广州市白云中学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 同步练习（含解析）

5.3质能方程与相对论速度合成定理
1．我国自主研发的钍基熔盐堆是瞄准未来20?30年后核能产业发展需求的第四代核反应堆，是一种液态燃料堆，使用钍铀核燃料循环，以氟化盐为冷却剂，将天然核燃料和可转化核燃料熔融于高温氟化盐中，携带核燃料在反应堆内部和外部进行循环.钍232不能直接使用，需要俘获一个中子后经过2次p衰变转化成铀233再使用，铀233的一种典型裂变方程是。己知铀233的结合能为E1、钡142的结合能为E2、氪89的结合能为E3，则
A．铀233比钍232多一个中子
B．铀233、钡142、氪89三个核中铀233的结合能最大，比结合能也最大
C．铀233、钡142、氪89三个核中氪89的结合能最小，比结合能却最大
D．铀233的裂变反应释放的能量为
2．下列说法中正确的是（　）
A．氢原子由高能级跃迁到低能级时，电子的动能增加，原子的电势能减少，总能量不变
B．原子核的平均结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．天然放射现象中的β射线实际是高速电子流，穿透能力比α粒子强
D．放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
3．下列关于经典力学和相对论的说法，正确的是(　
　)
A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的
C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系
D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例
4．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是
A．氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小
B．重核的裂变反应方程可以有
C．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线
D．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件有关
5．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．原子核A分裂成原子核B和C时质量增加
B．原子核A的比结合能比原子核C的比结合能大
C．原子核D和E结合成原子核F一定释放能量
D．原子核A的结合能一定比原子核C的结合能小
6．下列说法正确的是
A．原子核是否稳定，与原子核的结合能大小无关
B．放射性元素衰变快慢，与温度高低、压强大小无关
C．铀核（)裂变一旦发生就能自动延续下去，与铀块体积大小无关
D．原子核只要发生衰变，产生的新核核子数一定减少，与它发生何种衰变无关
7．对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是(　　)
A．有的原子核没有结合能
B．自由核子结合为原子核时，要释放能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．比结合能越大的原子核越稳定
8．根据《中国核电中长期发展规划》，到2020年，全国在运核电规划装机容量达到5800万千瓦。关于核反应和核能下列说法正确的是
A．所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量
B．核反应属于α衰变
C．钚的半衰期为24100年，8个钚原子经过24100年后还一定剩余4个
D．裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度
9．科幻大片《流浪地球》影片中的行星发动机为“聚变发动机”，通过燃烧石头获得能量，其燃烧石头指的是石头里的原子核聚变生成原子核.原子核的比结合能（即平均结合能）曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是（　　）
A．核比核更稳定
B．核的结合能约为28MeV
C．核的比结合能比核大
D．核聚变生成核的过程要释放能量
10．下列说法正确的有（　　）
A．氢原子光谱说明氢原子的能量是不连续的
B．比结合能越小的原子核，其中的核子结合得越牢固
C．根据德布罗意的“光子说”可知，光的频率越大，光子的能量越大
D．原子从低能级向高能级跃迁，可通过吸收相应频率的光子来实现
11．当物体的速度v＝0．9c（c为光速）时，物体的质量增大到原质量的________倍．
12．2019年4月据中国核工业集团有限公司公布的消息，中国“人造太阳”环流器二号M（HL一2M）装置将于今年建成，其科研目标是探索可控核聚变研究，实现“人造太阳”的人类终极能源追求。核反应方程为。已知氘核质量为2.
0136u，氦核质量为3.
0150u，X质量为1.
0087u，1u的质量相当于931.
5MeV的能量，则：
（1）将核反应方程补充完整___________；
（2）求核反应中释放的核能___________（最后结果保留三位有效数字）
13．静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn．已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子质量为4.0026u．
（1）写出核反应方程；
（2）求镭核衰变放出的能量；
（3）若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能．
参考答案
1．C
【解析】
铀233
中含有的中子数为：233-92=141，钍232中的中子数为：232-90=142，可知铀233
比钍232少一个中子，A错误；中等大小的核最稳定，比结合能最大，B错误C正确；由于该核反应的过程中释放核能，所以裂变后的新核的结合能大于原来的结合能，所以铀233的裂变反应释放的能量为，D错误．
2．C
【解析】
电子绕原子核做圆周运动时由库伦力提供向心力故有，则电子的动能，电子由高能级跃迁到较低能级时轨道半径减小，故电子的动能增大，当电子由较高能级向较低能级跃迁时，库伦力对电子做正功，电势能减小，总能量减少。故A错误；原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；天然放射现象中的β射线实际是高速电子流，穿透能力比α粒子强，故C正确；放射性元素的半衰期是由原子核内的结构决定的，与温度或压强无关，故D错误。
故本题选C.
3．D
【解析】
经典力学和相对论应用条件不同，没有矛盾，D对；
4．C
【解析】
A.一个氢原子放出光子，原子能量减小，根据，得：，电子的动能增大，电势能减小，故A错误；
B.重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程有：．故B错误；
C.三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故C正确；
D.
天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故D错误；
5．C
【解析】
A.A核裂变成B和C的反应过程中核子的平均质量减小，即出现质量亏损，故A错误；
B.原子核A比原子核C的核子平均质量大，原子核C比原子核A更稳定，故原子核A的比结合能比原子核C的比结合能小，故B错误；
C.核反应过程中核子平均质量减小，出现质量亏损，释放能量，故C正确；
D.原子核A的原子序数大于原子核C的原子序数，即原子核A的结合能大于原子核C的结合能，故D错误.
6．AB
【解析】
A.原子核是否稳定，与原子核的比结合能有关，与结合能无关，故选项A符合题意；
B.放射性元素衰变快慢，由元素本身的性质决定，与物理状态无关，故选项B符合题意；
C.铀核()裂变即使发生了，如果铀块体积小于临界体积，则核反应不能持续下去，故选项C不符合题意；
D.发生衰变，产生的新核的核子数不变，故选项D不符合题意。
7．BD
【解析】
AB．自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量，该能量为结合能；反之，将原子核分开为自由核子需要赋予它相应的能量，该能量等于结合能．故A不符合题意，B符合题意；
CD．将原子核分开为自由核子需要赋予它相应的能量，该能量等于结合能；结合能与核子数的比值叫比结合能，比结合能大小反映了原子核的稳定性；结合能大的，比结合能不一定大，故C不符合题意，D符合题意。
8．BD
【解析】
A．不是的所有的核反应都有质量亏损，例如弹性散射就没有质量亏损，而常见的核反应例如天然放射现象、核裂变、核聚变等只要存在能量的释放，那么就意味着体系发生了质量亏损。A错误
B．α衰变是指衰变产生α粒子，B正确
C．经过一个半衰期未发生衰变的质量为原来的一半，遵循统计规律，不是原子数目减为原来的一半，C错误
D．裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，D正确
9．BD
【解析】
A.比结合能越大，核越稳定，核比核的比结合能大，所以核更稳定;故A错误.
B．根据图象知核的比结合能约为7Mev，所以结合能△E＝7×4＝28MeV;故B正确.
C．根据图象得,核比核的比结合能大;故C错误.
D．轻核聚变成重核会放出能量，所以核聚变生成核要释放出能量;故D正确.
10．AD
【解析】
A.由于氢原子的轨道是不连续的，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故A正确；
B.比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大则原子核越稳定。故B错误；
C.根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的频率越大，光子的能量越大。故C错误；
D.根据玻尔理论，原子从低能级向高能级跃迁，可通过吸收相应频率的光子来实现。故D正确；
11．2．29
【解析】
根据质量与速度的关系，将v＝0．9c代入求得m＝＝≈2．29m0．
12．
【解析】
第一空.根据质量数和电荷数守恒可知核反应方程为：
第二空.反应中的质量亏损：
由爱因斯坦质能方程
13．（1）（2）6.05MeV（3）5.94
MeV
【解析】
试题分析：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程；（2）根据爱因斯坦质能方程求出释放的核能；（3）根据动量守恒定律与能量守恒定律写出相应的方程，即可求出放出粒子的动能．
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，该反应方程中放射出一个粒子；
核衰变反应方程为：
（2）该核衰变反应中质量亏损为：，
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能；
（3）衰变的过程中动量守恒，若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，选择
粒子运动的方向为正方向，则：
联立方程，代入数据得