江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.6核能利用 质量检测（含解析）

4.6核能利用
1．下列说法正确的是
A．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
B．β衰变说明原子核内部存在自由电子
C．由爱因斯坦质能方程可知，质量与能量可以相互转化
D．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
2．已知质子、中子、氘核的质量分别是m1、m2、m3，光速为c．在质子和中子结合成氘核的过程中（　　）
A．释放的能量为（m1+m2+m3 ）c2
B．释放的能量为（m1+m2-m3）c2
C．吸收的能量为（ml+m2+m3）c2
D．吸收的能量为（ml+m2-m3 ）c2
3．某核反应方程为+→+x．已知的质量为2.0136u， 的质量为3.018u， 质量为4.0026u，x的质量为1.0087u．则下列说法中正确是（ ）
A．x是质子，该反应释放能量 B．x是中子，该反应释放能量
C．x是质子，该反应吸收能量 D．x是中子，该反应吸收能量
4．质子、中子和氦原子核的质量分别为m1、m2和m3,当2个质子和2个中子结合为一个氦原子核时，释放的能量是。(c表示真空中的光速）
A．（2m1+2m2-m3)c B．（2m1-2m2-m3)c
C．（2m1+2m2-m3)c2 D．（2m1-2m2-m3)c2
5．关于核反应，下列说法正确的是（）
A．氢弹和原子弹都是利用的重核裂变
B．在核反应过程中，质量守恒
C．半衰期越大，原子核衰变越快
D．目前，各个国家的核能发电都利用的重核裂变
6．下列说法正确的是( )
A．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
B．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质
C．光子的能量由光的强度所决定
D．只要有核反应发生，就一定会释放出核能
7．下列说法正确的是
A．氢原子的发射光谱是连续光谱
B．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
C．光子具有波粒二象性，其他的微观粒子不具有波粒二象性
D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时， 放出的能量为(m1＋m2－m3)c2
8．以下说法正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从金属锌板表面逸出的光电子的最大初动能也增大
B．如果一个电子的德市罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动量相等
C．现在很多手表的指针上涂有一种新型发光材料，白天外层电子吸收光子跃迁到高能级轨道，晚上向低能级轨道跃迁放出光子，其放出光子的波长一定吸收光子的波长相等
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
9．下列说法中正确的是( )
E．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
A．无论入射光的频率多么低，只要该入射光照射金属的时间足够长，也能产生光电效应
B．氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子动能增加，原子的电势能减小
C．在用气垫导轨和光电门传感器做验证动量守恒定律的实验中，在两滑块相碰的端面上装不装上弹性碰撞架，不会影响动量是否守恒
D．铀原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
10．当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生γ光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是 ( )
A．核子结合成原子核时，要放出一定的能量
B．原子核分裂成核子时，要放出一定的能量
C．γ光子具有一定的能量，氘核的质量小于中子与质子的质量之和
D．γ光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和
11．在正、负电子对撞机中，一个负电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子。设正、负电子的静止质量均为m，对撞前的动能均为E，光在真空中的速度为c，普朗克常量为h，则对撞前后比较：
（1）质量亏损△m=_______
（2）转化成光子在真空中的波长λ= ________________
12．1932年，有人使动能为0.5MeV的质子与静止的Li核碰撞，发现有两个同样的新核产生，这个核反应方程式为 ____________________。实验中测得放出的那两个新核的动能之和为17.6MeV，已知上述反应中放出的那种新核的质量为kg，H和Li的质量分别为kg和kg，则反应中质量亏损_________ kg，按爱因斯坦质能关系，相当于放出 _______MeV的能量，这个计算值与实验结果符合得很好，从而证实了爱因斯坦的质能方程。
13．两个氘聚变产生—个中子和一个氦核的过程中会发生通量亏损，释放出核能．已知A核的质量为2.0136,中子质量1.0087，的质量为3.0150.若亏损质量△m：=l,则释放核能△E=931.5MeV.
（1）写出上述反应的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能
14．北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献．国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似﹣在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量．
（1）已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，写出该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长．
（2）若m1=2.0141u、m2=3.0161u、m3=4.0026u和m4=1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量（以MeV为单位，结果保留三位有效数字）．
参考答案
1．D
【解析】核力属于短程力，距离大到一定程度就变为零，因此并非核力总是大于库仑力，故A错误．β衰变的实质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，电子不是原子核的组成部分，故B错误．质能方程告诉了我们质量和能量之间的关系，但是并非指质量可以转化为能量，故C错误．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值?的整数倍，这个不可再分的最小能量值?叫做能量子，故D正确．故选D．
点睛：本题考查了原子物理中的基本概念，对于这些基本概念要熟练掌握并正确应用，同时注意平时的多加记忆，注意β衰变释放的电子来自原子核，不是核外电子，但是电子不是原子核的组成部分．
2．B
【解析】在质子和中子结合成氘核的过程中存在质量亏损,根据爱因斯坦质能方程可知,△E=△m?c2=(m1+m2?m3)c2，故B正确，ACD错误。
故选：B。
3．B
【解析】某核反应方程为+→+x．根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0．所以X是中子．反应前质量为2.0136u+3.018u=5.0316u．反应后质量为4.0026u+1.0087u=5.0113u．即得核反应后质量亏损，所以该反应释放能量．故选B．
4．C
【解析】反映方程为
反应前总质量为，反应后总质量为，故根据质能方程可得释放处的能量为，C正确．
5．D
【解析】原子弹是利用核裂变，氢弹是利用核聚变，A错误；在核反应过程中，质量数守恒，有质量亏损，所以质量不守恒，B错误；半衰期越大，原子核衰变越慢，C错误；由于轻核聚变条件不好到达，所以目前，各个国家的核能发电都利用的重核裂变，D正确．
6．B
【解析】
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变无意义，选项A错误；原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质，选项B正确；光子的能量由光的频率所决定，选项C错误；有核反应发生，必须要有质量亏损才会释放出核能，选项D错误；故选B.
7．D
【解析】 氢原子的发射光谱是明线光谱，不是连续光谱，选项A错误； 比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项B错误； 光子具有波粒二象性，其他的微观粒子也具有波粒二象性，选项C错误； 氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，根据质能方程可知，当氢核与中子结合为氘核时， 放出的能量为(m1＋m2－m3)c2，选项D正确；故选D.
8．B
【解析】根据Ekm=hγ-W，可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，与入射光的强度无关，故A错误；根据 可知，如果一个电子的德市罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动量相等，选项B正确；原子由高能轨道向低能级辐射光子时，不止放出一种波长的光子，所以不是跟吸收的光的波长完全一致，故C错误．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误；故选B.
9．BCE
【解析】
试题分析：如果入射光的频率很低，尽管入射光照射金属的时间足够长，也不能产生光电效应，选项A错误；根据玻尔理论，氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子动能增加，原子的电势能减小，选项B正确；在用气垫导轨和光电门传感器做验证动量守恒定律的实验中，在两滑块相碰的端面上装不装上弹性碰撞架，不会影响动量是否守恒，选项C正确；核力是短程力，故铀原子核内的某一核子只与它附近的核子有力的作用，较远的核子间无核力作用，选项D错误；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，根据质能方程可知，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，选项E正确；故选BCE.
考点：光电效应；玻尔理论；核力；质能方程
10．AC
【解析】
当一个中子和一个质子结合成一个氘核时，有质量亏损，氘核的质量小于中子与质子的质量之和，向外放出一定的能量．故A、C正确，B、D错误．
故选AC．
【名师点睛】
轻核聚变有质量亏损，向外放出能量．根据爱因斯坦质能方程判断反应前后的质量关系．
11．
【解析】（1）由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为△m=2m-0=2m．
（2）由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为△E=△mc2=2mc2，根据能量守恒得，每个光子的能量为E=( 2mc2+2Ek)=mc2+Ek，又 ，联立得到，波长．
点睛：本题要知道光子的质量为零，运用能量守恒定律时，电子对撞前的动能不能忘记.
12．
【解析】根据质量数和电荷数守恒可得该反应方程为：11H+73Li→2 42He；
反应前后的质量亏损为：△m=1.6726×10-27kg+11.6505×10-27kg-2×6.6466×10-27kg=2.99×10-29kg．
根据质能方程释放能量为：△E=mc2=16.8MeV
13．（1）（2）3.26MeV
【解析】
（1）根据质量数和电荷数守恒可得：
（2）由题可知，反应过程中亏损的质量为=（2.0136×2-3.0150-1.0087）=0.0035
则释放的核能为：MeV×0.0035=3.26MeV
14．（1）（2）17.6MeV
【解析】（1）由电荷数守恒、质量数守恒得，核反应方程为：，
由质能方程得释放的核能为：△E＝(m1+m2?m3?m4)c2，
若此核能全部以光子形式释放，由△E＝h知γ光子的波长为： ．
（2）质量亏损为：△m=m1+m2-m3-m4=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u，
则释放的能量为：△E=0.0189×931.5MeV=17.6MeV．
点睛：本题考查了爱因斯坦质能方程的基本运用，知道反应前质量大于反应后的质量，结合质量亏损进行求解．