山东省济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 达标作业（含解析）

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4.1核力与核能
1．黄旭华，中国核潜艇之父。黄旭华为中国核潜艇事业的发展做出了重要贡献，在核潜艇水下发射运载火箭的多次海上试验任务中，作为核潜艇工程总设计师、副指挥，开拓了中国核潜艇的研制领域，被誉为中国核潜艇之父。2020年1月10日，获国家最高科学技术奖。下列关于核反应正确的是（　　）
A．为原子核的衰变，放出的射线有很强的穿透性
B．氪90（）是不稳定的，衰变成为锆90（）需要经过4次衰变
C．是核聚变，释放大量能量为核潜艇提供动力
D．结合能越小的原子核越稳定
2．质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为
A．(mp+mn-m)c2 B．(mp+mn)c2 C．mc2 D．(m-mp)c2
3．居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氧，氧会经呼吸道进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病。一质量为m的大理石含有某种半衰期为T的放射性元素X，经T时间后，这块大理石的质量变为m'。以下说法正确的是(　　)
A．
B．在X原子核衰变时发生质量亏损，亏损的质量转化成能量释放出来
C．X原子衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时只能放出一些特定频率的γ射线
D．X原子核的比结合能大于其衰变后的新核的比结合能
4．随着科学技术的日益进步，人们对原子及原子核的认识越来越深刻，下列有关原子及原子核的说法正确的是（　　）
A．粒子散射实验揭示了原子核具有复杂结构
B．天然放射性元素在升高温度后它的半衰期会缩短
C．放射性同位素发出的 γ 射线能进行金属探伤
D．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
5．钴－60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐射保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。一个钴60原子核（Co）放出一个β粒子后衰变成一个镍核（Ni），并伴随产生了γ射线。已知钴60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3。下列说法正确的是（　　）
A．核反应中释放的能量为（m2+m3－m1）c2
B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强
C．若有16个钴60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴60原子核
D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mP、mD。现用光子能量为E的射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（　　）
A． B．
C． D．
7．下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应实验中，在一定的光照条件下，所加正向电压越大，光电流也一定越大
B．大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能放出 3种不同频率的光子，若，则
C．氡222的半衰期是3.8天，则20个氡核经过7.6天还剩5个氡核
D．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，原子核也就越稳定
8．氘核和氚核聚变的核反应方程为，已知的比结合能是2.78 MeV，的比结合能是7.03 MeV，则的比结合能是（　　）
A．1.06 MeV B．1.09MeV
C．1.12 MeV D．1.15MeV
9．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是（　　）
A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值
B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
C．根据ΔE＝Δm·c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
D．根据ΔE＝Δm·c2可以计算核反应中释放的核能
10．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是( )
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大
11．由于核子间存在着强大的________，所以原子核发生变化时，会伴随有巨大的能量变化，这个能量就叫做原子核的________．
12．辽宁红沿河核电站位于瓦房店市东岗镇，是中国首次一次性同意4台百万千瓦级核电机组标准化、规模化建设的核电项目，是东北地区第一个核电站。如图所示，1号机组2013年2月17日15时09分并网成功。核电站将_____________能最终转化为电能。核电站一台发电功率为106kW的核电机组每天能发_____________kW?h（一天按24h计算）。
13．1 个质子的质量mp=1.007 277u，1 个中子的质量mn=1.008 665u．氦核的质量为4.001509u（1u=931.5MeV/c2,c表示真空中的光速）
（1）写出核子结合成氦核的核反应方程；
（2）计算核子结合成氦核时释放的核能 E ；
（3）计算氦核的比结合能 E；
14．用中子轰击铀核()，其中的一个可能反应是分裂成钡()和氪()两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg；试写出核反应方程，求出反应中释放的核能；（根据核反应前，后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能。）
参考答案
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．为轻核的聚变，射线电离能力很强，穿透性很弱，故A错误；
B．根据质量数与质子数守恒，结合β衰变是电子，则，故B正确；
C．根据核聚变的概念，则不是不是核聚变，也不是裂变，是人工转变，故C错误；
D．比结合能越大的原子核越稳定，故D错误。
故选B。
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：△E=（mp+mn-m）c2，A正确．
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．衰变指大理石内部元素发生改变，大理石整体质量基本不发生变化，故A错误；
B．X原子核衰变时会出现质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来，但不能理解成亏损的质量转化成了能量，故B错误；
C．因为原子核在经历α和β衰变后往往处于激发态，衰变后产物的新核从激发态向较低能态跃迁，一般以发射电磁波的形式进行，发射的正是γ射线，故C正确；
D．衰变后的产物更稳定，其原子核中核子结核更牢固，比结合能更大，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】
【分析】
【详解】
A． 卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，天然放射现象揭示了原子核具有复杂的结构，故A错误；
B． 半衰期的大小与温度无关，改变温度，不会改变半衰期，故B错误；
C． 放射性同位素发出的 γ 射线能进行金属探伤，故C正确；
D． 比结合能越大的原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，与结合能的大小无关。结合能还与核子数有关，故D错误。
故选C。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据质能方程可知核反应中释放的能量为
A错误；
B．根据三种射线的特点与穿透性，可知射线的穿透本领比粒子强，B正确；
C．半衰期具有统计意义，对个别的原子没有意义，C错误；
D．根据衰变的本质可知，粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，D错误。
故选B。
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
ABCD．因质量亏损产生的能量为
设质子、中子的动能为Ek，根据能量守恒有
由以上两式联立可得
故A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的大小与正向电压无关，故A错误；
B．大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能放出 3种不同频率的光子，若，由于 则，选项B正确；
C．半衰期大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，选项C错误；
D．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故D错误。
故选B。
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
聚变反应前氚核的结合能为
E1=3×2.78MeV=8.34MeV
反应后生成的氦核的结合能为
E2=4×7.03MeV=28.12MeV
设反应前氘核的比结合能为E，聚变过程释放出的能量为

解得
E=1.09MeV
故B正确，ACD错误。
故选B。
9．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据
ΔE＝Δm·c2
知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故A正确；
B．根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；
C．爱因斯坦的质能方程
ΔE＝Δm·c2
不是质量和能量可以相互转化，故C错误；
D．公式
△E=△mc2
中△m是亏损质量，△E是释放的核能，故D正确。
故选AD。
10．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能，最大初动能与入射光的频率有关，与强度无关，选项A错误．
B．根据爱因斯坦质能方程，质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量，选项B正确．
C．半衰期是统计学规律，10个放射性元素的原子核数量太少，无法判断5个发生衰变所需要的时间，选项C错误．
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，多余的能量以光子的形式释放出来，同时核外电子靠近原子核，静电力做正功，电势能减少，根据，电子绕核做圆周运动的半径变小，速度变大，动能变大，选项D正确．
故选BD．
11．核力 核能
【解析】
【详解】
[1][2]．由于核子间存在着强大的核力，所以原子核发生变化时，会伴随有巨大的能量变化，这个能量就叫做原子核的核能．
12．核
【解析】
【详解】
[1] 核电站主要是依靠可控的核裂变，将核能最终转化为电能的；
[2] 一台核电机组一天的发电量：kW×24h=kW?h。
13．（1）22→；（2）释放的核能为28.3MeV；（3）氦核的比结合能7.1MeV．
【解析】
【详解】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得：22→；
（2）2个中子和2个质子结合成氦核时质量亏损：△m＝2mn+2mP﹣mHe，根据爱因斯坦质能方程，放出的能量为：△E＝△mc2＝（2mn+2mP﹣mHe）c2＝0.030375×931.5 MeV＝28.3MeV；（3）氦核的比结合能为：7.1MeV
14．；3.2157×10-11J
【解析】
【分析】
【详解】
此铀核裂变方程为
则核反应前后的质量亏损为
△m=mu-mBa-mKr-2mn
=390.3139×10-27-234.0016×10-27-152.6047×10-27-2×1.6749×10-27=0.3578×10-27kg
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
△E=△mc2
代入数据得
△E=3.2157×10-11J
试卷第1 11页，总3 33页
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