【步步高】2022学年高中物理 5.1 核能来自何方每课一练 沪科版选修3-5

【步步高】2022-2022学年高中物理5.1核能来自何方每课一练沪科版选修3-5[基础题]1．关于核力，下列说法中正确的是(　　)A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内任意两个核子间都有核力作用C．核力是原子核能稳定存在的原因D．核力是一种短程强作用力答案　CD2．下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是(　　)A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都较大D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案　D解析　核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定越大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．3．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是(　　)A．mα＝(2mp＋2mn)B．mα<(2mp＋2mn)C．mα>(2mp＋2mn)D．以上关系式都不正确答案　B4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2022年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是(　　)A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能答案　D解析　爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2告诉我们，物体的质量与它的能量成正比．核反应中若质量亏损，就要释放能量，可用ΔE＝Δmc2计算核反应中释放的核能．故上述选项只有D不正确．5．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设原子捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是(　　)A．ΔE＝(m1－m2－m3)c24B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2答案　B解析　反应前的质量总和为m1＋m3，质量亏损Δm＝m1＋m3－m2，核反应释放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，选项B正确．6．如图1所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(　　)图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案　C解析　因B、C核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分解为B、C时，出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．[能力题]7．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)A.[(mD－mp－mn)c2－E]B.[(mD＋mn－mp)c2＋E]C.[(mD－mp－mn)c2＋E]D.[(mD＋mn－mp)c2－E]答案　C解析　因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线能量E对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek，得Ek＝[E－(mp＋mn－mD)c2]＝[(mD－mp－mn)c2＋E]，故选C.8．一个负电子(质量为m、电荷量为－e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e)，以相等的初动能Ek相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν，若这两个光子的能量都为hν，动量分别为p和p′，下面关系中正确的是(　　)A．hν＝mc2，p＝p′4B．hν＝mc2，p＝p′C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′D．hν＝(mc2＋Ek)，p＝－p′答案　C解析　能量守恒和动量守恒为普适定律，故以相等动能相向运动发生碰撞而湮灭的正负电子总能量为2Ek＋2mc2，化为两个光子后，总动量守恒，为零，故p＝－p′，且2Ek＋2mc2＝2hν，即hν＝Ek＋mc2.9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为H＋H→He＋n，已知H的平均结合能是2.78MeV，H的平均结合能是1.09MeV，He的平均结合能是7.03MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.答案　17.6解析　聚变反应前氘核和氚核的总结合能E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52MeV.反应后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.由于单个核子无结合能，即中子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6MeV.10．2个质子和1个中子结合可以生成氦3，核反应方程式为：2H＋n→He，已知每个质子的质量为1.007277u，中子的质量为1.008665u，氦3的质量为3.002315u，试求氦3的结合能．答案　19.4721MeV解析　粒子结合前后的质量亏损为Δm＝2mH＋mn－mα＝2×1.007277u＋1.008665u－3.002315u＝0.020904u由于1u相当于931.5MeV，则结合能为E＝0.020904×931.5MeV＝19.4721MeV11．如果把O分成8个质子和8个中子，要给它提供多少能量？把它分成4个He，要给它提供多少能量？已知O核子的平均结合能是7.98MeV，He核子的平均结合能是7.07MeV.答案　127.68MeV　14.56MeV解析　把O分成质子和中子需提供的能量ΔE1＝16×7.98MeV＝127.68MeV.把质子和中子结合成一个He所放出的能量ΔE2＝4×7.07MeV＝28.28MeV.则把O分成4个He需提供的能量ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68MeV－4×28.28MeV＝14.56MeV.[探究与拓展题]12．镭核88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86Rn.已知镭核226质量为226.02544u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子的质量为4.0026u.(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．答案　(1)88Ra→86Rn＋He　(2)6.05MeV(3)5.94MeV解析　(1)核反应(衰变)方程为88Ra→86Rn＋He.(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝(226.0254－4.0026－222.0163)×931.5MeV＝6.05MeV.(3)设镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0，①又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则ΔE＝mRnv＋mαv，②由①②可得Eα＝·ΔE＝×6.05MeV＝5.94MeV.4