上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.1核能来自何方 课时作业（含解析）

5.1核能来自何方
1．关于原子和原子核，下列说法正确的是
A．天然放射线中的β射线来自原子核内
B．天然放射现象的发现，说明原子是可以再分的
C．核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，X 为中子
D．原子核的结合能越大，原子核越稳定
2．下列关于原子核的说法，正确的是
A．原子核发生衰变时放出氦核，说明原子核内有氦核
B．原子核由质子和中子组成，其核子数越多，则结合能越大
C．原子核的半衰期可以通过加压或者升温等方法进行改变
D．裂变反应堆中，发生的不是链式反应
3．一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于(　　)
A．(M－m1－m2)c2 B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2 D．(m1＋m2＋9m－M)c2
4．下列关于原子和原子核的说法正确的有
A．核力存在于原子核内任意两个核子之间
B．某元素的原子核衰变后会变成另一种新的元素
C．天然放射现象的发现使人类认识到原子具有复杂的结构
D．卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子核是由质子和中子组成的
5．下列关于原子物理的说法正确的是（　　）
A．衰变说明原子核内有电子
B．电子向低能级跃迁的时候有时会伴随着射线，有时候不会
C．每个核子只和临近的核子发生核力作用
D．一个放射性物体不可能同时发生衰变和衰变
6．下列说法正确的是（　　）
A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
C．某一频率的光照射到某金属表面可以发生光电效应，入射光越强，光电子的最大初动能越大
D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射
7．如图，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，下列说法中正确的是（　　）
A．核的结合能约为15MeV
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时要吸收能量
D．核裂变成和核过程中，核子的平均质量增加
8．目前核电站都是利用重核裂变发电的，其中一个裂变反应是：．然而在地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的能量，太阳的总输出功率为400亿亿瓦（4×1026W），其中一个核聚变反应是：．若已知的质量为m1，的质量为m2，的质量为m3，的质量为m4，则下列说法中正确的是（　　）
A．核电站中为了控制核裂变反应速度，可以在铀棒之间插进一些镉棒
B．裂变反应和聚变反应都是与温度无关，常温下就可以发生
C．核裂变反应中的U的比结合能大于Ba和Kr的比结合能
D．题中核聚变反应释放的核能为
9．下列说法中正确的是
A．放射性元素的半衰期不随外界温度的变化而变化
B．结合能越大,原子核越稳定
C．核反应方程应遵循质子数和质量数守恒
D．γ射线是原子核外电子跃迁产生的
10．下列说法中正确的是
A．质子和中子的质量相等
B．维系原子核稳定的力是核力，核力可能是吸引力，也可能是排斥力
C．原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数定大于质子数
D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的
11．太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（）就是其中之一，请写出其核反应方程_________；如果氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，氦核的比结合能为，则上述反应释放的能量可表示为___________。
12．氘核和氚核()结合成氦核()的核反应方程如下：，要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg.
13．已知原子核质量为209.98287u，原子核的质量为205.9746u原子核的质量为4.00260u，静止的核在α衰变中放出α粒子后变成．（计算结果均保留三位有效数字）求：
（1）请写出核反应方程；
（2）在衰变过程中释放的能量；
（3）α粒子从Po核中射出的动能（已知u相当于931.5MeV，且核反应释放的能量只转化为动能）。
14．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中速度为c.
①写出核聚变反应的方程式；
②求核聚变反应中释放出的能量ΔE.
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
A．β衰变中的β射线是来自原子核，是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故A正确
B．电子的的发现，说明原子是可以再分，故B错误
C．依据质量数与电荷数守恒，X 为电子，故C错误
D．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．
2．B
【解析】
【详解】
A．原子核发生衰变时放出氦核，只能说明原子核中包含与构成氦核的成分，但是不能说明原子核内有氦核，选项A错误；
B．原子核由质子和中子组成，这些粒子结合在一起时会产生质量亏损，亏损的质量转化成核子的结合能，核子数越多，结合能越大，选项B正确；
C．原子核的半衰期不受外界条件影响，任何外界条件都无法改变原子核的半衰期，选项C错误；
D．无论是原子弹还是裂变反应堆中，发生的都是链式反应，区别在于原子弹中的链式反应速度快，频率高，反应堆中的链式反应速度慢，频率低，选项D错误；
3．C
【解析】
【详解】
发生一次这样的核反应发生的质量亏损为：△m=M-9m-m1-m2；根据爱因斯坦质能关系可得：△E=△mc2=（M-9m-m1-m2）c2；故ABD错误，C正确．
4．B
【解析】
【详解】
核力存在于原子核内相邻的两个核子之间，选项A错误；某元素的原子核衰变后，原子核内质子数发生变化，变成另一种新的元素，选项B正确；天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构，选项C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构理论，选项D错误.
5．C
【解析】
【详解】
β衰变释放的电子是原子核中的中子转变为质子和电子时产生，原子核内没有电子存在，故A错误；γ射线是处于高能级的原子核向低能级跃迁的过程中放出的。故B错误； 核力是短程力，每一个核子只和临近的核子发生核力作用。故C正确； 一个原子核不能同时发生α衰变和β衰变，但同一个放射性物体内可能有不同的放射性的原子核，所以一个放射性物体可能同时发生α衰变和β衰变。故D错误.
6．A
【解析】
【详解】
比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定有质量亏损，从而放出核能，如轻核聚变、重核裂变，选项A正确；根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动半径减小，由可知速度变大，选项B错误；某一频率的光照射到某金属表面可以发生光电效应，入射光频率越大，光电子的最大初动能越大，选项C错误；电子显微镜分辨率比光学显微镜更高，是因为它利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射。故D错误；
7．B
【解析】
【详解】
Li的平均结合能是5.3MeV，把一个锂核分解成6个自由核子要消耗能量，即结合能：E耗=5.3×6MeV=31.8MeV．故A错误；比结合能越大越稳定，如果所示，核比结合能比核比结合能大，所以核比核更稳定。故B正确；两个 核结合成核时有质量亏损，要释放能量。故C错误；核裂变成和 核过程中，会出现质量亏损，核子的平均质量减小。故D错误。
8．AD
【解析】
【详解】
核电站中为了控制核裂变反应速度，可以在铀棒之间插进一些镉棒。故A正确；聚变反应需要在高温高压下才能进行。故B错误；由于核裂变的过程中释放能量，可知核裂变反应中的U的比结合能小于Ba和Kr的比结合能。故C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，在题中核聚变反应释放的核能为△E＝△m?c2＝（m1+m2﹣m3﹣m4）c2．故D正确。
9．AC
【解析】
【详解】
放射性元素的半衰期不随外界温度的变化而变化，选项A正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项B错误；核反应方程应遵循质子数和质量数守恒，选项C正确；γ射线是原子核跃迁产生的，选项D错误.
10．BD
【解析】
【详解】
质子和中子的质量数相等，但是质量不等，选项A错误；维系原子核稳定的力是核力，核力可能是吸引力，也可能是排斥力，选项B正确；根据原子核内部质量数与质子数及中子数的关系可知，质子数和中子数的关系只与元素的种类有关，即中子数不一定大于质子数，故C错误。β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，选项D正确.
11． 4E3－3E2－2E1
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]核反应方程为：，氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该核反应中释放的核能△E=4E3-2E1-3E2。
12．放出 减少 3.1×10－29
【解析】
氘核和氚核结合成氦核的核反应是聚变反应，聚变反应放出能量，发生质量亏损，减少的质量
13．（1）→+（2）5.41MeV（3）5.31MeV
【解析】
【分析】
核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒；求出质量亏损△m，根据爱因斯坦质能方程求解释放的能量；衰变前后系统的动量守恒，根据动量守恒定律分析α粒子和铅核关系，根据动能与动量的关系及能量守恒列式求解。
【详解】
（1）根据质量数与质子数守恒规律，则有，衰变方程：
（2）衰变过程中质量亏损为：△m＝209.982 87 u﹣205.974 46 u﹣4.002 60 u＝0.00581 u
反应过程中释放的能量为：△E＝0.005 81×931.5 MeV＝5.41 MeV；
（3）因衰变前后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反，
则有：
即：mαEkα＝mPb?EkPb，
则：4Ekα＝206?Ekpb
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故有：Ekα+Ekpb＝△E＝5.41 Mev
所以α粒子从钋核中射出的动能为：Ekα＝5.31 MeV
【点睛】
该题基于衰变考查动量守恒定律、质能方程和能量守恒等，要注意质能方程对应的质量为亏损的质量.
14．①核反应方程式为②
【解析】
【分析】
根据核反应前后电荷数和质量数守恒手写核反应方程；根据质能方程求解释放的核能.
【详解】
①核反应方程式为
②核反应过程中的质量亏损：
氘核聚变时放出的能量：