上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.1核能来自何方 课时训练（含解析）

5.1核能来自何方
1．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关
B．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩钍
C．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
D．放射同位素经、衰变会生成，其中经过了3次衰变和2次衰变
2．下列说法中正确的是(　　)
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，新核的质量一定等于原核的质量，不可能出现质量亏损
3．下列说法正确的是
A．光子的能量由光的频率所决定
B．结合能越大的原子核越稳定
C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子动能减小，电势能增大，原子的总能量减小
4．下列说法中不正确的是（　　）
A．α粒子散射实验中使α粒子偏转的力主要是库仑力
B．引起α衰变的原因是弱相互作用
C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子
D．发生α衰变的原子核其比结合能小于α粒子的比结合能
5．关于原子核，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B．镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说100个镭226核经过1620年的一定还剩下50个镭226没有发生衰变
C．是核裂变
D．在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的
6．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福粒子散射实验证明了汤姆孙的“西瓜模型”的正确性
B．贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构
C．比结合能越大的原子核，核子的平均质量也越大
D．康普顿效应说明光具有波动性
7．2019年春节期间上映的科幻大片《流浪地球》，很受欢迎，影片中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”通过燃烧石头获得能量，所谓”重元素核聚变”指的是两个比较重（相对氘，氚）的核，产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程。影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅（Si）聚变生成铁（Fe），结合下比结合能图，下列说法正确的是（ ）
A．结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量
B．比结合能越大，原子核越稳定
C．Si的比结合能比Fe的比结合能大
D．已知硅核质量，可以算出硅核的结合能
8．关于原子核的结合能，下列说法不正确的是(　　)
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．比结合能越大，原子核越不稳定
D．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核( Pb)的结合能
9．下列说法正确的有
A．密立根油滴实验精确测定了电子电荷，发现了电荷是量子化的
B．氢原子光谱包含红外、可见光和紫外光
C．发生光电效应时，使光电流为零的遏止电压与入射光的频率成正比
D．原子核核子数越多，原子核越不稳定
10．［选修模块3-5］下列有关近代物理内容的表述正确的有
A．核力存在于原子核内任意两个核子之间
B．碳14 在活体生物体内和死亡后生物体内的半衰期是一样的
C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
D．高速运动的电子其物质波的波长与动量成反比
11．(1)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量___________（选填“越大”或“越小”）.有一群处于基态的氢原子被波长为λ0的单色光照射以后，还检测到波长不同于λ0的另外两种光，其中波长较长的一种波长为λ1，另一种波长是___________（用λ0、λ1表示）．已知氢原子的基态能量为-13.6eV，该光光子能量是_______eV
（2）有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X+14N→17O+1H中，核反应吸收的能量Q=[(m0+mH）-（mx+mN)]c2.在该核反应方程中，X表示_________（粒子）？X粒子以动能Ek轰击静止的147N核，若Ek=Q，则该核反应_________（填“能”或“不能”）发生？请简要说明理由_________
12．放射性元素氡()的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核()．设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是________．
A．该过程的核反应方程是→＋
B．发生一次核反应释放的核能为(m2＋m3－m1)c2
C．1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.5g
D．钋核的比结合能比氡核的比结合能大
13．发生一次衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为和的两个光子，
（1）试写出衰变方程式，
（2）并求出该核反应过程中亏损的质量。
14．中微子是一种非常小的基本粒子，广泛存在于宇宙中，共有电子中微子、μ中微子和τ中微子三种形态，其中只有前两者能被观测到．中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，它可以自由穿过地球，不与任何物质发生作用，因而难以捕捉和探测，被称为宇宙间的“隐身人”．中微子研究是当前物理研究的一大热点．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（υe）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为：νe＋→＋.求：
①在这个核反应过程中动量守恒定律还成立吗？
②已知核的质量为36.95658u，核的质量为36.95691u，的质量为0.00055u，质量u对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量是多少？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩，故B错误；比结合能越大，原子核越稳定，越牢固，故C错误；钍衰变成氡，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D正确。
2．C
【解析】
【详解】
γ射线是电磁波，α射线不是电磁波，选项A错误；β射线为原子核内的中子转化为质子时放出的负电子形成的电子流，选项B错误；用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性元素原子核衰变的半衰期，选项C正确；在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故D错误。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
根据光子能量计算公式 可知其能量由光子频率决定，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，故B错误；半衰期是大量原子衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，故C错误；按玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，故D错误；故选A
4．B
【解析】
【详解】
使α粒子产生偏转的力主要是原子核对α粒子的库仑力的作用，故A正确；弱相互作用是引起β衰变的原因；故B错误；根据原子物理的发展历程可知，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，故C正确；发生α衰变的过程中释放能量，可知发生α衰变的原子核其比结合能小于α粒子的比结合能，故D正确．本题选择错误的，故选B.
5．D
【解析】
【详解】
原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，故A错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，故B错误；核反应是β衰变方程，选项C错误；在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项D正确.
6．B
【解析】
【详解】
卢瑟福粒子散射实验得出了原子的核式结构理论，从而证明了汤姆孙的“西瓜模型”是错误的，选项A错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构，选项B正确；根据核子平均质量曲线与比结合能曲线可知比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小，故C错误；康普顿效应说明光具有粒子性，选项D错误.
7．B
【解析】
【详解】
原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能，故A错误；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。故B正确；Fe比Si稳定，Si的比结合能比Fe的比结合能小。故C错误；只知道硅核质量，不足以算出硅核的结合能。故D错误。
8．C
【解析】
【详解】
根据定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，因反应放出能量，则衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；铯原子核（Cs）的比结合能与铅原子核（Pb）的比结合能差不大大，而铯原子核（Cs）的核子小于铅原子核（Pb）的核子，所以铯原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）的结合能。故D正确；此题选择不正确的选项，故选C.
9．AB
【解析】
【详解】
A、电子电荷量的精确值是密立根通过油滴实验测出的，密立根提出了电荷分布的量子化观点，故选项A正确；
B、氢原子光谱包含红外、可见光和紫外光，故选项B正确；
C、根据光电效应方程，知遏止电压与入射光的频率与逸出功有关，与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故选项C错误；
D、中等大小的原子核，比结合能最大，原子核结合得越牢固，原子核越稳定，故选项D错误；
10．BD
【解析】
【详解】
核力与万有引力、库伦力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m，原子核的半径数量级在10-15m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核能稳定存在的原因，故A错误；放射性元素的半衰期与环境的变化无关，只与自身有关，故B正确；β衰变的实质是原子核内的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；德布罗意认为，任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，波长λ=h/P，该波的波长与该物体的动量成反比，故D正确。
11．（1）越大 10.2 （2）α 不能 生成的O和H还有动能
【解析】
【分析】
【详解】
（1）氢原子中的电子离原子核越远，则能级越高，氢原子能量越大．由波尔理论可得： 解得；由题意可知，在单色光的照射下，原子跃迁到了n=3的激发态，从n=3到低能台的跃迁中，从3到2的跃迁对应的波长较大，即为λ1；另一种是从2到1的跃迁，能级差为（-3.4eV）-(-13.6eV)=10.2eV，则此单色光的能量为10.2eV；
（2）由电荷数守恒可知，X质量数为4，表示α粒子；X粒子以动能Ek轰击静止的 147N核，若Ek＝Q，则该核反应不能发生；理由：生成的O和H还有动能；
12．AD
【解析】粒子X的质量数为222-218=4，电荷数86-84=2，所以X为氦核，核反应方程为，A正确；发生一次核反应释放的核能为，B错误；1 g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量，C错误；核反应释放的核能，故钋核的比结合能比氡核的比结合能大，D正确。
13．（1） （2）
【解析】
【分析】
根据电荷数守恒、质量数守恒 写出衰变的方程式，根据释放的能量，结合爱因斯坦质能方程求出质量亏损．
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程式为：．
释放的能量△E=hv1+hv2，根据△E=△mc2得质量亏损为：△m=．
14．①在这个核反应过程中动量守恒定律成立．②0.82MeV．
【解析】
【详解】
①在这个核反应过程中，外力远小于内力，动量守恒定律成立．
②反应过程需要的能量为：
△E=△mc2=（36.95691u+0.00055u-36.95658u）×931.5MeV≈0.82MeV
所以电子中微子的最小能量为：E=△E=0.82MeV