山东省章丘中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 课时作业（含解析）

4.1核力与核能
1．关于原子物理知识的叙述，下列说法正确的是（　　）
A．β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
B．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10﹣10m以内，核力才能起作用
C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．对于一个特定的氡原子，只要知道了半衰期，就可以准确地预言它将在何时衰变
2．静止的氡核放出α粒子后变成钋核，α粒子动能为.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为(　　)
A． B．0 C． D．
3．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（　　）
A．核反应中释放的能量为(m1—m2－m3)c2
B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子弱
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
4．下列说法中错误的是
A．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在
C．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为电子
D．质子、中子、α粒子的质量分别是、、，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2+2-)c?
5．中国散裂中子源项目由中国科学院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市大朗镇，截止到2019年8月23日正式投入运行1年。散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具，如一台“超级显微镜”，可以研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构。下列关于中子的说法正确的是（ ）
A．卢瑟福预言了中子的存在，并通过实验发现了中子
B．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定
C．散裂中子源中产生的强中子束流可以利用电场使之慢化
D．若散裂中子源中的中子束流经慢化后与电子显微镜中的电子流速度相同，此时中子的物质波波长比电子的物质波波长长
6．下列说法中正确的是（　　）
A．原子核发生一次衰变，该原子外层就一定失去一个电子
B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为可以判断x为质子
C．若氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
D．质子、中子、粒子的质量分别是，质子和中子结合成一个a粒子，释放的能量是
7．具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量，下列说法正确的是（　　）
A．核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子
B．新核X的中子数为143
C．核的质量等于新核X与β粒子的质量之和
D．让同其它的稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大
8．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（　　）
A．由图可知，原子核和聚变成原子核时会有质量亏损要释放能量
B．由图可知，原子核裂变成原子核和时会有质量亏损要释放能量
C．已知原子核裂变成原子核和时放出的射线能使某金属板逸出光，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了增加核反应速度
9．下列关于原子核的说法正确的是（　　）
A．原子序数大于82的原子核都具有放射性
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定
C．核反应中的减小质量转化成了原子能
D．β射线是原子核中的中子转化来的
10．原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．核的结合能约为14MeV
B．核比核更稳定
C．三个中子和三个质子结合成核时放出能量
D．在核反应中，要吸收热量
11．实现受控核聚变需要108K以上的高温．其中两个重要的聚变反应式是：

（1）上面两个反应式中的A是__________，B是_________
（2）设质子质量为mp，中子质量为mn，已知mpc2=938.27MeV，mnc2=939.57MeV，则：
=__________MeV
12．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．已知质子质量为mH=1.0073u，氦核质量为mHe=4.0015u，正电子质量为me=0.00055u，计算结果保留两位小数，1u相当于931.5MeV的能量．则这个核反应的反应方程为 ____________________；发生一次这样核反应能释放 ______________MeV的能量．
13．某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子湮灭时放出2个频率相同的γ光子．已知负电子、正电子的静止质量m0=9.1×10－31 kg，又已知静止质量为m0的粒子，其能量E和湮灭前的动量p满足关系.式中c为光速，若负电子、正电子的动量为零，(普朗克常量h=6.63×10－34 J·s)，求
（1）写出湮灭的核反应方程；
（2）用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；
（3）计算出γ光子的频率．
14．在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，静止的原子核发生衰变，放出的粒子与反冲核Y都做匀速圆周运动，两个圆的半径之比为27：2，如图所示，
(1)写出衰变方程；
(2)已知，Y和放出的粒子的质量分别为、和光在真空中的速度为c，若衰变过程的同时放出能量为的光子，且衰变放出的光子的动量可忽略，求放出的粒子的动能．
参考答案
1．A
【解析】
A．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，故A正确；
B．能使核子之间的核力发生作用的范围非常小，所以要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到m以内，核力才能起作用，故B错误；
C．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C错误；
D．对于一个特定的氡原子，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，故D错误；
故选A。
2．C
【解析】
设α粒子的质量为m1，反冲核的质量为m2，反冲核的速度大小为v′．则根据动量守恒定律可得：m1v=m2v′，可得： ，α粒子动能为： ，反冲核的动能为： ，则释放的总动能为：，根据能量守恒,则释放的核能为：，根据爱因斯坦质能方程：，解得：，故C正确，ABD错误．
故选C
3．A
【解析】
A．根据质能方程可知核反应中释放的能量为(m1—m2－m3)c2，故A正确；
B．根据三种射线的特点与穿透性，可知γ射线的穿透本领最强，β射其次，射线最弱，则γ射线的穿透本领比β粒子强，故B错误；
C．半衰期具有统计意义，对个别的原子没有意义，故C错误；
D．根据β衰变的本质可知，β粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，故D错误。
故选A。
4．B
【解析】
A、n=6与n=1间的能级差大于n=6与n=2间的能级差，则氢原子从 n=6 能级向 n=1 能级跃迁时辐射出的光子频率大于氢原子从 n=6 能级向 n=2 能级跃迁时辐射出的光子频率，可知从 n=6 能级向 n=2 能级跃迁时辐射出的光不能使金属发生光电效应，故A正确；
B、卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构模型，故B错误；
C、根据电荷数守恒、质量数守恒知，x的电荷数为55-56=-1，质量数为137-137=0，可知x为电子，故C正确；
D、质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损，由质能方程可知，释放的能量，故D正确；
故说法中错误的是选B．
【点睛】
根据电荷数守恒、质量数守恒判断X的电荷数和质量数，从而确定X为何种粒子；两能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，并结合光电效应发生条件；求出核反应过程中的质量亏损，然后由质能方程求出核反应释放的能量．
5．B
【解析】
A．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，故A错误；
B．中子不带电，则原子核中的中子与其他核子间无库伦力，但有核力，有助于维系原子核的稳定，故B正确；
C．中子不带电，则散裂中子源中产生的强中子束不可以利用电场使之慢化，故C错误；
D．根据德布罗意波波长表达式
若散裂中子源中的中子束流经慢化后的速度与电子显微镜中的电子流速度相同，因中子的质量大于电子的质量，则中子的动量大于电子的动量，则此时中子的物质波波长比电子的物质波波长短，故D错误。
故选B。
6．D
【解析】
A．原子核发生一次β衰变，该原子核内中子变成质子，放出一个电子，选项A错误；
B．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，x的质量数为零，电荷数为-1，则x是电子，选项B错误；
C．根据玻尔理论可知，氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光的能量为hv=E2-E1=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV，氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量为hv'=E6-E2=-0.38eV-（-3.4eV）=3.02eV，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故C错误；
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子的过程中亏损的质量为（2m1+2m2-m3），根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2．故D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．放射出β粒子，是由于原子核内发生β衰变，其中的中子转化为电子放出的，故A错误；
B．根据质量数和电荷数守恒得新核的质子数为91，质量数为234，则中子数为
故B正确；
C．发生β衰变时会放出能量，由爱因斯坦质能方程可知，反应前后质量不相等，故C错误；
D．元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，故D错误。
故选B。
8．AB
【解析】
A． 由图象可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能，故A正确；
B． 由图象可知，A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，故B正确；
C． 光电电子的最大初动能是由入射光的频率决定的，与入射光的强度无关，增加入射光的强度，光电子的最大初动能不变，故C错误；
D． 在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度，故D错误。
故选AB。
9．ABD
【解析】
A．原子序数大于或等于83的原子核，都能自发的放出射线，A正确；
B．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定，B正确；
C．在爱因斯坦相对论中只能说质量与能量之间存在一种简单的正比关系： ，不能说质量转化为能量，C错误；
D．β射线就是电子，是在原子核内释放出来的，而原子核内只有质子和中子，不存在电子，是由原子核中的中子释放出电子而转化为质子，D正确。
故选ABD。
10．BC
【解析】
A．分析图象可知，核的平均结合能为7MeV，根据平均结合能的定义可知，核的结合能为
故A错误；
B．平均结合能越大的原子核越稳定，分析图象可知，核比核的平均结合能大，所以核比核更稳定，故B正确；
C．核子结合成原子核时，质量亏损，释放核能，故三个中子和三个质子结合成核时释放能量，故C正确；
D．重核裂变时，质量亏损，释放能量，故D错误。
故选：BC。
11． -1.3
【解析】
（1）[1][2]．根据电荷数守恒，可知，A的质子数为2，质量数为4，所以A是，B的质子数为1，质量数为2，所以B为.
（2）[3]．=(2-1)mpc2-(2-1)mnc2=938.27MeV-939.57MeV=-1.30MeV．
【点睛】
本题考查了核反应方程与爱因斯坦质能方程的直接应用，在核反应中，要记住并能够熟练使用核电荷数守恒与质量数守恒．简单题．
12． 24.78
【解析】
（1）由题意可得核反应方程为
（2）质量亏损为：△m=4mH-mHe-2me
解得：△m=0.0266u
质能方程：△E=△mc2????
得释放能量：△E=0.0266×931.5MeV=24.78?MeV??
点睛：本题考查了写核反应方程式、求核反应释放的能量、求质量等问题；核反应过程质量数与核电荷数守恒，据此可以写出核反应方程式；应用爱因斯坦的质能方程可以解题．
13．（1）（2）见解析（3）1.24×1020Hz
【解析】
（1）核反应方程为；
（2）若只放出一个光子，说明反应后总动量不为零，而反应前总动量为零，违反动量守恒定律，所以只放出一个光子是不可能的．
（3）正、负电子湮灭前的动量为零，则满足：，其中项为零，可知其对应的能量为，光子的能量满足，
由能量守恒有：，即得频率为；
14．(1) (2)
【解析】
（1）由于新核和放出的粒子的轨迹是外切圆，说明放出的粒子带正电，是α衰变，核反应方程为：
（2）上述衰变过程的质量亏损为，放出的能量为
该能量是Y的动能，α粒子的动能和γ光子的能量之和：
设衰变后的Y核和α粒子的速度分别为和，则由动量守恒有
又由动能的定义可知，，解得