5.3核力与核能 同步作业-2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册（Word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 同步作业（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＝1.0078 u和mα＝4.0026 u，1 u＝931 MeV/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．8 MeV B．16 MeV
C．26 MeV D．52 MeV
2．原子质量单位为u，1u相当于931.5MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是（　　）
A．（M－m1－m2）u×c2 B．（m1＋m2－M）u×931.5J
C．（m1＋m2－M）c2 D．（m1＋m2－M）×931.5eV
3．国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”，首次记录到能量达的伽马（射线）光子，这是人类观测到的最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”的时代。若该伽马光子为核反应产物，已知真空中光速为，则该核反应质量亏损约为（　　）
A． B．
C． D．
4．关于天然放射现象，以下叙述正确的是（　　）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B．有6个放射性元素的原子核，当有3个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期
C．在α、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子数不变但存在质量亏损
D．铀核（U）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变
5．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
6．2020年12月4日，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，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力
B．反应产物x为
C．x核的质量为
D．x的比结合能为
7．下列说法正确的是（　　）
A．铀核裂变的核反应方程式是
B．核反应方程式含中X是电子
C．衰变成要经过6次β衰变和6次α衰变
D．原子核的质量越小，比结合能就越小
8．下列说法正确的是（　　）
A．Th（钍）核衰变为Pa（镤）核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与粒子的总质量
B．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小
C．光电效应的实验结论是：对于某种金属，超过极限频率的入射光的频率越高，所产生的光电流就越强
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
9．某行星内部含有氦核（），在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核（）。已知1个质子的质量为，1个中子的质量为，1个氦核（）的质量为、1个碳核（）的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．转变为的核反应方程为
B．转变为的核反应中质量亏损为
C．碳核（）的比结合能为
D．的同位素中有6个中子，14个核子
10．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．一群处于能级的氢原子，向较低能级跃迁时最多只能放出两种频率的光子
C．γ射线的电离能力比α射线的强
D．β衰变所释放的电子来自原子核外的电子
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．放射性元素氡（）的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核（Po），设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1，m2，m3，下列说法正确的是（　　）
A．该过程的核反应方程是
B．发生一次核反应释放的核能为（m2+m3-m1）c2
C．4g氡经4T时间后，剩余氧原子的质量为1g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能大
13．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（　　）
A．盖革-米勒学计数器可以实现任何计数，但不能区分粒子的种类
B．气泡室可以科分析粒子的动量、能量及带电情况
C．核衰变中，光子是衰变后转变的新核辐射的
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收能量
14．一个静止的氡核，放出一个α粒子后衰变为钋核，该过程中，除放出能量为E=0.26MeV的光子外，其余的能量全部转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量。已知m氡=222.0866u、mα=4.0026u、m钋=218.0766u，1u相当于931.5MeV的能量，则（　　）
A．上述核反应方程为
B．上述核反应放出的能量为6.92MeV
C．钋核的动能为6.92MeV
D．α粒子的动能为0.12MeV
二、解答题
15．一个静止的铀核 （原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核Th（原子质量为228.0287u）。u为原子质量单位。
(1)写出核衰变反应方程式；
(2)该反应中的质量亏损；
(3)释放的核能。
16．太阳主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出两个正电子（）．已知光速c=3×m/s，氢核质量=1.6726×kg，氦核质量=6.6458×kg，正电子质量=0.91×10-30kg。则：
（1）请写出题中所述核聚变的核反应方程；
（2）求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（要求计算结果保留一位有效数字）
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）×931 MeV≈26.6 MeV
故选C。
2．C
【详解】
在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1u相当于931.5MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5MeV，则该题释放的能量为
ΔE＝Δmc2＝（m1＋m2－M）c2
故选C。
3．C
【详解】
根据爱因斯坦质能方程
即
解得
故C正确，ABD错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．半衰期由原子核本身决定，与温度无关，故A错误；
B．半衰期是针对大量原子核而言才具有的规律，故B错误；
C．在α、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子数不变，因为衰变释放能量，根据
可知，反应前后存在质量亏损，故C正确；
D．由质量数守恒知
经过8次α衰变，再由电荷数守恒知
可知经过6次β衰变，故D错误。
故选C。
5．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。
6．D
【详解】
A．要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，A错误；
B．.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为3，电荷数为2，所以反应产物x应为，B错误；
C．由爱因斯坦质能方程
得到
解得
C错误；
D．根据
解得
D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．铀核裂变的核反应方程式是
故A正确；
B． 核反应方程式
计算可得，为正电子，故B错误；
C．衰变成过程中，α衰变一次，质量数减少4，次数
β衰变次数
故C错误；
D．根据原子核的质量与比结合能的关系图象可知，中等质量的原子核的比结合能最大，故D错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．由质量数守恒可知，钍核衰变为镤核，衰变前Th核质量数等于衰变后Pa核与β粒子的质量数之和，但是衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量。故A错误；
B．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，库仑力对电子做正功，所以电子的动能增加，电势能减小，故B错误；
C．对于某种金属，超过极限频率的入射光的频率越高，根据光电效应方程可知，所产生的光子的初动能增大，光电流的强弱与入射光频率无直接关系。故C错误。
D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，选项D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．由质量数和电荷数守恒可得转变为的核反应方程为
故A错误；
B．转变为的核反应中质量亏损为
故B错误；
C．碳核的结合能为
则比结合能为，故C正确；
D．的同位素中有6个质子，8个中子，14个核子，故D错误。
故选C。
10．A
【详解】
A．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A正确；
B．一群处于能级的氢原子，向较低能级跃迁时最多只能放出种频率的光子,故B错误；
C．γ射线的穿透能力比α射线强，γ射线的电离能力比α射线弱，故C错误；
D．β衰变所释放的电子是原子核内一个中子变成一个质子和一个电子的过程中产生的，所以β衰变所释放的电子来自原子核内，故D错误。
故选A。
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．AD
【详解】
A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该过程的核反应方程是
选项A正确；
B．发生一次核反应释放的核能为（m1-m2-m3）c2，选项B错误；
C．4g氡经4T时间后，剩余氧原子的质量为，选项C错误；
D．因反应放出核能，则钋核的比结合能比氡核的比结合能大，选项D正确。
故选AD。
13．BC
【详解】
A．盖革-米勒计数器检测射线时能计数，但是同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔很短时，就不能计数了，也不可以区分射线种类，故A错误；
B．由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在碰场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故B正确；
C．核衰变中，光子是衰变后转变的新核辐射的，故C正确；
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，一定释放能量，故D错误。
故选BC。
14．AB
【详解】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒有
故A正确；
B．由质能方程可得
故B正确。
CD．设粒子、钋核的动能分别为、，动量分别为、，由能量守恒得
不计光子的动量，由动量守恒得
又
可得
联立解得
故CD错误。
故选AB。
15．(1)；(2)0.0059u；(3)5.5MeV
【详解】
(1)根据质量数守恒和核电荷数守恒可知核反应方程式为
(2)质量亏损为
(3)释放的核能为
16．（1）；（2）
【详解】
（1）聚变的核反应方程
（2）根据质能方程
代入数据可得