山东省济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 配套作业（含解析）

4.1核力与核能
1．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为（　　）
A． B．
C． D．
2．下列关于原子物理知识的叙述错误的是（ ）
A．β衰变的实质是核内的中子转化为一个质子和一个电子
B．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．两个轻核结合成一个中等质量的核，存在质量亏损
D．对于一个特定的氡原子，即使知道了半衰期，也不能准确的预言它在何时衰变
3．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．两个核结合成核时吸收能量
D．核中核子的比结合能比核中的大
4．2020年4月23日是人民海车的71岁生日。近年来，我国海车航母事业高歌猛进，“辽宁号”与第一艘国产航母将首次构成双航母编队。我国的核动力航母也将在不远的将来实现装备，这也是我国海军航母的“终极”日标。原子核的比结合能随质量数的变化图象如图所小，根据该曲线对核能的认识正确的是（　　）
A．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量不等于该原子核的结合能
B．质量较小的轻核结合成质量较大的重核时要吸收能量，质量较大的重核分裂成质量较小的轻核时要放出能量
C．质量较大的重核和质量较小的轻核平均结合能都较小，且轻核的平均结合能还有些起伏
D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量
5．下列说法中正确的是（　　）
A．光的反射现象和光电效应现象，说明光具有波粒二象性
B．若某元素的半衰期是2小时，则64g该元素经过6小时后还有4g未衰变
C．质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放的能量是
D．紫外线照射某种金属时能发生光电效应现象，若增加紫外线照射的强度，则从全属表面逸出的光电子的最大初动能会增大
6．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是(　　)
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量
D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量
7．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富．科学家认为，是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于，下列说法正确的是(　　)
A．的原子核内有三个中子两个质子
B．的原子核内有一个中子两个质子
C．发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D．原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
8．核能具有高效、清洁等优点，利用核能是当今世界解决能源问题的一个重要方向。原子核的比结合能曲线如图所示，则（　　）
A．的比结合能大于的比结合能
B．两个核结合成核的过程需要吸收能量
C．、、三者相比，的结合能最大
D．核的比结合能小于核的比结合能，因此核更稳定
9．下列说法正确的是（ ）
A．组成原子核的核子越多，原子核越稳定
B． 衰变为 经过4次衰，2次β衰变
C．在LC振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大
D．在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大
10．下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的动能增加，电势能减少，原子的总能量减少
B．射线是原子核发出的一种粒子流，它的电离能力在、、三种射线中是最弱的
C．原子核反应过程中的质量亏损现象违背了能量守恒定律
D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中并大辐度降低其温度，它的半衰期不发生改变
11．原子核的结构发生变化时放出的能量，叫做________．克服核力做功，________能量；核力做正功，________能量．
12．（1）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源其核反应方程是_______；若，，.则该反应中发生的质量亏损是_______u；如果1u相当于931.5MeV能量，则该反应中释放的能量是_______MeV.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期______（填“较长”“较短”或“没有变化”）.
（2）利用光电转换装置可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是，光电转化效率为.已知太阳辐射的总功率为，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为，太阳光射到地球上经历的时间是.试求该太阳能电池能够输出的最大电功率______
13．太阳能是由太阳内部的热核反应释放出的光能、热能及辐射能量组成。它每年辐射到地球上的能量达1813亿吨标准煤，相当于全世界年需要能量总和的5000倍。太阳的热核反应有很多种，其中一种是由氘核和氚核结合成氦核。
(1)写出该核反应方程式；
(2)若反应放出17.6MeV的能量，则核反应生成物的总质量与核反应前物质的总质量相比变化了多少？（结果保留两位有效数字）
14．已知原子核的质量为209.98287u，原子核的质量为205.97446u，α粒子的质量为4.00260u，静止的核在衰变中放出α粒子后变成核，求：
(1)衰变过程中的质量亏损；
(2)衰变过程中释放的能量；
(3)衰变后的瞬间，α粒子和的动能。
参考答案
1．B
【解析】
反应过程释放的核能为
根据爱因斯坦质能方程有
解得质量亏损为，故B正确，ACD错误。
故选B。
2．B
【解析】
β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，，A正确；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B错误；两个轻核结合成一个中等质量的核，要释放能量，根据质能方程可知存在质量亏损，C正确；对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变，发生多少衰变，，D正确．
3．B
【解析】
A．根据图像可知核的比结合能约为7Mev，核里面有四个核子，所以结合能约为
故A错误；
B．比结合能越大，原子核越稳定，所以核比核更稳定，故B正确；
C．两个核结合成核时发生聚变反应，比结合能变大，有质量亏损，所以释放能量，故C错误；
D．根据图像可知核中核子的比结合能比核中的小，故D错误；
故选B。
4．C
【解析】
A．根据爱因斯坦质能方程
可知，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故A错误；
B．质量较小的轻核结合成质量较大的重核时出现质量亏损，例如氢核聚变时要放出能量，质量较大的重核分裂成质量较小的轻核时要放出能量，故B错误；
C．根据题图中的曲线很容易看出，质量较大的重核和质量较小的轻核的比结合能都较小，且轻核的比结合能还有些起伏，故C正确；
D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，该过程中要释放能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，根据质能方程可知衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
A．光的反射现象不能说明光的本性，光电效应现象说明光具有微粒性，选项A错误；
B．若某元素的半衰期是2小时，则64g该元素经过6小时后还有未衰变，选项B错误；
C．质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放的能量是，选项C正确；
D．光电子的最大初动能与光强无关，只与入射光的频率有关，选项D错误。
故选C。
6．A
【解析】
由平均核子质量A与原子序数Z的关系图象可知，D与E的平均质量大于F的平均质量，所以DE结合成F，平均质量减小，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放。故A正确，B错误。由平均核子质量A与原子序数Z的关系图象可知，B与C的平均质量小于?A的平均质量，所以若CB能结合成A，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量。故C错误；由平均核子质量A与原子序数Z的关系图象可知，F与C的平均质量小于?B的平均质量，所以若CF能结合成B，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量。故D错误。
7．BC
【解析】
AB.是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，故A错误、B正确；
C.发生核聚变放出能量就会有质量亏损，故C正确；
D.原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，故D错误．
故选：BC
8．AC
【解析】
A．由图可知，质量大的原子核，比结合能呈减小趋势，因此的比结合能大于的比结合能大，A正确；
B．比结合能越大，结合的越牢固，在结合的过程中，放出的能量越多，因此两个核结合成核的过程放出能量，B错误；
C．、、三者相比，虽然的比结合能最小，但核子数最多，因此，的结合能最大，C正确；
D．比结合能越大，结合的越牢固，因此核比核更牢固，D错误。
故选AC。
9．BD
【解析】
A、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，与核子多少无关，故A错误；
B、衰变为经过，质量数减少16，质子数减少6，而一次α衰变，质子数减2，质量数减4，一次β衰变，质子数增加1，质量数不变，所以是4次α衰变，2次β衰变，故B正确；
C、当线圈两端电势差也最大时，电流变化率最大，电流为0，故C错误；
D、狭缝变窄，使得变小，根据不确定关系，则变大，故D正确；
故选BD．
10．AD
【解析】
A．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，能量减小，电子的轨道半径减小，根据，知电子的动能增大，所以电势能减小，A正确；
B．射线是原子核发出的一种氦核流，在、、三种射线中电离能力最强，穿透能力最弱，B错误；
C．原子核反应过程中的质量亏损现象不违背了能量守恒定律，质量亏损以能量的形式释放出来，C错误；
D．半衰期的大小与温度无关，D正确。
故选AD。
11．核能 吸收 放出
【解析】
[1][2][3]．原子核的结构发生变化时放出的能量，叫做核能．克服核力做功，吸收能量；核力做正功，放出能量．
12． 0.0255 23.75 较短
【解析】
(1)[1]核反应方程为
[2]核反应的质量亏损为
[3]该核反应释放的能量为
[4]在很久很久以前，太阳的质量比现在的大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由
可知很久很久以前，地球公转的周期较短.
(2)[5]以太阳为中心，日地间距离为半径做一个球面，其表面积，
设接收板上获得的辐射功率为，当其正对太阳光时，获得功率最大，则
联立求解可得
则太阳能电池能够输出的最大电功率为
.
13．(1)；(2)
【解析】
(1)由质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为
(2)根据得
14．(1)5.81×10－3u；(2)5.41MeV；(3)5.31MeV；0.1MeV
【解析】
本题考查衰变核反应方程的理解以及衰变过程中的动量守恒。
【详解】
(1)衰变过程核反应方程式为
衰变过程中质量亏损为
Δm＝(209.98287－205.97446－4.00260)u＝0.00581u
(2)衰变过程中释放的能量为
ΔE＝0.00581×931MeV≈5.41MeV
(3)衰变前后系统的动量守恒，衰变前的动量为0，则根据动量守恒定律知，衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反．即有pα＝pPb，又Ek＝
得
又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，根据能量守恒得
Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.41MeV
解得α粒子从钋核中射出时的动能为
Ekα＝5.31MeV，EkPb＝0.1MeV