山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 质量检测（含解析）

4.1核力与核能
1．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构
B．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
C．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越大
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2(c表示真空中的光速)
2．下列说法正确的是（　　）
A．几百万度的高温足以改变原子核衰变的半衰期
B．，此方程为核聚变反应方程
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核是由质子合中子组成的
D．，其中铀（U）的比结合能比钡（Ba）的要小
3．太阳就是一个巨大的热核反应堆，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不断地放出能量。太阳的总输出功率约为3.8×1026W，太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。已知光速为3×108m/s，估算太阳每秒失去质量的数量级为（　　）
A．106kg B．109kg C．1012kg D．1015kg
4．下面是一核反应方程，用c表示光速，则(　 　)
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2
5．原子核的比结合能与原子序数的关系图所示，大多数恒星内部温度非常高，可进行轻核聚变，核反应方程为A+B→C。但对于金、铂等重金属产生，目前科学界有一种理论认为，两颗中子星合成过程中会释放巨大的能量，在能量的作用下能够合成金、铂等重金属，其核反应为D+E→F，下列说法正确的是（　　）
A．重核F裂变成D和E的过程中，会产生质量亏损
B．较轻的核A和B聚合成C的过程中核子平均质量变大
C．较重的核D和E聚合成F的过程中，会释放较大能量
D．A和B聚合成C的过程中，C的结合能小于A和B的结合能之和
6．下列说法正确的是（　　）
A．放射同位素可以用来做示踪原子
B．结合能越大的原子核越稳定
C．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，电子的动能减小，电势能减小，所以氢原子的能量减小
D．各种波均会发生偏振现象
7．以下说法正确的是（　　）
A．只要空间中某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场就能产生电磁波
B．LC振荡电路中，在电容器的放电过程中，振荡电流逐渐增大
C．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低温度，它的半衰期不发生改变
D．衰变方程：，因为和的核子数均为234，所以这两个原子核的结合能相等
8．下列说法中错误的是 (　　)
A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为He＋N→O＋H
B．铀核裂变的核反应是U→Ba＋Kr＋2n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2
D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
9．在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α 衰变，放射出的α 粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q 分别表示α 粒子的质量和电荷量，M 表示新核的质量，放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，该衰变过程释放的核能都转化为α 粒子和新核Y 的动能，则（　　）
A．新核Y 和 α 粒子的半径之比
B．α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小
C．新核的运动周期
D．衰变过程的质量亏损为
10．下列说法正确的是（　　）（双选，填正确答案标号）
A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
B．氢原子从n＝3的能级向低能级跃迁时只会辐射出两种不同频率的光
C．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量
D．放射性元素每经过一个半衰期，其质量减少一半
11．一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为 _____________. 该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为 _____________.
12．一种典型的铀核裂变方程是。这个反应中，符号X代表______，若该铀核裂变释放的核能为，则质量亏损是______
13．一个中子（）和一个质子（）结合成氘核时要放出2.22MeV的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来。（c=3.0×108m/s，1Mev=1.6×10-13J，普朗克常数h=6.63×10-34J·S）
(1)写出这一过程的核反应方程；
(2)该反应质量亏损为多少？（单位用kg，结果保留一位有效数字）
14．一个静止的铀核（原子质量为）放出一个粒子（原子质量为）后衰变成钍核（原子质量为），已知相当于的能量结果保留三位有效数字。
（1）写出铀核的衰变反应方程；
（2）算出该衰变反应中释放出的核能；
（3）若释放的核能全部转化为新核的动能，则粒子的动能为多少？
参考答案
1．C
【解析】
A．汤姆生发现了电子，提出了原子枣糕式模型，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故A错误；
B．将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故B错误；
C．有半数原子核发生衰变所需的时间叫半衰期，放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快，故C正确；
D．质子、中子、粒子质量分别为，质子和中子结合成一个粒子，其方程式为，根据爱因斯坦质能方程知释放能量是
故D错误。
故选C。
2．D
【解析】
A. 放射性元素衰变的半衰期是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故A错误；
B. ，此方程为原子核的人工转变，故B错误；
C. 卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故C错误；
D.是重核铀（U）裂变为两个质量中等的核的过程，质量中等的核，比结合能量最大，比结合能越大，核越稳定，所以铀（U）的比结合能比钡（Ba）的要小，故D正确。
故选D。
3．B
【解析】
ABCD．由爱因斯坦质能方程
变形得
ACD错误，B正确。
故选B。
4．D
【解析】
AC．根据核反应的质量数和核电荷数守恒规律可知，,X的质量数是1，核电荷数是0，所以X是中子，故AC错误；
BD．根据爱因斯坦质能方程：?E=?mc2，其中?m表示核反应过程中的质量亏损，也就是氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，故D正确，B错误；
故选D。
5．A
【解析】
AC．重核F裂变成D和E的过程中要释放处能量，会产生质量亏损；相反，较重的核D和E聚合成F的过程中，会吸收较大能量，选项A正确，C错误；
BD．较轻的核A和B聚合成C的过程也要释放能量，有质量亏损，则核子平均质量变小，C的结合能大于A和B的结合能之和，选项BD错误；
故选A。
6．A
【解析】
本题考查物理学史知识。
【详解】
A．放射性物质半衰期不受物理化学因素影响，可用于做示踪原子，故A正确；
B．比结合能越大原子越稳定，故B错误；
C．高能级到低能级，动能增加，势能减小，总能量减小，故C错误；
D．只有横波会发生偏振现象，故D错误。
故选A。
7．BC
【解析】
A．均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，则如果空间中某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场不能产生电磁波，故A错误；
B．LC振荡电路中，在电容器的放电过程中，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少，电容器放电完毕时，两极板间的电压为零，电路中的电流达到最大值，所以在电容器的放电过程中，振荡电流逐渐增大，故B正确；
C．原子核的半衰期是由其内部因素所决定的，与外部状态无关，所以将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低温度，它的半衰期不发生改变，故C正确；
D．β衰变会释放能量，虽然和的核子数均为234，但前者比后者的结合能小，故D错误；
故选BC。
8．BC
【解析】
A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为He＋N→O＋H，A正确；
B．铀核裂变的核反应方程是，B错误，
C．一个质子和一个中子不能结合为α粒子，C错误；
D． 原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；则 ，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子， ，原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为
解得：
故D正确。
本题选错误的，故选BC。
9．AD
【解析】
A．衰变过程中满足动量守恒，即
又由于粒子在磁场中的轨道半径
而粒子带两个单位正电荷，因此新核Y 和 α 粒子的半径之比
A正确；
B．α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小
B错误；
C．新核的运动周期
C错误
D．由于
根据质能方程
整理得
D正确。
故选AD。
10．AC
【解析】
A．天然放射现象的发现说明在原子的内部还存在着复杂的结构，A正确；
B．氢原子从n＝3的能级向低能级跃迁时，可以从n=3到n=2，也可以从n=3到n=1，还可以n=2到n=1，有可放出3种不同频率的光，B错误；
C．比结合能大的原子结合和牢固，打开时吸收的能量多，因此比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量，C正确；
D．放射性元素每经过一个半衰期，有一半的质量发生衰变，并不是质量减小一半，D错误。
故选AC。
11．；
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒得，该反应释放的能量为Q，则结合能为Q，所以氘核的比结合能为．
12．中子
【解析】
[1]据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为0，质量数为1，X为中子；
[2]根据质能方程可知，则此反应中发生质量亏损：
13．(1)；(2)
【解析】
(1)核反应方程满足质量数守恒和质子数守恒
(2)根据质能方程可知质量亏损为
14．（1）；（2）；（3）
【解析】
（1）铀核的衰变反应方程是
（2）质量亏损
（3）衰变前后系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等、方向相反，即
由动能和动量的关系得
由能量守恒得
所以粒子获得的动能