衰变产生钴62，则钴更加稳定，则钴62原子核的比结合能一定大于铜66原子核的比结合能，选项D错误。
故选A。
8．C
【详解】
A． 衰变为2个静止原子核B和6个电子，则有B和A的质量数关系
2m′=m
则有B和A的电荷数关系
2n′=n＋6
所以B的质量数
m′=
B的电荷数
n′=＋3
故B粒子为，故A错误；
B．A的结合能为，B的结合能为，根据能量守恒可得
故B错误；
C．核反应的过程中释放热量，可知比结合能E1小于比结合能E2，故C正确；
D．该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损．故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
AB．根据质能方程，则湮灭放出的能量为
E=2mec2
因反应前电子都有动能，则反应后生成的这对光子的总能量大于，选项A错误，B正确；
CD．由
解得
则CD错误。
故选B。
10．C
【详解】
AB．由比结合能的曲线图可知，曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的比结合能大，质量较大的重核和质量较小的轻核的比结合能都较小，所以中等质量的原子核聚合成质量较大的原子核，会吸收能量，同样的，中等质量的原子核分裂成质量较小的原子核，也会吸收能量，故AB错误；
CD．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，即原子核就越稳定，核子平均质量就越小，比结合能是原子核稳定程度的量度，而不是结合能越小的原子核越稳定，故C正确，D错误。
故选C。
11．B
【详解】
A．汤姆孙发现了电子，表明原子具有复杂结构，不能说明原子具有核式结构，A错误；
B．根据爱因斯坦质能方程知质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量，B正确；
C．半衰期具有统计规律，对大量原子核适用，C错误；
D．群氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，可以放出 种光子，D错误。
故选B。
12．A
【详解】
A．由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；
B．质量亏损，释放出
故B错误；
CD．由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即
所以钍核获得的动能
故CD错误。
故选A。
13．AB
【详解】
A．原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A正确；
B．由玻尔理论知氢原子的能量是不连续的，一群氢原子处于n=3的能级，最多只能放出频率的光子，故B正确；
C．设原来的质量为m0，衰变后剩余质量为m，则有：
g
即可知剩余质量的质量为25g，故C错误；
D．衰变所释放的电子是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子时产生的，故D错误．
故选AB．
14．ABC
【解析】
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A正确；衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，B正确；根据电荷数守恒和质量数守恒，一个氘核与一个氚核聚变生成一个氦核的同时，放出一个中子，C正确；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，D错误．
15．CD
【详解】
A．原子核A分解为原子核B和C，平均质量减小，产生质量亏损，根据可知核反应释放能量，A错误；
B．原子核D和E结合成原子核F，平均质量减小，释放能量，B错误；
C．原子核A分解为原子核B和F，平均质量减小，释放能量，C正确；
D．原子核E和F结合成原子核C，平均质量减小，释放能量，D正确。
故选CD。
16．（1）；（2）0.00616u
【详解】
（1）衰变方程为.
（2）忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律有0=pα+pPo，即新核钋（Po）的动量与α粒子的动量大小相等，
由
可得新核钋（Po）的动能为
由题意知，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、α粒子动能形式出现，衰变时释放的总能量为
ΔE=Eα+EPo+E0=Δm×931.5MeV
故衰变过程中总的质量亏损是
17．（1）；（2） ；（3）
【详解】
（1）由题意可知，核反应方程为
（2）设中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由题意得
解得
，
（3）氚核和α粒子的动能之和为
释放的核能为
由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为