山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 学业测评（含解析）

4.1核力与核能
1．2017年11月17日，“中国核潜艇之父”----黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应说法错误的是（ )
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C．式中d=2
D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小
2．已知太阳内部进行激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为3.8×1026 J，则可算出（ ）
A．太阳的质量约为4.2×106 t
B．太阳的质量约为8.4×106 t
C．太阳的质量每秒钟减小约为4.2×106 t
D．太阳的质量每秒钟减小约为8.4×106 t
3．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系是(　　)
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
4．太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，核反应方程是，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（　　）
A．方程中的X表示中子
B．方程中的X表示电子
C．这个核反应中质量亏损
D．这个核反应中释放的核能
5．下列说法正确的是(　 　)
A．结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定
B．衰变为，要经过4次α衰变及6次β衰变
C．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3)c2
6．静止原子核 A经 1 次 ɑ 衰变生成原子核 B， 并释放出 γ 光子。已知原子核 A 的比结合能为E1，原子核 B的比结合能为E2，ɑ 粒子的比结合能为E3，γ 光子的能量为E4，则下列说法正确的是（ ）
A．该反应过程质量增加
B． B核在元素周期表的位置比A核前移4位
C．释放 γ 光子的能量 E4= E1-(E2+ E3)
D．比结合能E1小于比结合能E2
7．核安全是核电站面临的严峻的问题．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高患癌症的风险．已知钚的一种同位素半衰期为24100年，其衰变方程为→X＋＋γ，下列有关说法正确的是（　　）
A．X原子核中含有143个中子
B．100个经过24100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程中总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
8．关于核能，下列说法中正确的有（　　）
A．核子结合成原子核时，需吸收的能量
B．核子结合成原子核时，能放出的能量
C．不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能量相同
D．使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，需吸收一定的能量
9．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于发生了一次衰变放射出某种粒子，放射出的粒子与生成的新核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，得到一张两个相切圆的径迹照片如图所示。以m、q分别表示放出的粒子的质量和电荷量，放出的粒子运动的轨迹圆半径为R。则（　　）
A．放出的是α粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为顺时针
B．放出的是β粒子且其轨迹对应着大圆，绕行方向为逆时针
C．若测得新核与放出的粒子的半径之比为1：60，则Z=122
D．若衰变过程中释放的核能全都转化为粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
10．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有
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
11．静止的硼核（）吸收一个慢中子（速度可忽略）后，转变成锂核（）并放出一个新粒子，则该过程的核反应方程为______________，已知新粒子的动能为1.8MeV，则锂核的动能为________MeV.（计算结果保留三位有效数字）
12．若将原子核分解成核子，核力做________功，________能量；若将核子组成原子核，核力做________功，________能量．
13．具有放射性，发生α衰变后变为，已知核的质量是226.0254u，核的质量为222.0175u，α粒子的质量是4.0026u，1u相当于931.5MeV。
(1)写出核衰变的方程；
(2)求在这一次α衰变中释放出的核能（结果保留两位有效数字）。
14．α粒子以初速度v0轰击静止的氮14原子核打出一种新的粒子，同时产生原子核氧17，新的粒子速度为3v0，且方向与α粒子初速度相同，反应过程中释放的能量完全转化为系统的动能。已知中子质量为m，质子质量和中子质量相等，质量数为A的原子核的质量为m的A倍，光速为c，求：
(1)写出该反应的核反应方程式；
(2)计算此反应过程中的质量亏损。
参考答案
1．D
【解析】
A、核电站是利用核裂变释放的核能来发电的，故A正确.
B、依据质能方程，可知，重核裂变反应前后一定有质量亏损，向外辐射能量，故B正确.
C、依据质量数与质子数守恒，那么，式中d=2，故C正确.
D、U235核裂变后生成的新核稳定，可知U235核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能都小，故D错误.
本题选择错误的，故选D.
【点睛】
考查裂变与聚变的区别，理解质能方程的含义，掌握书写核反应方程的规律，注意比结合能与结合能的不同.
2．C
【解析】
由质能方程知太阳每秒钟内因辐射能量而失去的质量为Δm＝＝4.2×109kg＝4.2×106t。
故选C。
3．B
【解析】
反应之前的质量为：m1+m3，反应后的质量为：m2，因此质量亏损为：△m=m1+m3-m2，因此需要验证的关系式为：△E＝(m1+m3?m2)c2，故B正确，ACD错误．
故选B。
4．C
【解析】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量为0，电荷数为1，所以X表示正电子．AB错误；
C．这个核反应中质量亏损
C正确；
D．根据爱因斯坦质能方程
可知，这个核反应中释放的核能
D错误。
故选C。
5．C
【解析】
比结合能越大，原子中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项A错误； 衰变为，发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：4x+222=238，解得x=4；2x-y+86=92，得y=2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故B错误；卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为，选项C正确；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，核反应是，根据质能方程，所释放的核能为ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2，选项D错误；故选C.
6．D
【解析】
A．该反应的过程中释放γ 光子，由质能方程可知，一定有质量亏损,故A错误。
B．α粒子的电荷数为2，所以B核的电荷数比A少2个，B核在元素周期表的位置比A核前移2位,故B错误；
C．设A核的质量数为m，B核的质量数为m-4，α粒子的质量数为4，根据能量守恒可得
4E3+（m-4）E2-mE1=E4
故C错误；
D．核反应的过程中释放热量，可知比结合能E1小于比结合能E2,故D正确。
故选D。
7．AD
【解析】
本题考查衰变现象的理解。
【详解】
A．根据电荷数、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143，故A正确；
B．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，故B错误；
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故C错误；
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，故D正确。
故选AD。
8．BD
【解析】
AB．当一个中子和一个质子结合成一个氘核时，有质量亏损，氘核的质量小于中子与质子的质量之和，向外放出一定的能量，当原子核分裂成核子时，需要吸收能量，故A错误，B正确；
C．不同的核子的平均结合能不同，则结合成原子核时所需吸收的能量不同，故C错误；
D．一个氘核分解成一个中子和一个质子时，需吸收一定的能量用来克服核力做功从而拆开核子，故D正确。
故选BD。
9．CD
【解析】
AB．原来静止的原子核带正电荷，衰变后，由于两个运动轨迹相外切，根据左手定则可知，放出的粒子也一定带正电荷，因此放出的是粒子，而且都做逆时针方向旋转，AB错误；
C．由于粒子在磁场中运动的轨道半径
粒子带两个单位正电荷，根据动量守恒，可知新核与粒子动量大小相等，因此
可得
C正确；
D．放出的粒子的轨道光径
可得粒子动能
由于动量守恒，剩余新核动能
总动能
根据
质量亏损为
D正确。
故选CD。
10．BC
【解析】
A．由图知核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为
4×7=28 MeV
故A错误；
B．核比核的比结合能大，所以核比核更稳定，故B正确；
C．两个核结合成核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量，故C正确；
D．由图知核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误．
11． 1.03
【解析】
[1]根据质量数和电荷数守恒，可知生成的新粒子是氦核，核反应方程为
[2]以粒子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律，有
根据
结合粒子的动能
解得
.
12．负 吸收 正 放出
【解析】
[1][2][3][4]．若将原子核分解成核子，核力做负功，吸收能量；若将核子组成原子核，核力做正功，放出能量．
13．(1)；(2)4.9MeV
【解析】
(1)根据质量数与核电荷数守恒可知，核衰变的方程为
(2)该核衰变反应中的质量亏损
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能为
解得
14．(1)；(2)
【解析】
本题考察核反应方程的书写和动量守恒定律的应用。
【详解】
(1)
(2)反应过程遵循动量守恒
4mv0 = 3mv0 + 17mv
反应过程能量守恒
解得