广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：5.3质能方程与相对论速度合成定理 课时训练（含解析）

5.3质能方程与相对论速度合成定理
1．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系.下列与原子核有关的说法正确的是
A．原子核的结合能越大,原子核就越稳定
B．由图可知,原子核D与E聚变成原子核F时,要吸收热量
C．A裂变时产生的γ射线能使某金属表面逸出光电子,则增大γ射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能
D．核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的
2．经典力学理论适用于解决(
　　)
A．宏观高速问题
B．微观低速问题
C．宏观低速问题
D．微观高速问题
3．如图所示，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放出能量
D．核裂变成核和核过程中，核子的平均质量增加
4．以下关于近代物理的叙述中，正确的是
A．β射线是电子流，是原子的外层电子受激发而辐射产生的
B．放射性元素的半衰期与外界的温度、压强、是否是化合态都有关
C．一群处于量子数为4能级的原子向各较低能级跃时可释放6种不同频率的光子
D．中子与质子结合成氘核时吸收能量
5．下列说法正确的是
A．中子和质子结合成氘核，若亏损的质量为，则需要吸收的能量
B．衰变中放出的射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子
D．发生光电效应时，人射光的光照强度越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
6．以下叙述正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．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
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小
D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能
7．关于经典力学，下列说法错误的是
A．由于相对论、量子力学的提出，经典力学已经被完全否定
B．经典力学可看作相对论、量子力学在一定条件下的特殊情形
C．经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用
D．经典力学对高速运动的微观粒子不适用
8．在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（
）
A．氢
B．镉
C．氧
D．水
9．下列说法正确的是
(?
?)
A．经过6次α衰变和4次β衰变后成为稳定的原子核
B．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
C．20个的原子核经过两个半衰期后剩下5个
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
10．关于自然界中的四种相互作用力的描述正确的是（
）
A．一切物体之间都存在着相互作用的吸引力
B．强相互作用存在于宏观物体之间
C．四种基本相互作用有可能是某种相互作用的不同表现方式
D．弹力、摩擦力都属于电磁力，而重力属于万有引力
11．下列说法中正确的有______
A．“康普顿效应”说明了光具有波动性
B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变
C．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢，原子核越稳定
12．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（
）
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．比结合越大，原子核越不稳定
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
13．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应产生一个核和一个粒子，其中氘核的质量为2.013
0
u，氦核的质量为3.015
0
u，中子的质量为1.008
7
u．(1
u＝931.5
MeV)，求：
(1)写出核反应方程；
(2)核反应中释放的核能；
(3)在两个氘核以相等的动能0.35
MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，反应中产生的粒子和氦核的动能．
参考答案
1．D
【解析】
A.原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关，故A错误；
B.原子核D和E聚变成原子核F，有质量亏损，释放核能，故B错误；
C.根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与光的强度无关，所以增大γ射线强度不能增大光电子逸出的最大初动能，故C错误；
D.根据α衰变的本质可知，核衰变时α射线时由核内2个质子与2个中子结合在一起从核中被抛射出来形成的，故D正确。
2．C
【解析】
试题分析：经典力学的局限性是宏观物体及低速运动．当达到高速时，经典力学就不在适用，C正确；
考点：考查了经典力学适用范围
3．C
【解析】
A.
比结合能是指把原子核内核子分开平均每个核子需要的能量，核的比结合能约为5
MeV，核的核子数为6，核的结合能约为30MeV，故A错误；
B.
比结合能越大，原子核越稳定，由图知，核比核的比结合能小，核更稳定，故B错误；
C.
两个核结合成核时有质量亏损，要放出能量，故C正确；
D.
核裂变成核和核过程中，有质量亏损，要释放能量，组成原子核的核子的平均质量会减小，故D错误。
4．C
【解析】
A.β射线是电子流，是从原子核内一个中子转化成一个质子而来的，故A项与题意不相符；
B.半衰期是元素本身的性质，与外界所有条件无关，故B项与题意不相符；
C.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，依据，能辐射出6种不同频率的光，故C项与题意相符；
D.
中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损，释放能量，故D项与题意不相符。
5．C
【解析】
A．核子结合成原子核的过程中存在质量亏损，该过程会释放能量，故选项A错误；
B．衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的，故选项B错误；
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子，故选项C正确；
D．光子的能量由光的频率决定，与光照强度无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能就越大，故选项D错误。
6．D
【解析】
A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能与频率有关，与光强无关.故选项A不符合题意.
B.放射性元素的半衰期是统计概念，需要对大量原子核才有意义.故选项B不符合题意.
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大.故选项C不符合题意.
D.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能.故选项D符合题意.
7．A
【解析】
相对论、量子力学的提出，没有否定经典力学，只是对力学的完善；经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观状态下的特殊情形，对于高速、微观的情形经典力学不适用，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力学。
A．描述与分析不符，故A符合题意
B．描述与分析相符，故B不符题意
C．描述与分析相符，故C不符题意
D．描述与分析相符，故D不符题意
8．D
【解析】
试题分析：在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂，D正确
考点：核反应堆
【名师点睛】了解核反应堆的原理及减速剂的作用；在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂。
9．AD
【解析】
A、每经过一次衰变，质量数减少4，质子数减少2，每经过一次衰变，质量数不变，质子数增加1，中子数减少1，经过6次衰变和4次衰变后，新核质量数为232?4×6=208，质子数为90?2×6+4=82，即为，故选项A正确；
B、卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故选项B错误；
C、半衰期具有统计意义，适用于大量原子核，对少数的原子核不适用，故选项C错误；
D、比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故选项D正确。
10．ACD
【解析】
A.只要有质量，一切物体之间都存在着相互作用的吸引力即万有引力，A正确；
B.强相互作用存在于微观物体之间，B错误；
C.许多物理学家认为四种基本相互作用可能是某种相互作用在不同条件的不同表现，就像电和磁是电磁相互作用的不同表现形式一样，C正确；
D.弹力、摩擦力都属于电磁力的范畴，重力属于万有引力，D正确．
11．BC
【解析】
A．康普顿效应说明光具有粒子性，A错误；
B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变，B正确；
C．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的，C正确；
D．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，D错误；
12．AB
【解析】
A.原子的结合能等于核子在结合成原子核的过程中释放的能量，也是把原子核分解成核子所需吸收的最小能量，A正确
B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确
C.比结合能越大，结合过程中核子平均释放能量越大，原子核越稳定，C错误
D.自由核子组成原子核时，根据爱因斯坦质能方程其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误
13．(1)＋→＋
(2)
2.14
MeV
(3)2.13
MeV　0.71
MeV
【解析】
(1)核反应方程为：＋→＋.
(2)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn
由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：
ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14
MeV
(3)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0；反应前后系统的总能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因为mHe∶mn＝3∶1，所以
vHe∶vn＝1∶3
由以上各式代入已知数据得：
EkHe＝0.71
MeV，Ekn＝2.13
MeV