2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 同步练习（含解析）

4.1核力与核能
1．现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
B．β衰变说明原子核内部存在自由电子
C．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为
D．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收核能
2．下列有关原子核的说法正确的是（　　）
A．结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量
B．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和
D．因为存在质量亏损，所以在原子核发生衰变时，质量数不守恒
3．在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示。根据图中所提供的信息及原子核的有关知识，对于在自然界中的稳定原子核，下列说法正确的是（　　）
A．较轻的原子核，质子数和中子数大致相等
B．较重的原子核，质子数大于中子数
C．越重的原子核，质子数和中子数差值越小
D．在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况
4．下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．通过化学反应可以改变放射性元素的半衰期
C．原子核衰变时发出的α射线穿透能力比γ射线弱
D．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚之后形成的电子束
5．下列说法正确的是（　　）
A．当放射性物质的温度升高后，其半衰期会变小
B．两个轻核结合成质量较大的核，总质量比聚变前一定增加
C．α粒子轰击金箔发生散射现象说明原子核存在复杂的内部结构
D．β衰变过程中释放的电子来自原子核
6．关于近代物理学，下列说法正确的是（　　）
A．α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波
B．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少
D．10个放射性元素的原子核在经一个半衰期后，一定有5个原子核发生衰变
7．静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R。则（　　）
A．衰变方程可表示为
B．核Y的结合能为
C．核Y在磁场中运动的半径为
D．核Y的动能为
8．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（ ）
A．核的结合能约为14 MeV
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时释放能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
9．一个铍原子核（）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（），并放出一个不带电的质量接近零的中微子，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为。已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是（　　）
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核（）获得的动能约为0.86MeV
C．中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核（）的能量之和等于反应前电子的能量
10．某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为，并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，测其中Z的速度为v，以下结论正确的是（　）
A．Y原子核的速度大小为
B．Y原子核的动能约为Z原子核的动能的倍
C．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大（c为光速）
D．Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
11．太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核结合成1个氦核，同时释放出正电子；已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为则每次核反应中的质量亏损_______及氦核的比结合能____
12．铀核裂变的一种方式是，该反应的质量亏损是0.2u，1u相当于931.5MeK的能量。
(1)核反应方程中的X是____________。
(2)该反应放出的能量是_______J。
13．2009年12月28日，山东海阳核电站一期工程举行开工仪式。工程规划建设两台125万千瓦的AP1000三代核电机组。如果铀235在中子的轰击下裂变为和，质量mU = 235.0439 u，mn = 1.0087 u，mSr = 89.9077 u，mXe = 135.9072 u。（1 u质量对应的能量为931 MeV）
（1）写出裂变方程；
（2）求出一个铀核裂变放出的能量；
（3）若铀矿石的浓度为3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？
14．现在的核电站比较广泛采用的核反应之一是：：
(1)核反应方程中的是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆（Zr）的电荷数与质量数；
(2)已知铀（U）核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，钕（Nd）核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u；又知。试计算1kg铀235大约能产生的能量是多少？（不考虑核反应中生成的电子质量）
参考答案
1．C
【解析】
A．卢瑟福根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，不是汤姆逊，故A错误；
B．β衰变放出的电子是由原子核里的中子转变而来，故B错误；
C．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为
发现了质子，故C正确；
D．核反应过程中如果核子的平均质量减小，根据爱因斯坦的质能方程，可知应放出核能，故D错误。
故选C。
2．A
【解析】
A．结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量，或者是核子结合成原子核释放的能量，故A正确；
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故C错误；
D．因为存在质量亏损，所以在原子核发生衰变时，质量不守恒，质量数守恒，故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
较轻的原子核，核子中，质子和质子间的核力远远大于斥力，这时组成原子核的中子和质子数目相当；而较重的原子核，由于质子与质子间的核力明显减弱，而斥力相对较大，不容易结合到原子核上，这时候，不带电的中子，依靠核力，可以继续增加，所以中子数目相对较多；越重的原子核，中子越不容易结合上去，导致中子数和质子数的差值越来越大。
【详解】
AB．根据题中给的中子数(N)和质子数(Z)关系图可知，较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；而较重的原子核，中子数明显多于质子数，A正确，B错误；
C．由图可知，越重的原子核，中子数和质子数差值越大，C错误；
D．在很大的原子核中，由于核力明显减弱，质子和质子间的排斥作用，导致质子结合到原子核的数目越来越少，不可能出现质子数和中子数相等的情况，D错误；
故选A。
4．C
【解析】
A．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；
B．半衰期与外界因素无关，与温度、压强、化学反应等无关，由元素本身决定的，故B错误；
C．α射线的穿透能力最弱，电离本领最强。故C正确；
D．β衰变中产生的β射线是原子核中的中子释放出的电子形成的，故D错误。
故选C。
5．D
【解析】
A．半衰期与外界因素无关，故温度改变时，半衰期不变，故A错误；
B．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前一定减小，因为反应存在质量亏损，故B错误；
C．α粒子轰击金箔发生散射现象说明原子内部有相对较大的空间，原子内有质量大、体积小、带正电荷的微粒；天然放射现象说明原子核存在复杂的内部结构，故C错误；
D．β衰变中放出的电子来自原子核，是原子核中一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确。
故选D。
6．BC
【解析】
A．α射线是氦核流、β射线是电子流、γ射线是电磁波，选项A错误；
B．根据知，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光，选项B正确；
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，由于释放能量，有质量亏损，质量减小，选项C正确；
D．半衰期是个统计规律，对大量的原子核适用，选项D错误。
故选BC。
7．AC
【解析】
A．根据电荷数守恒和质量数守恒，核衰变反应方程为
选项A正确；
B．该过程中亏损的质量为
所以释放的核能为
由于原子核也有一定的结合能，则核Y的结合能一定大于，选项B错误；
C．在衰变过程中遵守动量守恒，根据动量守恒定律得
则
根据半径公式，又（动量），则得
联立可得
选项C正确；
D．由动能与动量的关系得原子核Y与α粒子的动能之比为
由题原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则有释放的核能为
联立可得
选项D错误。
故选AC。
8．BC
【解析】
A．由图可知，氦核的结合能大约为7MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28MeV，故A错误；
B．比结合能越大，原子核越稳定，由图可知，氦核的比结合能大，则核比核更稳定，B正确；
C．两个核结合成核时有质量亏损，释放能量，C正确；
D．由图可知，核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误．
故选BC。
9．AC
【解析】
A．反应方程为?，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，故A正确；
B．根据质能方程
△E＝(7.016929u+me?7.016004u)×9.31×102MeV＞0.86MeV
为释放的核能，不是锂核获得的动能，故B错误；
C．衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量，故C正确；
D．由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（）的能量之和小于反应前电子的能量，故D错误；
故选AC。
10．BD
【解析】
A．根据动量守恒
Y原子核的速度大小为
A错误；
B．Z原子核的动能
Y原子核动能
因此
B正确；
C．由于释放出能量Q，出理了质量亏损，根据质能方程，Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小（c为光速），C错误；
D．由于释放了核能，核子结合的更牢固，比结合能更大，因此Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能，D正确。
故选BD。
11．
【解析】
第一空. 根据核反应质量数守恒，电荷数守恒，可知生成了2个正电子，所以质量亏损 ．
第二空. 根据 可知，产生的能量为： ，所以氦核的比结合能为．
12．
【解析】
(1)[1]根据质量数和电荷数守恒得：质量数为0，核电荷数为－1，故此粒子是电子即
(2)[2]根据爱因斯坦质能方程可知，该反应放出的能量是
13．（1）；（2）140.3 MeV；（3）45.7 t
【解析】
（1）铀核裂变需要中子的轰击，根据质量数和电荷数守恒知铀核裂变方程为
（2）裂变过程的质量亏损
释放的能量
（3）核电站一年的发电量
由
得
14．(1)40，90；(2)8.12×1013J
【解析】
(1)锆的电荷数
质量数
核反应方程中应用符号表示。
(2)1kg铀235的核数为
（个）
不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为
1kg铀235完全裂变放出的能量约为