2019-2020学年粤教版选修3-4 5.3质能方程与相对论速度合成定理 达标作业（解析版)

5.3质能方程与相对论速度合成定理
达标作业（解析版)
1．如图，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，下列说法中正确的是（　　）
A．核的结合能约为15MeV
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时要吸收能量
D．核裂变成和核过程中，核子的平均质量增加
2．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关
B．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩钍
C．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
D．放射同位素经、衰变会生成，其中经过了3次衰变和2次衰变
3．下列说法中正确的是(　　)
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，新核的质量一定等于原核的质量，不可能出现质量亏损
4．下列说法正确的是
A．光子的能量由光的频率所决定
B．结合能越大的原子核越稳定
C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子动能减小，电势能增大，原子的总能量减小
5．关于原子核，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B．镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说100个镭226核经过1620年的一定还剩下50个镭226没有发生衰变
C．是核裂变
D．在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的
6．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福粒子散射实验证明了汤姆孙的“西瓜模型”的正确性
B．贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构
C．比结合能越大的原子核，核子的平均质量也越大
D．康普顿效应说明光具有波动性
7．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核裂变
8．2019年春节期间上映的科幻大片《流浪地球》，很受欢迎，影片中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”通过燃烧石头获得能量，所谓”重元素核聚变”指的是两个比较重（相对氘，氚）的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程。影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅（Si）聚变生成铁（Fe），结合下比结合能图，下列说法正确的是（ ）
A．结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量
B．比结合能越大，原子核越稳定
C．Si的比结合能比Fe的比结合能大
D．已知硅核质量，可以算出硅核的结合能
9．关于原子核的结合能，下列说法不正确的是(　　)
A．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
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．比结合能越大，原子核越不稳定
D．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核( Pb)的结合能
10．下列说法中不正确的是
A．伽利略的理想斜面实验运用了实验和逻辑推理相结合的科学研究方法
B．“合力”、“交流电的有效值”用的是“等效替代”的科学研究方法
C．发生光电效应时，同一频率的入射光越强，光电子的最大初动能越大
D．已知中子质量、质子质量和氘核质量，则可以计算氘核的比结合能
11．铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核，已知铍核Be质量为9.012 190 u，α粒子质量为4.002 600 u，中子质量为1.008 665 u.
(1)写出核反应方程；
(2)算出释放的能量． 1u相当于931.5Mev的能量，1u等于一个碳12原子核的质量的十二分之一
12．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为，氦核质量为，正电子质量为，计算结果保留两位小数，1u相当于931.5MeV的能量 。
（1）写出这个核反应方程；
（2）这一核反应能释放多少能量？
13．我国科学家因中微子项目研究获2016基础物理学突破奖．中微子是一种静止质量很小的不带电粒子，科学家在1953年找到了中微子存在的直接证据：把含氢物质置于预计有很强反中微子流（反中微子用表示）的反应堆内，将会发生如下反应 ，实验找到了与此反应相符的中子和正电子．若反中微子能量是E0，则反中微子质量=______________，该物质波的频率v =______________．（普朗克常量为h，真空中光速为c）
14．某核反应方程为H＋H―→He＋X.已知H的质量为2.0136 u， H的质量为3.0180 u， He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则X是________，该反应________(选填“吸收”或“释放”)能量________________ MeV（取3位有效数字）．（1 u相当于931. 5 MeV的能量）
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
Li的平均结合能是5.3MeV，把一个锂核分解成6个自由核子要消耗能量，即结合能：E耗=5.3×6MeV=31.8MeV．故A错误；比结合能越大越稳定，如果所示，核比结合能比核比结合能大，所以核比核更稳定。故B正确；两个 核结合成核时有质量亏损，要释放能量。故C错误；核裂变成和 核过程中，会出现质量亏损，核子的平均质量减小。故D错误。
2．D
【解析】
【详解】
一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩，故B错误；比结合能越大，原子核越稳定，越牢固，故C错误；钍衰变成氡，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D正确。
3．C
【解析】
【详解】
γ射线是电磁波，α射线不是电磁波，选项A错误；β射线为原子核内的中子转化为质子时放出的负电子形成的电子流，选项B错误；用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期，选项C正确；在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故D错误。
4．A
【解析】
【详解】
根据光子能量计算公式 可知其能量由光子频率决定，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，故B错误；半衰期是大量原子衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，故C错误；按玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，故D错误；故选A
5．D
【解析】
【详解】
原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，故A错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，故B错误；核反应是β衰变方程，选项C错误；在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项D正确.
6．B
【解析】
【详解】
卢瑟福粒子散射实验得出了原子的核式结构理论，从而证明了汤姆孙的“西瓜模型”是错误的，选项A错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构，选项B正确；根据核子平均质量曲线与比结合能曲线可知比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小，故C错误；康普顿效应说明光具有粒子性，选项D错误.
7．B
【解析】
【详解】
甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构理论，选项A错误；乙图表明，随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较小的方向移动，选项B正确；丙图中，由左手定则可知，射线丙由电子组成，射线乙为γ射线为电磁波，射线甲由α粒子组成，选项C错误；丁图中，链式反应属于重核裂变，选项D错误.
8．B
【解析】
【详解】
原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能，故A错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。故B正确；Fe比Si稳定，Si的比结合能比Fe的比结合能小。故C错误；只知道硅核质量，不足以算出硅核的结合能。故D错误。
9．C
【解析】
【详解】
根据定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以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A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，因反应放出能量，则衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；铯原子核（Cs）的比结合能与铅原子核（Pb）的比结合能差不大大，而铯原子核（Cs）的核子小于铅原子核（Pb）的核子，所以铯原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）的结合能。故D正确；此题选择不正确的选项，故选C.
10．C
【解析】
【详解】
A、伽利略的“理想斜面实验”是建立在可靠的事实基础之上的，它来源于实践，而又高于实践，创造了实验与逻辑推理相结合的科学研究方法；故A正确.
B、“合力”、“交流电的有效值”用的是“等效替代”的科学研究方法；故B正确.
C、根据光电效应方程：，可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关，同一频率的入射光，光电子的最大初动能相同；故C错误.
D、根据质能方程，已知中子质量、质子质量和氘核质量，则氘核的结合能：，氘核有两个核子，所以比结合能为:;故D正确.
本题选择不正确的故选C.
11．(1) Be＋He→C＋n；　(2)5.71 MeV；
【解析】(1)核反应方程式： Be＋He→C＋n.
(2)由题意得质量亏损Δm＝(9.012 190 u＋4.002 600 u)－(12.000 00 u＋1.008 665 u)＝0.006 125 u．由ΔE＝Δm×931.5 MeV得：释放的能量：ΔE＝0.006 125×931.5 MeV≈5.7 MeV.
12．（1） （2）24.78 MeV
【解析】试题分析：核反应过程质量数与核电荷数守恒，根据质量数与核电荷数守恒写出核反应方程式；求出质量亏损，然后应用质能方程求出释放的能量。
（1）由题意可得核反应方程为
（2）核反应质量亏损为：Δm=4mH-mHe-2me
解得：Δm＝0.0266u
质能方程：ΔE＝Δmc2
得释放能量：ΔE＝0.0266×931.5MeV≈24.78 MeV
点睛：本题主要考查了写核反应方程式、求核反应释放的能量、求质量等问题；核反应过程质量数与核电荷数守恒，据此可以写出核反应方程式；应用爱因斯坦的质能方程可以解题。
13．
【解析】
反中微子能量是，根据爱因斯坦质能方程，有：；解得：；
根据普朗克能量子方程，有，解得；
14． 中子 释放 18.9
【解析】核反应方程为，根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0．所以X是中子；反应前质量为2.0136u+3.018u=5.0316u，反应后质量为4.0026u+1.0087u=5.0113u，反应过程质量亏损为，反应过程释放的能量．