5.3核力与结合能— 2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第三册检测word版含答案

5.3核力与结合能
一、单选题
由于太阳温度足够高，所有的原子均电离成了原子核和电子，因此太阳是理想的热等离子球体。太阳用核聚变的方式向太空辐射能量，通过光谱分析知太阳的主要成分是氢，涉及氢的核聚变反应式，所有产生的正电子将会与太阳中的电子发生湮灭。已知电子质量，质子质量，核质量，中微子的质量和电荷量可不计，下列说法中正确的是
A.
正电子与电子湮灭方程一定是，其中是光子
B.
氢的核聚变反应释放的核能约为
C.
平均每个质子产生的太阳辐射能最多为
D.
上述核反应元素在地球上储量丰富，人类已经掌握和平利用聚变核能的技术
太阳的主要成分是氢，在太阳内部，每时每刻都在发生核反应：，若氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、和，真空中的光速为c，则该核反应释放的核能为
A.
B.
C.
D.
一个静止的铀核原子质量为放出一个粒子原子质量为后衰变成钍核原子质量为。已知1u相当于的能量。则
A.
释放出的核能约为
B.
核反应过程中系统能量不守恒
C.
铀核的比结合能大于钍核的比结合能
D.
若释放的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则粒子的动能小于钍核的动能
关于原子核的相关知识，以下说法正确的是
A.
核力是原子核内质子和质子之间的作用力，中子和中子之间并不存在核力
B.
氡222的半衰期是天，镭226的半衰期是1620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226核先发生衰变
C.
核裂变释放出能量，但的结合能却比的小
D.
质子、中子、粒子的质量分别是、、，质子和中子结合成一个粒子，释放的能量是
有一种典型的铀核裂变，生成钡和氪，同时放出3个中子，其核反应方程可表示为，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是
A.
核反应方程中，X粒子是正电子
B.
核反应方程中，X粒子是质子
C.
、和相比，核的比结合能最大，所以最稳定
D.
裂变产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能
核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。反应堆中的核反应方程式为，已知铀核的质量，中子的质量，锶核的质量，氙核的质量，光在真空中的传播速度为c。则
A.
，
B.
，
C.
一个裂变时的质量亏损
D.
一个裂变时释放的能量为
二、填空题
铀核裂变的一种方式是，该反应的质量亏损是，1u相当于的能量。
核反应方程中的X是________；
该反应放出的能量是________MeV。
太阳能量来源与太阳内部氢核的聚变。1个和1个结合成1个氦核。该核反应的方程式为：________。已知的质量为，的质量为，氦核的质量为，中子的质量为，真空中光速为c。该反应释放的核能为________。
国家重大科技基础设施中国散裂中子源已经通过国家验收，投入正式运行。它是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。在某课题研究中核反应方程为，则X是________。已知的质量为，的质量为，的质量为，X的质量为，该反应释放能量为________MeV。质量亏损1u释放的能量约
2019年4月据中国核工业集团有限公司公布的消息，中国“人造太阳”环流器二号装置将于今年建成，其科研目标是探索可控核聚变研究，实现“人造太阳”的人类终极能源追求。核反应方程为。已知氘核质量为，氦核质量为，X质量为，1u的质量相当于的能量，则：
将核反应方程补充完整；
求核反应中释放的核能________最后结果保留三位有效数字
三、计算题
现代科学研究表明，太阳可以不断向外辐射能量，其来源是它内部的核聚变反应，其中主要的核反应方程是4个质子和2个负电子聚合在一起，并释放核能。在地球上与太阳光垂直的表面上，单位面积接收到的太阳能辐射功率为P，已知普朗克常量h，光速c，太阳到地球之间的距离为，若太阳释放的核能最后都以可见光的形式辐射，其平均频率为v，球面面积公式，求：
写出太阳的核聚变反应方程；
太阳发出的光子的平均动量大小；
地球上与太阳光垂直且面积为S的平面，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数；
每年太阳由于核聚变所减少的质量。设一年的时间为
有“人造太阳”之称的“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。“人造太阳”核聚变的反应方程为，此反应中释放的核能为，已知光速为c。
请确定聚变方程中Z、M的数值；
求上述聚变反应中的质量亏损；
轻核聚变、重核裂变是两种重要的核反应类型，请你结合实际，说明它们的异同点。
答案和解析
1.B2.
C3.
A4.
C5.
D6.
A
7.
；
8.
；
9.中子；
10.
；
11.解：由题，该核反应方程是4个质子和2个负电子聚合在一起，为：；
根据与，可得光子的平均动量大小为：；
设每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数为N，
根据题设条件可知，所以，
代入数值解得：个；
设1s内太阳辐射的能量为，1年内太阳辐射的能量为E，每年太阳由于发光减少的质量为m，
根据题设条件可知，，
根据质量亏损和质能关系可知，
所以每年太阳由于发光减少的质量，
其中：，
代入数值解得：。
答：太阳的核聚变反应方程为；
太阳发出的光子的平均动量大小为；
地球上与太阳光垂直且面积为S的平面，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数为个；
每年太阳由于核聚变所减少的质量为。
12.解：根据质量数和核电荷数守恒，可以解得：为中子，即，；
由爱因斯坦质能方程得；
相同点：都能释放核能，都是人类获得核能的重要途径等
不同点：轻核聚变不易控制，重核裂变可控，轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，重核裂变有辐射性有污染等。
答：聚变方程中Z、M的数值分别为0与1；
聚变反应中的质量亏损为；
相同点：都能释放核能，都是人类获得核能的重要途径等
不同点：轻核聚变不易控制，重核裂变可控，轻核聚变产生物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，重核裂变有辐射性有污染等。
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