惠阳区第三中学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 课时练（含解析）

5.3质能方程与相对论速度合成定理
1．典型的铀核裂变时生成钡和氮，同时放出x个中子：，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4，下列说法正确的是（
）
A．该核反应类型属于人工转变
B．该反应放出能量（m1－2m2－m3－m4）c2
C．x的值是2
D．该核反应比聚变反应对环境的污染少
2．当两个中子和两个质子结合成一个粒子时，放出的能量，当三个粒子结合成一个碳核时，放出的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为（
）
A．
B．
C．
D．
3．关于重核裂变，下列说法正确的是（
）
A．重核裂变成中等核要吸收能量
B．中子进入铀块中时，一定能发生链式反应
C．重核裂变过程中质量数减少
D．较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出核能
4．下列说法中正确的是（
）
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由可知物体的能量与其质量之间的关系
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成了能量
D．因为核反应中能产生能量，且有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
5．关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中不正确的是（
）
A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功
B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功
C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量
D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大
6．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是（
）
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害
C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大
D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的
7．下列说法正确的是（
）
A．方程式是重核裂变反应方程
B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量小于该原子核的结合能
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．核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力
8．下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有（
）
A．结合能是核子结合成原子核时放出能量
B．结合能是原子核拆解成核子时要吸收能量
C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
9．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出光子，核反应方程是，以下说法中正确的是（
）
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．光子的能量为，为反应中的质量亏损，为光在真空中的速度
D．因存在质量亏损，所以“物质不灭”的说法不正确
10．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
235.0439
1.0087
138.9178
93.9154
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位为单位），已知的质量对应的能量为，此裂变反应释放出的能量是______。
11．已知质子的质量是、中子的质量也是，氢原子的质量是，碳原子的质量是，12个核子结合成碳核时，质量亏损是多少，碳原子核的比结合能是多少？
12．的质量是，质子的质量是，中子的质量是。则：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
（3）如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？
13．一个粒子轰击硼（）核变成碳14和一个未知粒子，并放出的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。（）
参考答案
1．B
【解析】
A.该核反应是核裂变，可以自发进行，不是人工控制的，故A不符合题意；
B.根据质量数守恒，有：235＋1=144＋89＋x。解得x=3，根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为
ΔE=Δmc2=（m1＋m2－m3－m4－3m2）c2=（m1－m3－m4－2m2）c2
B符合题意，C不符合题意；
D.该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，D不符合题意.
2．C
【解析】
设中子的质量为，质子的质量为，α粒子的质量为，碳原子核的质量为，根据质能方程
由各式解得
A.
当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为，与计算结果不一致，故选项A不合题意；
B.
当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为，与计算结果不一致，故选项B不合题意；
C.
当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为，与计算结果一致，故选项C符合题意；
D.
当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为，与计算结果不一致，故选项D不合题意；
3．D
【解析】
AD.中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定。如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量，由此知A不符合题意，D符合题意。
B.当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，B不符合题意。
C.核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，C不符合题意。
4．B
【解析】
AB.质能方程说明了能量和质量间存在正比的关系，并不是说明了质量和能量存在相互转化的关系，A错误，B正确
C.核反应过程中质量没有消失，只是由静止的质量变成运动的质量，
C错误
D.在核反应中，系统的总能量和总质量也是守恒的，只是在核反应前后能量存在的形式不同，总能量不变，在核反应前后物质由静质量变为了动质量，D错误
5．D
【解析】
AB.原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功；当自由核子结合成原子核时，核力将做正功，释放能量，故A、B正确；
CD.对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能；不同原子核的平均结合能不同；重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小，C正确，D错误。
6．ABD
【解析】
A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A符合题意；
BD.日本后来向反应堆灌注海水，大量被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D符合题意；
C.因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C不符合题意；
7．CD
【解析】
A.方程式的反应物只有一个，生成物有，属于α衰变，选项A不符合题意；
B.自由核子组成原子核时，其质量亏损等于原子核的结合能，选项B不符合题意；
C.β衰变所释放的电子不是来源于原子核外面的电子，而是原子核内的中子转化成质子时所产生的（），选项C符合题意；
D.相邻的质子与质子、中子与质子、中子与中子既不会融合在一起（斥力），又相距一定距离组成原子核（引力），选项D符合题意；
8．AB
【解析】
AB.结合能是核子结合成原子核时放出能量，也是原子核拆解成核子时吸收能量，A、B正确；CD.比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，C、D选项错误。
9．AC
【解析】
AB.核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，故A正确，B错误；
C.能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，根据爱因斯坦质能方程可知，光子的能量为，为反应中的质量亏损，为光在真空中的速度，故C正确；
D.
尽管存在质量亏损，但核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，所以“物质不灭”的说法仍是正确的，故D错误。
10．
【解析】
[1].此裂变反应的质量亏损为：
由1u的质量对应的能量为
11．0.098940u；7.68MeV
【解析】
12个核子结合成碳核时的质量亏损，相当于6个氢原子与6个中子结合碳原子的质量亏损
碳原子核的比结合能为
12．（1）释放核能；7.97MeV（2）7.97MeV；2.66MeV（3）1.92×1021Hz
【解析】
（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是，
反应前各核子总质量为:
反应后新核的质量为:
质量亏损为
因反应的的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应。
释放的核能为
（2）氚核的结合能即为
它的比结合能为MeV
（3）放出光子的频率为
。
13．
1.3×10－30kg
【解析】
根据质量数守恒和核电荷数守恒可得
由ΔE=Δmc2可知，
=1.3×10－30kg。