宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：核能 单元测评（含解析）

核能
1．用质子轰击锂核（ ）产生粒子的核反应方程是，已知mLi=7.0160u，mH=1.0078u，mHe=4.0026u，1u相当于931.5MeV，则该核反应方程中的k值及该反应放出的核能分别是（　　）
A．1和3745.7478MeV
B．1和2806.9821 MeV
C．2和1860.2055MeV
D．2和17.3259MeV
2．下列关于物理学史实和原理的说法中正确的是
A．沿着水平面滚动的小球，会越来越慢，最后停下来，亚里士多德认为这是摩擦阻力作用的结果
B．英国科学家牛顿发现了万有引力定律，并用实验方法测出万有引力常量
C．哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，确定行星以椭圆轨道绕太阳运行
D．太阳内部发生的核反应是热核聚变反应
3．一个原子核俘获一个中子后发生裂变反应，一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则下列说法正确的是
A．X原子核中含有38个中子
B．X原子核中含有94个核子
C．因为裂变释放能量，根据E=mc2，所以裂变后的总质量数减小
D．因为裂变释放能量，与的比结合能都小于核
4．原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使释放的核能能够为人类的和平建设服务．链式反应的核反应方程式为，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mn、mu、mBa、mKr分别表示中子、核、核、核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是
A．X为中子，a=2
B．核反应生成的核废料具有放射性
C．核反应过程中，mu +mn =mBa+mKr+a mX
D．上述核反应中放出的核能△E=(mU－mBa－mKr－amX)c2
5．下列叙述中正确的是（　　）
A．牛顿提出了万有引力定律，并通过实验测出了万有引力常量
B．奥斯特发现了电流的磁效应，总结出了电磁感应定律
C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1
D．目前投入运营的核电站是利用了轻核的聚变
6．以下是有关近代物理内容的若干叙述 ，其中正确的有
A．一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，将最多向外辐射六种不同频率的光子
B．由爱因斯坦质能方程E=mc2可知，质量与能量是可以相互转化的
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究发现了原子核，并通过用α粒子轰击氦核又发现了质子和中子
D．现在的很多手表指针上涂有一种新型发光材料，白天吸收光子，外层电子跃迁到高能级轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发出的光的波长一定跟吸收的光的波长一致
7．现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为：，到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的．已知的质量为m1，的质量为m2，则下列判断正确的是（　　）
A．3m1=m2 B．3m1＜m2 C．3m1＞m2 D．m1=3m2
8．碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是
A．万有引力、库仑力、核力
B．万有引力、核力、库仑力
C．库仑力、万有引力、核力
D．核力、万有引力、库仑力
9．关于原子和原子核的知识，下列说法正确的是
A．α粒子散射实验表明,原子是可分的
B．根据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以辐射各种不同频率的光子
C．原子核的结合能越大，原子核越牢固
D．原子核发生β衰变,原子核的质子数会增多
10．对核反应 方程，下列说法中正确的是( )
A．和是两种不同元素的原子核
B．X是中子
C．这个反应过程中质量数守恒，但质量一定有亏损
D．这个反应既是核聚变反应，又是核裂变反应
11．氢弹是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器，又称聚变弹。聚变反应方程为H+H→He+x+17.6MeV。已知氘核、氚核的比结合能分别是1.09MeV、2.78MeV，lu=931Mev/c2，下列表述正确的是（ ）
A．x是质子
B．聚变反应中质量亏损约为0.0189u
C．氘核比氚核更稳定
D．氦原子核的结合能为28.12Me
12．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）
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重核的结合能
C．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
D．比结合能越大，平均核子质量越小，原子核越稳定
13．下列关于核反应及其应用，说法正确的是（　　）
A．是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
B．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：
C．居里夫妇通过实验首次发现了放射性磷元素：
D．是α衰变方程，也是太阳能量的来源
14．下列说法中正确的是
A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，若a光能使某金属发生光电效应，则采用b光照射也一定能发生光电效应
B．图乙是铀核裂变图，其核反应方向为，若该过程质量亏损为，则铀核的结合能为
C．图丙表示LC振荡电路充放电过程的某瞬间，根据电场线和磁感线的方向可知电路中电流强度正在减小
D．图丁中的P、Q是偏振片。当P固定不动缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波
15．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：
＋→＋X，式中X是某种粒子。已知：、、和粒子X的质量分别为m1＝2．0141u、m2＝3．0161u、m3＝4．0026u和m4＝1．0087u；1u相当于931．5MeV的能量。由上述反应方程和数据可知，粒子X是________；该反应的质量亏损为________（用m1、m2、m3、m4表示）；该反应释放出的能量为________MeV（结果保留3位有效数字）。
16．产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3．8×1026J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。
17．一个锂核质量为11.6505×10﹣27kg）受到一个质子（质量为1.6736×10﹣27kg）的轰击，变成两个 α粒子（质量为6.6466×10﹣27kg）．
（1）写出核反应方程式
（2）此过程是吸热还是放热？热量为多少？
18．从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。
(1)已知电子质量为m，电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为R。原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值。
(2)在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核和中子（）的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）
参考答案
1．D
【解析】
根据质量数与电荷数守恒，由题意可知反应方程式是：37Li+11H→224He，则k=2；核反应前后发生的静止质量亏损△m=mLi+mp-2mα=7.0160u+1.0078u-2×4.0026u=0.0186u；由质能方程得，核反应释放的能量△E=△mc2=0.0186u×931.6MeV=17.3259MeV，故D正确，ABC错误；故选D.
2．D
【解析】
最先提出摩擦阻力改变运动的伽利略，A错误；万有引力常量是卡文迪许最先测出的，B错误；确定行星以椭圆轨道绕太阳运行的科学家是开普勒，C错误；太阳内阻发生的核反应是热核聚变反应，D正确．
3．B
【解析】
由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有z=92-54=38个质子，质量数：m=235+1-140-2=94，即核子数为94；而中子数：n=94-38=56个．故A错误，B正确；因为裂变时释放能量，出现质量亏损，但生成物的总质量数不变．故C错误；由于核裂变的过程中释放能量，所以反应前U核的结合能小于反应后生成物的总结合能．故D错误；故选B．
4．B
【解析】
根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得X为中子，a=3，选项A错误；核反应中质量亏损：，根据质能方程： ，选项CD错误；核反应生成的核废料具有放射性，选项B正确；故选B.
5．C
【解析】
A．牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，选项A错误；
B．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第总结出了电磁感应定律，选项B错误；
C．根据电荷数守恒，质量数守恒知，β衰变放出一个电子，新核的电荷数增1，即原子序数增加1，选项C正确；
D．目前投入运营的核电站是利用了重核裂变，选项D错误。
故选C。
6．D
【解析】
A、一个处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，逐级跃迁向外辐射的光子种类最多为3种，故A错误．B、爱因斯坦的质能方程E=mc2，不是质量和能量可以相互转化，二者概念根本不同，当发生质量亏损时，质量只是以光子形式发射出去，故B错误．C、卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，故C错误．B、白天吸收光子外层电子跃迁到高能轨道，晚上向低能级跃迁放出光子，其发光的波长一定跟吸收的光的波长完全一致，故D正确．故选D．
【点睛】本题考查了α粒子散射实验、康普顿效应、光电效应、爱因斯坦质能方程等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础概念和基本规律，
7．C
【解析】太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的，所以核反应前后质量会减少，反应前的质量为，反应后的质量为，所以，C正确．
8．A
【解析】核力是强力，它能将核子束缚在原子核内。万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略。故选A。
点睛：该题考查四种相互作用．要注意原子核中，核子之间的力，只有核力是最强，其它两个力都很弱．
9．AD
【解析】
卢瑟福由α粒子散射实验提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，这一模型也被称为“行星模型”，即原子是可分的，故A正确；根据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以辐射一系列不同频率的光子，选项B错误；原子核的比结合能越大，原子核越牢固，选项C错误；经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故D正确；故选AD.
10．BC
【解析】
A．和都只有一个质子，电荷数都是1，都是氢的同位素，是同一种元素的原子核，故A错误；
B．由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为，是中子，故B正确；
CD．由该核反应的特点可知，该核反应是聚变反应，有质量亏损，但质量数是守恒的，故C正确、D错误．
故选BC。
11．BD
【解析】聚变反应前后遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为1，电荷数为0，即x为中子，选项A错误；根据质能方程，质量亏损，选项B正确；氚核的比结合能较大，即把氚核分解为自由核子时平均每个核子需要的能量较大，因而氚核较稳定，选项C错误；题中核反应可以等效地看做两个过程：一是将、分解为5个自由核子，吸收能量：，然后再将5个自由核子结合成和，释放能量：，整个反应释放能量为 ，可得氦核的结合能为E=28.12MeV，选项D正确；故选BD.
12．ABD
【解析】
根据结合能的定义可知，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，故A正确；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重核的结合能，故B正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故C错误；比结合能越大，平均核子质量越小，原子核越稳定，故D正确．所以ABD正确，C错误．
13．BC
【解析】
【详解】
A．是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，氢弹的发生的核反应为聚变，故A错误；
B．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：，故B正确；
C．居里夫妇通过实验首次发现了放射性磷元素，故C正确；
D．是聚变反应核方程，也是太阳能量的来源，故D错误。
故选BC。
14．ACD
【解析】从图中可以看出，b光线在水中偏折得厉害，即b的折射率大于a的折射率，由折射率与频率的关系可知，b光的频率大于a光的频率，结合光电效应发生的条件可知，若a光能使某金属发生光电效应，则采用b光照射也一定能发生光电效应．故A正确．核子结合成原子核释放出的能量与核子数之比是结合能；在核反应的过程中，质量亏损为△m，核反应的过程释放的能量为△mc2，不是结合能．故B错误．由图示磁场由安培定则可知，电路电流沿顺时针方向，由电容器极板间电场方向可知，电容器上极板带正电，则此时正处于充电过程，电路电流逐渐减小．故C正确．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确．故选ACD.
点睛：该题考查多个知识点的内容，其中根据磁场方向应用安培定则判断出电路电流方向、根据电场方向判断出电容器带电情况是正确解题的关键．
15．（或中子） m1＋m2－m3－m4 17．6
【解析】核反应方程＋→＋；质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4；释放的核能ΔE＝Δmc2＝17．6MeV
16．使轻核之间的距离减小到10－15m 把它们的温度加热到很高 热核反应 热核 4―→＋2
【解析】产生聚变的条件是使轻核之间的距离减小到10－15m，采用把它们的温度加热到很高的方法来满足上述条件，4―→＋2。
17．（1）； （2）△E=17.3MeV
【解析】
【分析】
根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程，算出亏损质量，依据E=mc2，可以求得释放的核能；轰击前后能量守恒．反应后生成α粒子的总动能等于核反应过程中释放出的核能与碰撞前质子的动能之和．
【详解】
（1）根据题意可知该反应的核反应方程式：
（2）根据质能方程得：△E=（mLi+mp﹣2mα）c2
代入数据得：△E=17.3MeV，所以此过程释放能量．
【点睛】
本题比较简单考查了核反应方程、核能计算等基础知识，越是简单基础问题，越要加强理解和应用，为解决复杂问题打下基础．
18．(1)；(2)，
【解析】
【分析】
【详解】
(1)电子绕原子核运动
解得
故等效电流值
(2)核反应所释放的能量为
核反应前后动量守恒

动能

可知
根据能量守恒
联立解得