上海市甘泉高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：5.1核能来自何方 跟踪训练（含解析）

5.1核能来自何方
1．下列说法中不正确的是
A．伽利略的理想斜面实验运用了实验和逻辑推理相结合的科学研究方法
B．“合力”、“交流电的有效值”用的是“等效替代”的科学研究方法
C．发生光电效应时，同一频率的入射光越强，光电子的最大初动能越大
D．已知中子质量、质子质量和氘核质量，则可以计算氘核的比结合能
2．下列与能量有关的说法正确的是( )
A．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核结合能越大
B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子动能增大
C．发生光电效应时，入射光频率增大，光电子的动能增大
D．一个氢原子处于的激发态向较低能级跃进，最多可放出3种频率的光
3．关于近代物理知识，下列说法中正确的是
A．原子核的比结合能越大，原子核越稳定
B．汤姆孙发现了电子，并测量出了电子的电荷量
C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
D．在光电效应现象中，金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
4．下列关于近代物理的说法，正确的是（ ）
A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱
B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现
C．光的波动说在解释?光电效应实验现象时遇到了巨大的困难
D．质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福
5．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．铋210的半衰期是5天，1克铋210经过10天衰变，总质量变为0.25克
6．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（原子序数较大）发生了一次α衰变．放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，以M表示新核的质量．设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能．则下列说法正确的是
A．新核做圆周运动的半径一定大于R
B．若α粒子在磁场中做逆时针的圆周运动，则新核在磁场中做顺时针的圆周运动
C．该衰变过程的质量亏损为M－m
D．该衰变过程的质量亏损为
7．精确的研究表明，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Z有如图所示的关系．根据该图所提供的信息及原子核的聚变、裂变有关知识，下列说法正确的是
A．从图中可以看出，铁Fe原子核中核子的平均质量最大
B．原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，质量会增加
C．原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核，能释放核能
D．原子序数较大的重核裂成原子序数小一些的核B和C，需要吸收能量
8．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的有
A．核的结合能约为28MeV
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时释放能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
9．下列说法正确的是
A．黑体辐射随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加，并且辐射强度的极大值向波长较短方向移动
B．法国物理学家贝可勒尔首先发现了天然放射现象，由此说明原子具有复杂的结构
C．由玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，核外电子的动能増大
D．原子核的比结合能越小，其核子结合的越牢固，原子核越稳定
10．2018年8月23日报道，国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS?)项目通过国家验收，投入正式运行，并将对国内外各领域的用户开放．有关中子的研究，下面说法正确的是( )
A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
B．卢瑟福发现中子的核反应方程
C．在中子轰击下生成的过程中，原子核中平均核子质量变小
D．β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转变为质子时所产生的
11．一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为_________________。该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为_____________________。
12．某恒星内部，3个粒子可结合成一个碳核，已知的质量为粒子的质量为m2，真空中光速为c．
①请写出该核反应方程___________________；
②这个反应中释放的核能为____________________．
13．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为，其中氘核的质量为2.0136 u，氦核的质量为3.0150 u，中子的质量为1.0087 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。求：
(1)核反应中释放的核能；（结果保留两位小数）
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．（结果保留两位小数）
14．中科院等离子物理研究所设计并制造的世界上首个“人造太阳”实验装置大部件已安装完毕．若在此装置中发生核反应的方程是， 已知、核的比结合能分别为EH=1.11MeV、EHe=7.07MeV， 试求此核反应过程中释放的核能．
15．质量m1的静止的U衰变为质量m2的Th,放出质量m3的α粒子,有γ光子辐射.
（1）求衰变过程释放的核能.
（2）若α粒子动量大小是p1,γ光子动量大小为p2,它们方向相同,求Th的动量大小.
参考答案
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A、伽利略的“理想斜面实验”是建立在可靠的事实基础之上的，它来源于实践，而又高于实践，创造了实验与逻辑推理相结合的科学研究方法；故A正确.
B、“合力”、“交流电的有效值”用的是“等效替代”的科学研究方法；故B正确.
C、根据光电效应方程：，可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关，同一频率的入射光，光电子的最大初动能相同；故C错误.
D、根据质能方程，已知中子质量、质子质量和氘核质量，则氘核的结合能：，氘核有两个核子，所以比结合能为:;故D正确.
本题选择不正确的故选C.
2．D
【解析】
【详解】
原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，但是原子核结合能不一定越大，选项A错误；根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子运动的半径变大，根据可知，电子的动能减小，选项B错误；发生光电效应时，入射光频率增大，光电子的最大初动能增大，选项C错误；一个氢原子处于的激发态向较低能级跃进，最多可放出3种频率的光，分别对应着：4→3，3→2，2→1的跃迁，选项D正确.
3．A
【解析】原子核的比结合能表明原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越稳定，选项A正确；汤姆孙发现了电子，但测量出电子电荷量的是密立根，选项B错误；原子核的β衰变过程是原子核内中子转变为质子而释放出电子的过程，核外电子没有参与该反应，选项C错误；在光电效应现象中，金属的逸出功与材料有关，与入射光的频率无关，选项D错误。
4．C
【解析】
【详解】
A、玻尔建立了量子理论，解释了氢原子发光现象，但不能成功解释了各种原子发出的光谱，故选项A错误；
B、粒子的散射实验揭示原子具有核式结构，故选项B错误；
C、光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难，故选项C正确；
D、质能方程揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是爱因斯坦，故选项D错误。
5．A
【解析】
【详解】
A、比结合能是结合能与核子数的比值，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，如轻核聚变、重核裂变，故A正确；
B、氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，根据知，电子的动能增大，则电势能减小，故B错误；
C、发生光电效应时，入射光越强，光电子数目越多，而光子的最大初动能与光照强度无关，故C错误；
D、铋210的半衰期是5天，经过10天后，发生2个半衰期，有数发生衰变，即有的铋还没有衰变，还有衰变产物，总质量大于0.25克，故D错误；
故选A.
6．D
【解析】
【详解】
A.因为衰变前原子核静止，根据动量守恒可知，衰变后产生的新核和α粒子总动量为零，动量大小相等，方向相反，根据可知，新核带电量大，新核半径小，所以新核做圆周运动的半径一定小于R，A错误．
B.因为新核和α粒子运动方向相反，而都带正电，根据左手定则可以判断两粒子圆周运动方向相同，B错误．
CD.根据可知，α粒子的动量，所以反应释放能量：，根据爱因斯坦方程，联立上式解得：．C错误，D正确．
7．C
【解析】
【详解】
从图中可以看出，铁Fe原子核中核子的平均质量最小，选项A错误；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错误；原子序数很小的轻核D和E结合成一个原子序数大些的F核会有质量亏损，能释放核能，选项C正确；原子序数较大的重核裂成原子序数小一些的核B和C，需要放出能量，选项D错误．
8．AC
【解析】
【详解】
A．结合能等于比结合能与核子数的乘积，所以核的结合能为7×4=28MeV，故A正确；
B．核比结合能为7MeV，核为5MeV，比结合能越大的核越稳定，所以核比核更稳定，故B错误；
C．两个核结合成核即为核聚变，核聚变会释放大量的能量，故C正确；
D．核子的平均结合能就是比结合能，核中核子的平均结合能比核中的大，故D错误。
9．AC
【解析】
【详解】
黑体辐射随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加，并且辐射强度的极大值向波长较短方向移动，选项A正确；法国物理学家贝可勒尔首先发现了天然放射现象，由此说明原子核具有复杂的结构，选项B错误；由玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，核外电子的轨道半径也减小，由可知，，则核外电子的动能増大，选项C正确；原子核的比结合能越大，其核子结合的越牢固，原子核越稳定，选项D错误.
10．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、所有粒子都具有波粒二象性，故A正确；
B、查德威克发现中子的核反应是：，故B错误；
C、裂变反应释放出能量，根据质能方程知，在中子轰击下生成和的过程中，释放大量的能量，由质量亏损，原子核中的平均核子质量变小，故C正确；
D、β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转变为质子时产生的，故D正确；
故选ACD．
11．
【解析】设某原子核的质量数为x,核电荷数为y,根据核反应前后质量数、核电荷数均守恒可得 x+1=2,0+y=1,联立两式解得x=1,y=1,该原子核为质子,核反应方程式为 。核反应放出能量为Q时, 的比结合能为.
【点睛】应用质量数与核电荷数守恒可以写出核反应方程式，知道结合能的概念是正确求出结合能的关键．
12．（1）（2）c2（3m2-m1）
【解析】
试题分析：（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：；
（2）一次核反应方程的质量亏损为：△m=3m2-m1；
发生一次核反应释放的核能为：△E=c2?△m=c2（3m2-m1）
考点：核反应方程；核能计算
【名师点睛】该题考查爱因斯坦质能方程，解答的关键是知道核反应方程质量数和核电荷数守恒，△E=△mc2中△m是亏损质量，△E是释放的核能。
13．（1）3.26 MeV（2）2.97 MeV 0.99 MeV
【解析】
【分析】
（1）先求出核反应中质量亏损，再由爱因斯坦质能方程，求出核反应中释放的核能；
（2）两氘核对心碰撞过程，遵守动量守恒和能量守恒根据动量守恒和能量守恒列方程求解；
【详解】
（1）质量亏损
由可知释放的核能：
（2）把两个氘核作为一个系统，碰撞过程中系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大、反向，反应前后系统的总动量为零，即
反应前后系统的总能量守恒，即
由，动能和动量的关系，及
解得
由以上各式代入已知数据得，。
【点睛】
对于核反应，要抓住微观粒子的碰撞，相当于弹性碰撞，遵守两大守恒：动量守恒和能量守恒。
14．△E=23.84MeV
【解析】
【分析】
【详解】
则核反应过程中释放的核能：△E=4EHe?4EH=4×(7.07?1.11)MeV=23.84MeV，
答：此核反应过程中释放的核能23.84MeV.
15．（1）(m1-m2-m3)c2 （2）p=p1+p2
【解析】
【详解】
由爱因斯坦质能方程得：
由动量守恒定律
得到