人教版高中物理选修2-3 6.3 核聚变和受控热核反应 同步测试（含解析）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修2-3 6.3 核聚变和受控热核反应 同步测试（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 79.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-07-12 15:42:24 | ||
图片预览
文档简介
人教版高中物理选修2-3第六章 第三节 核聚变和受控热核反应 同步测试
一、单选题（共10题；共20分）
1.下列关于核反应的说法正确的是（）
A.?爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B.?由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C.?核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D.?因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量不守恒
2.已知氘核的比结合能是1.09MeV ， 氚核的比结合能是2.78MeV ， 氦核的比结合能是7.03MeV ． 在某次棱反应中，1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，则下列说法中正确的是（）
A.?这是一个裂变反应??????????????????????????????????????????????B.?核反应方程式为 H+ H→ HE+ n
C.?核反应过程中释放的核能是19.6MeV??????????????????D.?目前核电站都采用上述核反应发电
3.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图．则（? ）
A.?轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外?????????????B.?轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C.?轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里?????????????D.?轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里
4.一质子束入射到静止靶核 Al上，产生如下核反应：p+ Al→X+n ， p、n分别为质子和中子，则产生的新核含有质子和中子的数目分别为（? ）
A.?28和15??????????????????????????????B.?27和14??????????????????????????????C.?15和13??????????????????????????????D.?14和13
5.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3 ， 普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法正确的是（?? ）
A.?核反应方程是 H+ n→ H+γ?????????????????????????B.?聚变反应中的质量亏损△m=m3﹣（m1+m2）
C.?辐射出的γ光子的能量E=（m3﹣m1﹣m2）c2????D.?γ光子的波长λ=
6.关于聚变，以下说法正确的是（? ）
A.?两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核放出的能量比一个重核分裂成两个中等质量的原子核放出的能量大很多倍
B.?一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同质量的裂变物质裂变时释放的能量小很多
C.?聚变发生的条件是聚变物质的体积大于临界体积
D.?发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能
7.关于原子核的结合能，下列说法不正确的是（）
A.?核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量等于原子核的结合能
B.?原子核的结合能等于使其分解为核子所需的最小能量
C.?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
D.?结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量
8.下列说法正确的是（?? ）
A.?+ → + 是a衰变方程????????????????B.?+ → +γ是核聚变反应方程
C.?→ + 是核裂变反应方程????????????D.?+ → + 是核聚变反应方程
9.一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，其核反应方程是 ，以下说法正确的是(??? )
A.?X是质子，反应过程中有质量亏损???????????????????????B.?X是中子，反应过程中有质量亏损
C.?X是质子，反应过程中没有质量亏损????????????????????D.?X是中子，反应过程中没有质量亏损
10.下列说法不正确的是（）
A.?太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的热核反应
B.?波尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的
C.?核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑大得多
D.?光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型
二、填空题（共4题；共6分）
11.已知质子的质量为m1 ， 中子的质量为m2 ， 碳核（ C）的质量为m3 ． 则碳核（ C）的结合能为________，比结合能为________．
12.氦3是一种十分清洁、安全的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．研究发现在太阳内部两个氘核可聚变成氦3，则两个氘核聚变成He核的核反应方程为________．
13.研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137（ Cs），可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右．请写出铯137发生β衰变的核反应方程（新核可用X表示）：________．如果在该反应过程中释放的核能为E，光速为c，则其质量亏损为________．
14.核电站是人类和平利用核能的一个实例，目前核电站是利用________释放的核能来发电的．（选填“核裂变”或“核聚变”）
三、解答题（共1题；共5分）
15.已知氮核质量mN=14.00753u，氧核质量为m0=17.00454μ，氦核质量mHe=4.00387u，质子质量mH=1.00815u．试判断核反应：714N+24He→817O+11H是吸能反应，还是放能反应，吸收或者放出多少能量？
四、综合题（共3题；共33分）
16.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能，这些能以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到P0=3.8×1026W．设太阳上的热核反应是由4个质子聚合成1个氦核同时放出2个中微子（质量远小于电子质量，穿透能力极强的中性粒子，可用ν表示）和另一种带电粒子，并知每一次这样的核反应可以释放28MeV的能量，
（1）写出热核反应方程．
（2）试估算一下太阳每秒钟损失多少千克的质量？
（3）试估算每秒钟太阳产生多少个中微子？（取一位有效数字）
17.[物理选修3﹣5模块]
（1）已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n=4能级状态，则 ??????
A.?氢原子可能辐射6种频率的光子???????????????????????????B.?氢原子可能辐射5种频率的光子
C.?有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应?????????D.?有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
（2）云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，带电量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损．（注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）
18.H的质量是3.016 050u，质子的质量是1.007 277u，中子的质量是1.008665u．1u相当于931.5MeV的能量．求：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】B
【解析】【解答】A、由质能方程可知，能量与质量之间存在着一定的必然对应的关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量与质量是两个不同的概念．只有在核反应过程中，对应着质量的减少，才有能量释放出来，故A错误．
B、由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度，故B正确．
C、核反应中出现的“质量亏损”不是指消失的质量转变成了能量．故C错误．
D、核反应中，质量数守恒、能量也守恒．故D错误．
故选：B．
【分析】质能方程E=mc2 ， 知物体具有的能量与其质量成正比，根据△E=△mc2可计算核反应中的能量．
2.【答案】B
【解析】【解答】A、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应．故A错误；
B、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为H+H→He+n ． 故B正确；
C、根据质能方程△E=△mc2
得一次聚变释放出的能量：△E=E2﹣E1=7.03×4﹣（2.78×3+1.29×2）=17.6MeV；故C不正确；
D、目前核电站都采用核裂变发电．故D错误；
故选：B
【分析】1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应；由质量数守恒和电荷数守恒判定反应方程是否正确；由质能方程判断出释放的核能；目前核电站都采用核裂变发电．
3.【答案】D
【解析】【解答】原子核发生β衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；
由半径公式r= = （P是动量），分析得知，r与电荷量成反比，β粒子与新核的电量大小分别为e和ne（n为新核的电荷数），则β粒子与新核的半径之比为：ne：e=n：1．所以半径比较大的轨迹1是衰变后β粒子的轨迹，轨迹2是新核的．
新核沿逆时针方向运动，在A点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向向里．
由以上的分析可知，选项D正确，ABC错误．
故选：D．
【分析】静止的原子核发生β衰变，根据动量守恒可知，发生衰变后粒子与反冲核的运动方向相反，动量的方向相反，大小相等．由半径公式r= = ，P是动量，分析两个粒子半径轨迹半径之比．
4.【答案】D
【解析】【解答】质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0=14，质量数为1+27﹣1=27，中子数：27﹣14=13．
故选：D
【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒，得出新核的质子数和中子数．
5.【答案】D
【解析】【解答】解：A、该核反应方程质量数不守恒，故A错误；
B、聚变反应中的质量亏损△m=（m1+m2）﹣m3 ， 故B错误；
C、聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E=（m1+m2﹣m3）c2 ， 故C错误；
D、根据E= =（m1+m2﹣m3）c2 ， 得光子的波长为：λ=，故D正确．
故选：D
【分析】解答本题需要掌握：核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒；聚变反应后质量减小，放出能量；正确利用质能方程求释放的能量；掌握光子能量、频率、波长、光速之间关系．
6.【答案】D
【解析】【解答】A、由于不明确质量亏损的多少，故无法比较释放出的能量大小；故A错误；B、同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多．故B不正确．
C、由核聚变的条件可知，发生核聚变时不需要达到临界体积；故C错误；
D、发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能；故D正确；
故选：D．
【分析】轻核聚变产生的能量比重核裂变产生的能量大得多；根据核聚变的条件进行分析，明确核聚变时两核子应满足的条件．
7.【答案】D
【解析】【解答】A、自由核子与自由核子结合成原子核时核力作正功，将放出能量，这能量就是原子核的结合能，当比结合能越大，原子核越稳定，故A正确；
B、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B正确，D错误；
C、一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故C正确；
D、卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变
故选：D．
【分析】比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
8.【答案】B
【解析】【解答】解：A、α衰变是自发地进行的，不需其它粒子轰击，该核反应方程原子核人工转变方程．故A错误．
B、质量较轻的核生成质量较重的核是核聚变方程．故B正确．
C、该核反应是α衰变方程，本身裂变；裂变方程是质量较重的核变成质量中等的核．故C错误．
D、 + → + 是原子核人工转变方程．故D错误．
故选：B
【分析】α衰变生成氦原子核，自发进行；β衰变生成电子，自发进行；聚变是质量轻的核结合成质量大的核．裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核．
9.【答案】B
【解析】【解答】一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，其核反应方程是 ，根据质量数和电荷数守恒，X应为 ，在反应过程中有能量释放，根据爱因斯坦的质能方程，有质量亏损，B正确。
【分析】解答本题的关键是理解书写核反应方程的原则：质量数和电荷数守恒
10.【答案】D
【解析】【解答】A、太阳内部在进行剧烈的热核反应，释放出巨大的核能，故A正确；
B、玻尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的，故B正确；
C、核力是核子之间的作用力，它是核子组成稳定的原子核的非常巨大的力，是一种强相互作用，主要是吸引力，比库仑力大得多，在吸引范围内，核力约是静电斥力的100倍，故C正确；
D、α粒子散射实验证明了原子核式结构模型，光电效应证明光具有粒子性，故D错误；
故选：D．
【分析】太阳内部发生的热核反应；玻尔提出了电子轨道的量子化和能量的量子化；核力是一种强相互作用力．光电效应说明光具有粒子性．在核反应中，电荷数守恒、质量数守恒．
二、填空题
11.【答案】（6m1+6m2﹣m3）c2；（6m1+6m2﹣m3）c2
【解析】【解答】解：此核反应方程为：6 H+6 n→ C 故碳核（ C ）的结合能为△E=△mc2=（6m1+6m2﹣m3）c2 ，
因核子数为12，则比结合能为 = （6m1+6m2﹣m3）c2
故答案为：（6m1+6m2﹣m3）c2 ， （6m1+6m2﹣m3）c2
【分析】先求出质量亏损△m．核反应中质量亏损等于反应前后质量之差，再根据爱因斯坦质能方程求结合能，结合能与核子数之比等于比结合能．
12.【答案】n H+ H→ He+ n
【解析】【解答】根据质量数守恒和核电荷数守恒知，聚变的核反应方程：nH+H→He+n
故答案为：H+H→He+n
【分析】根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式．
13.【答案】55137 Cs→56137Ba+﹣10e；
【解析】【解答】解：根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到：55137 Cs→56137Ba+﹣10e 根据质能方程E=△mc2 ，
解得：△m=
故答案为：（2）55137 Cs→56137Ba+﹣10e； ．
【分析】根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒写出铯137发生β衰变的核反应方程，根据质能方程求出质量亏损．
14.【答案】核裂变
【解析】【解答】目前核电站是利用核裂变释放的核能来发电的．
答案为：核裂变
【分析】现在世界上的核电站都是利用核裂变发电的．
三、解答题
15.【答案】解：根据题意反应前的质量为：m1=14.00753u+4.00387u=18.0114u 反应后：m2=17.00454u+1.00815u=18.01269u
m2＞m1因此质量增量了，故是吸能反应．
根据质能方程有：△E=△mc2=1.2Mev
故吸能为1.2Mev．
【解析】【分析】通过反应前后质量的变化，即可判断吸能还是放能，然后根据质能方程求出能量的大小．
四、综合题
16.【答案】（1）解：根据题意，结合质量数与质子数守恒，则有：4 H→ He+2 e+2ν； 答：热核反应方程4 H→ He+2 e+2ν．
（2）解：根据爱因斯坦质能方程，得：△E=△mc2△m= = = kg=4.2×109kg
答：太阳每秒钟损失4.2×109kg的质量
（3）解：每秒太阳发生的核反应的次数：n= = =8.482×1037（次） 每秒钟太阳产生多少个中微子个数：N=2×n=2×8.482×1037≈2×1038个
答：试估算每秒钟太阳产生2×1038个中微子．
【解析】【分析】（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程；（2）根据质能方程求出释放能量损失的质量，即可求解；（3）根据释放的能量，即可计算出核反应的次数，然后结合地球轨道所在处的球面积，即可求解．
17.【答案】（1）AC
（2）设α粒子的速度为v，α粒子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供， 由牛顿第二定律可得：qvB=m ①，
衰变生成的另一个粒子的质量是M﹣m，
原子核衰变时，动量守恒，由动量守恒定律可得：
（M﹣m）v′﹣mv=0?? ②，
原子核衰变释放的能量△E= （M﹣m）v′2+ mv2③，
原子核衰变时释放的能量△E=△mc2④，
由①②③④解得：△m= ；
【解析】【解答】解：（1）A、一群氢原子处于量子数n=4能级状态，原子发生能级跃迁时可能释放出 N= = =6种频率的光子；故A正确，B错误；
C、原子从4→1时，释放出光子的能量﹣0.85﹣（﹣13.6）=12.75eV＞2.7eV，
原子从3→1时释放光子的能量为﹣1.51﹣（﹣13.6）=12.09eV＞2.7eV，
原子从2→1释放的光子能量为﹣3.4﹣（﹣13.6）=102eV＞2.7eV，
原子从4→2释放光子的能量为﹣0.85﹣（﹣3.4）=2.55eV＜2.7eV，
原子从3→2释放光子的能量为﹣1.51﹣（﹣3.4）=1.89eV＜2.7eV，
原子从4→3释放光子的能量为﹣0.85﹣（﹣1.51）=0.66eV＜2.7eV，
有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应，故C正确，D错误；
故选AC．
故答案为：（1）AC；（2）在衰变过程中的质量亏损是： ．
【分析】（1）氢原子从高能级n向低能级跃迁，能辐射光子频率数N=；
当入射光的能量大于金属的逸出功时，能够发生光电效应；（2）α粒子在匀强磁场中做圆周运动，根据粒子的轨道半径可以求出α粒子的运动速度；
原子核发生衰变时，动量守恒，由动量守恒定律可以求出另一个粒子的速度，
然后求出原子核衰变时释放的能量，最后由质能方程求出原子核衰变时的质量亏损．
18.【答案】（1）解：一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 H+2 n→ H，
反应前各核子总质量为mp+2mn=1.007 277 u+2×1.008 665 u=3.024 607 u
反应后新核的质量为mH=3.016 050 u
质量亏损为△m=3.024 607 u﹣3.016 050 u=0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应．
释放的核能为△E=△m×931.5 MeV=0.008 557×931.5 MeV=7.97 MeV．
答：一个质子和两个中子结合为氚核时，放出能量，该能量为7.97 MeV；
（2）解：氚核的结合能即为此核反应为放出的能量，△E=7.97 MeV．
它的比结合能为 ?MeV．
答：氚核的结合能和比结合能分别为7.97 MeV和2.66 MeV．
【解析】【分析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量。
（2）根据结合能与平均结合能的定义即可求出平均结合能。
一、单选题（共10题；共20分）
1.下列关于核反应的说法正确的是（）
A.?爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B.?由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C.?核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D.?因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量不守恒
2.已知氘核的比结合能是1.09MeV ， 氚核的比结合能是2.78MeV ， 氦核的比结合能是7.03MeV ． 在某次棱反应中，1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，则下列说法中正确的是（）
A.?这是一个裂变反应??????????????????????????????????????????????B.?核反应方程式为 H+ H→ HE+ n
C.?核反应过程中释放的核能是19.6MeV??????????????????D.?目前核电站都采用上述核反应发电
3.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图．则（? ）
A.?轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外?????????????B.?轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C.?轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里?????????????D.?轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里
4.一质子束入射到静止靶核 Al上，产生如下核反应：p+ Al→X+n ， p、n分别为质子和中子，则产生的新核含有质子和中子的数目分别为（? ）
A.?28和15??????????????????????????????B.?27和14??????????????????????????????C.?15和13??????????????????????????????D.?14和13
5.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3 ， 普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法正确的是（?? ）
A.?核反应方程是 H+ n→ H+γ?????????????????????????B.?聚变反应中的质量亏损△m=m3﹣（m1+m2）
C.?辐射出的γ光子的能量E=（m3﹣m1﹣m2）c2????D.?γ光子的波长λ=
6.关于聚变，以下说法正确的是（? ）
A.?两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核放出的能量比一个重核分裂成两个中等质量的原子核放出的能量大很多倍
B.?一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同质量的裂变物质裂变时释放的能量小很多
C.?聚变发生的条件是聚变物质的体积大于临界体积
D.?发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能
7.关于原子核的结合能，下列说法不正确的是（）
A.?核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量等于原子核的结合能
B.?原子核的结合能等于使其分解为核子所需的最小能量
C.?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
D.?结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量
8.下列说法正确的是（?? ）
A.?+ → + 是a衰变方程????????????????B.?+ → +γ是核聚变反应方程
C.?→ + 是核裂变反应方程????????????D.?+ → + 是核聚变反应方程
9.一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，其核反应方程是 ，以下说法正确的是(??? )
A.?X是质子，反应过程中有质量亏损???????????????????????B.?X是中子，反应过程中有质量亏损
C.?X是质子，反应过程中没有质量亏损????????????????????D.?X是中子，反应过程中没有质量亏损
10.下列说法不正确的是（）
A.?太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的热核反应
B.?波尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的
C.?核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑大得多
D.?光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型
二、填空题（共4题；共6分）
11.已知质子的质量为m1 ， 中子的质量为m2 ， 碳核（ C）的质量为m3 ． 则碳核（ C）的结合能为________，比结合能为________．
12.氦3是一种十分清洁、安全的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．研究发现在太阳内部两个氘核可聚变成氦3，则两个氘核聚变成He核的核反应方程为________．
13.研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137（ Cs），可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右．请写出铯137发生β衰变的核反应方程（新核可用X表示）：________．如果在该反应过程中释放的核能为E，光速为c，则其质量亏损为________．
14.核电站是人类和平利用核能的一个实例，目前核电站是利用________释放的核能来发电的．（选填“核裂变”或“核聚变”）
三、解答题（共1题；共5分）
15.已知氮核质量mN=14.00753u，氧核质量为m0=17.00454μ，氦核质量mHe=4.00387u，质子质量mH=1.00815u．试判断核反应：714N+24He→817O+11H是吸能反应，还是放能反应，吸收或者放出多少能量？
四、综合题（共3题；共33分）
16.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能，这些能以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到P0=3.8×1026W．设太阳上的热核反应是由4个质子聚合成1个氦核同时放出2个中微子（质量远小于电子质量，穿透能力极强的中性粒子，可用ν表示）和另一种带电粒子，并知每一次这样的核反应可以释放28MeV的能量，
（1）写出热核反应方程．
（2）试估算一下太阳每秒钟损失多少千克的质量？
（3）试估算每秒钟太阳产生多少个中微子？（取一位有效数字）
17.[物理选修3﹣5模块]
（1）已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n=4能级状态，则 ??????
A.?氢原子可能辐射6种频率的光子???????????????????????????B.?氢原子可能辐射5种频率的光子
C.?有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应?????????D.?有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
（2）云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，带电量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损．（注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）
18.H的质量是3.016 050u，质子的质量是1.007 277u，中子的质量是1.008665u．1u相当于931.5MeV的能量．求：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】B
【解析】【解答】A、由质能方程可知，能量与质量之间存在着一定的必然对应的关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量与质量是两个不同的概念．只有在核反应过程中，对应着质量的减少，才有能量释放出来，故A错误．
B、由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度，故B正确．
C、核反应中出现的“质量亏损”不是指消失的质量转变成了能量．故C错误．
D、核反应中，质量数守恒、能量也守恒．故D错误．
故选：B．
【分析】质能方程E=mc2 ， 知物体具有的能量与其质量成正比，根据△E=△mc2可计算核反应中的能量．
2.【答案】B
【解析】【解答】A、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应．故A错误；
B、1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为H+H→He+n ． 故B正确；
C、根据质能方程△E=△mc2
得一次聚变释放出的能量：△E=E2﹣E1=7.03×4﹣（2.78×3+1.29×2）=17.6MeV；故C不正确；
D、目前核电站都采用核裂变发电．故D错误；
故选：B
【分析】1个氘核和1个氚核结台生成1个氮核，这是聚变反应；由质量数守恒和电荷数守恒判定反应方程是否正确；由质能方程判断出释放的核能；目前核电站都采用核裂变发电．
3.【答案】D
【解析】【解答】原子核发生β衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；
由半径公式r= = （P是动量），分析得知，r与电荷量成反比，β粒子与新核的电量大小分别为e和ne（n为新核的电荷数），则β粒子与新核的半径之比为：ne：e=n：1．所以半径比较大的轨迹1是衰变后β粒子的轨迹，轨迹2是新核的．
新核沿逆时针方向运动，在A点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向向里．
由以上的分析可知，选项D正确，ABC错误．
故选：D．
【分析】静止的原子核发生β衰变，根据动量守恒可知，发生衰变后粒子与反冲核的运动方向相反，动量的方向相反，大小相等．由半径公式r= = ，P是动量，分析两个粒子半径轨迹半径之比．
4.【答案】D
【解析】【解答】质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0=14，质量数为1+27﹣1=27，中子数：27﹣14=13．
故选：D
【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒，得出新核的质子数和中子数．
5.【答案】D
【解析】【解答】解：A、该核反应方程质量数不守恒，故A错误；
B、聚变反应中的质量亏损△m=（m1+m2）﹣m3 ， 故B错误；
C、聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E=（m1+m2﹣m3）c2 ， 故C错误；
D、根据E= =（m1+m2﹣m3）c2 ， 得光子的波长为：λ=，故D正确．
故选：D
【分析】解答本题需要掌握：核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒；聚变反应后质量减小，放出能量；正确利用质能方程求释放的能量；掌握光子能量、频率、波长、光速之间关系．
6.【答案】D
【解析】【解答】A、由于不明确质量亏损的多少，故无法比较释放出的能量大小；故A错误；B、同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多．故B不正确．
C、由核聚变的条件可知，发生核聚变时不需要达到临界体积；故C错误；
D、发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能；故D正确；
故选：D．
【分析】轻核聚变产生的能量比重核裂变产生的能量大得多；根据核聚变的条件进行分析，明确核聚变时两核子应满足的条件．
7.【答案】D
【解析】【解答】A、自由核子与自由核子结合成原子核时核力作正功，将放出能量，这能量就是原子核的结合能，当比结合能越大，原子核越稳定，故A正确；
B、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B正确，D错误；
C、一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故C正确；
D、卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变
故选：D．
【分析】比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．
8.【答案】B
【解析】【解答】解：A、α衰变是自发地进行的，不需其它粒子轰击，该核反应方程原子核人工转变方程．故A错误．
B、质量较轻的核生成质量较重的核是核聚变方程．故B正确．
C、该核反应是α衰变方程，本身裂变；裂变方程是质量较重的核变成质量中等的核．故C错误．
D、 + → + 是原子核人工转变方程．故D错误．
故选：B
【分析】α衰变生成氦原子核，自发进行；β衰变生成电子，自发进行；聚变是质量轻的核结合成质量大的核．裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核．
9.【答案】B
【解析】【解答】一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，其核反应方程是 ，根据质量数和电荷数守恒，X应为 ，在反应过程中有能量释放，根据爱因斯坦的质能方程，有质量亏损，B正确。
【分析】解答本题的关键是理解书写核反应方程的原则：质量数和电荷数守恒
10.【答案】D
【解析】【解答】A、太阳内部在进行剧烈的热核反应，释放出巨大的核能，故A正确；
B、玻尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的，故B正确；
C、核力是核子之间的作用力，它是核子组成稳定的原子核的非常巨大的力，是一种强相互作用，主要是吸引力，比库仑力大得多，在吸引范围内，核力约是静电斥力的100倍，故C正确；
D、α粒子散射实验证明了原子核式结构模型，光电效应证明光具有粒子性，故D错误；
故选：D．
【分析】太阳内部发生的热核反应；玻尔提出了电子轨道的量子化和能量的量子化；核力是一种强相互作用力．光电效应说明光具有粒子性．在核反应中，电荷数守恒、质量数守恒．
二、填空题
11.【答案】（6m1+6m2﹣m3）c2；（6m1+6m2﹣m3）c2
【解析】【解答】解：此核反应方程为：6 H+6 n→ C 故碳核（ C ）的结合能为△E=△mc2=（6m1+6m2﹣m3）c2 ，
因核子数为12，则比结合能为 = （6m1+6m2﹣m3）c2
故答案为：（6m1+6m2﹣m3）c2 ， （6m1+6m2﹣m3）c2
【分析】先求出质量亏损△m．核反应中质量亏损等于反应前后质量之差，再根据爱因斯坦质能方程求结合能，结合能与核子数之比等于比结合能．
12.【答案】n H+ H→ He+ n
【解析】【解答】根据质量数守恒和核电荷数守恒知，聚变的核反应方程：nH+H→He+n
故答案为：H+H→He+n
【分析】根据核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒求出新核的质量数、核电荷数从而确定新核，并最终写出核反应方程式．
13.【答案】55137 Cs→56137Ba+﹣10e；
【解析】【解答】解：根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到：55137 Cs→56137Ba+﹣10e 根据质能方程E=△mc2 ，
解得：△m=
故答案为：（2）55137 Cs→56137Ba+﹣10e； ．
【分析】根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒写出铯137发生β衰变的核反应方程，根据质能方程求出质量亏损．
14.【答案】核裂变
【解析】【解答】目前核电站是利用核裂变释放的核能来发电的．
答案为：核裂变
【分析】现在世界上的核电站都是利用核裂变发电的．
三、解答题
15.【答案】解：根据题意反应前的质量为：m1=14.00753u+4.00387u=18.0114u 反应后：m2=17.00454u+1.00815u=18.01269u
m2＞m1因此质量增量了，故是吸能反应．
根据质能方程有：△E=△mc2=1.2Mev
故吸能为1.2Mev．
【解析】【分析】通过反应前后质量的变化，即可判断吸能还是放能，然后根据质能方程求出能量的大小．
四、综合题
16.【答案】（1）解：根据题意，结合质量数与质子数守恒，则有：4 H→ He+2 e+2ν； 答：热核反应方程4 H→ He+2 e+2ν．
（2）解：根据爱因斯坦质能方程，得：△E=△mc2△m= = = kg=4.2×109kg
答：太阳每秒钟损失4.2×109kg的质量
（3）解：每秒太阳发生的核反应的次数：n= = =8.482×1037（次） 每秒钟太阳产生多少个中微子个数：N=2×n=2×8.482×1037≈2×1038个
答：试估算每秒钟太阳产生2×1038个中微子．
【解析】【分析】（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程；（2）根据质能方程求出释放能量损失的质量，即可求解；（3）根据释放的能量，即可计算出核反应的次数，然后结合地球轨道所在处的球面积，即可求解．
17.【答案】（1）AC
（2）设α粒子的速度为v，α粒子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供， 由牛顿第二定律可得：qvB=m ①，
衰变生成的另一个粒子的质量是M﹣m，
原子核衰变时，动量守恒，由动量守恒定律可得：
（M﹣m）v′﹣mv=0?? ②，
原子核衰变释放的能量△E= （M﹣m）v′2+ mv2③，
原子核衰变时释放的能量△E=△mc2④，
由①②③④解得：△m= ；
【解析】【解答】解：（1）A、一群氢原子处于量子数n=4能级状态，原子发生能级跃迁时可能释放出 N= = =6种频率的光子；故A正确，B错误；
C、原子从4→1时，释放出光子的能量﹣0.85﹣（﹣13.6）=12.75eV＞2.7eV，
原子从3→1时释放光子的能量为﹣1.51﹣（﹣13.6）=12.09eV＞2.7eV，
原子从2→1释放的光子能量为﹣3.4﹣（﹣13.6）=102eV＞2.7eV，
原子从4→2释放光子的能量为﹣0.85﹣（﹣3.4）=2.55eV＜2.7eV，
原子从3→2释放光子的能量为﹣1.51﹣（﹣3.4）=1.89eV＜2.7eV，
原子从4→3释放光子的能量为﹣0.85﹣（﹣1.51）=0.66eV＜2.7eV，
有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应，故C正确，D错误；
故选AC．
故答案为：（1）AC；（2）在衰变过程中的质量亏损是： ．
【分析】（1）氢原子从高能级n向低能级跃迁，能辐射光子频率数N=；
当入射光的能量大于金属的逸出功时，能够发生光电效应；（2）α粒子在匀强磁场中做圆周运动，根据粒子的轨道半径可以求出α粒子的运动速度；
原子核发生衰变时，动量守恒，由动量守恒定律可以求出另一个粒子的速度，
然后求出原子核衰变时释放的能量，最后由质能方程求出原子核衰变时的质量亏损．
18.【答案】（1）解：一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 H+2 n→ H，
反应前各核子总质量为mp+2mn=1.007 277 u+2×1.008 665 u=3.024 607 u
反应后新核的质量为mH=3.016 050 u
质量亏损为△m=3.024 607 u﹣3.016 050 u=0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量的反应．
释放的核能为△E=△m×931.5 MeV=0.008 557×931.5 MeV=7.97 MeV．
答：一个质子和两个中子结合为氚核时，放出能量，该能量为7.97 MeV；
（2）解：氚核的结合能即为此核反应为放出的能量，△E=7.97 MeV．
它的比结合能为 ?MeV．
答：氚核的结合能和比结合能分别为7.97 MeV和2.66 MeV．
【解析】【分析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量。
（2）根据结合能与平均结合能的定义即可求出平均结合能。