教科版高中物理选择性必修三5.3核反应结合能练习1

5.3核反应结合能同步练习1一．选择题（共10小题）1．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是：H+H→He+n，已知H的质量为m1，He的质量为m2，n的质量为m3，则氘核聚变反应中释放的核能约为（）A．（m1+m2+m3）c2 B．（2m1﹣m2﹣m3）c2 C．（2m1+m2+m3）c2 D．（m2+m3﹣2m1）c22．核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子（α粒子、β粒子和γ射线）并将其能量转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为，其半衰期为88年。已知的衰变方程为：，下列说法正确的是（）A．核比核多4个中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．经过88年，20个原子核中一定有10个发生了衰变 D．衰变放出的载能粒子是β粒子3．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，下列说法正确的是（）A．原子核A比原子核B的比结合能大 B．原子核B比原子核C更稳定 C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程没有质量亏损 D．由原子核D、E结合成原子核F的过程一定释放能量4．大亚湾核电站是中国大陆的首座大型商用核电站，近三十年来为经济腾飞做出了巨大贡献。在核电站中核反应堆释放的核能被转化为电能。下列说法正确的是（）A．核反应产物的结合能之和不一定大于反应前铀核的结合能 B．铀核裂变生成钡和氢，其核反应方程是→++2 C．由E＝mc2可知，若m表示核电站参与反应的铀235质量，则E表示核反应释放的核能 D．已知一个在反应堆中完全“燃烧”释放出的能量约200MeV，则质量为1g的完全“燃烧”×1010J5．2021年，硼中子俘获疗法（BNCT）成为抗癌热点。新一代抗癌技术通过点滴注射含硼化合物，用超热中子射线照射。中子与进入高细胞内的硼产生核反应。其核反应方程为：B+n→Li+X，则（）A．X是β粒子 B．X是α粒子 C．X是质子 D．X是中子6．2021年12月20日，16项国家科技重大专项之一——石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电（如图），这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是+→++3，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，则该核反应释放的核能是（）A．（m1﹣m2﹣m3﹣3m4）c2 B．（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c2 C．（m1﹣m2﹣m3﹣3m4）c2 D．（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c27．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电。中国“人造太阳”最高温度能达近2亿度，或将造福全人类。该装置中的核反应方程式为：H+H→He+X.则X是（）A．电子e B．中子n C．质子H D．正电子e8．有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。现有一个铍原子核（Be）发生了“K俘获”，生成一个新的原子核X，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子（vc），核反应方程为：Be+e→X+vc。关于铍原子核（Be）的“K俘获”的过程，下列说法正确的是（）A．新原子核X带负电 B．新原子核X比原来的铍原子核少一个中子 C．新原子核X比原来的铍原子核少一个质子 D．新原子核X与原来的铍原子核的核子数不同9．“嫦娥五号”返回器于2020年12月带回1731克月球土壤．月球土壤富含的氦﹣3元素是理想的热核反应原料，其核反应方程为2He→He+2X，则（）A．该核反应类型为重核裂变 B．X为质子 C．该核反应可在常温下发生 D．X为中子10．1974年8月1日，中国第一艘核潜艇“长征1号”正式列入海军战斗序列。中国成为继美、苏、英、法之后，世界上第五个拥有核潜艇，并具备核潜艇水下发射运载火箭能力的国家。关于核反应，下列说法正确的是（）A．重核裂变比氢核聚变更加安全环保 B．我国的核潜艇主要是利用可控制的重核裂变提供动力 C．比结合能越小，原子核越稳定 D．铀核裂变之后生成的新核比之前的铀核比结合能小二．多选题（共3小题）（多选）11．用一个高速粒子X轰击一个锂核Li变成两个α粒子，其核反应方程为X+Li→2He，已知在这一核反应过程中同时放出18MeV的能量，光速c＝3×108×10﹣19C，则下列说法正确的是（）A．a＝1 B．b＝0 ×10﹣29kg D．这一核反应过程的质量亏损为2×10﹣10kg（多选）12．关于核反应方程Th→Pa+X+△E（△E为释放出的核能，X为新生成粒子），已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是（）A．Pa有放射性 B．Th的比结合能为 C．Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变 D．N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0△E（N0数值很大）（多选）13．太阳大约在几十亿年后，会逐渐进入红巨星时期，核心温度逐渐升高，当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始转变为碳，即氦闪。三个He生成一个C（称为3α反应），核反应方程为3He→C，瞬间释放大量的核能。如果太阳发生氦闪，对太阳系内的生命都是毁灭性的，电影《流浪地球》讲述的就是发生在这样的背景之下的故事。下列说法正确的是（已知C的质量是mc＝12.0000u，He的质量是mHe＝4.0026u，1u的质量对应的能量是931.5MeV）（）A．氦闪发生的是核裂变反应 B．一次3α C．一次3α反应亏损的质量为△ D．C的比结合能比He的比结合能大，更稳定三．计算题（共1小题）14．1个质子的质量mp＝1.007277u，1个中子的质量mn2，c表示真空中的光速）（1）写出核子结合成氦核的核反应方程；（2）计算核子结合成氦核时释放的核能△E；（3）计算氦核的比结合能E；四．解答题（共1小题）15．美国“罗斯福”号核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U+n→Ba+Kr+n（1）在横线内填出n前的系数；（2）用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能△E是多少？×105×10﹣11×106s，阿伏加德罗常数NA×1023mol﹣1，计算结果保留两位有效数字）5.3核反应结合能同步练习1参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是：H+H→He+n，已知H的质量为m1，He的质量为m2，n的质量为m3，则氘核聚变反应中释放的核能约为（）A．（m1+m2+m3）c2 B．（2m1﹣m2﹣m3）c2 C．（2m1+m2+m3）c2 D．（m2+m3﹣2m1）c2【考点】质量亏损与质能方程．【分析】先求核反应亏损的质量，根据爱因斯坦质能方程△E＝Δmc2即可求出核反应释放的核能；【解答】解：由质能方程可得故ACD错误，B正确故选：B。2．核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子（α粒子、β粒子和γ射线）并将其能量转换为电能的装置。某核电池使用的核燃料为，其半衰期为88年。已知的衰变方程为：，下列说法正确的是（）A．核比核多4个中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．经过88年，20个原子核中一定有10个发生了衰变 D．衰变放出的载能粒子是β粒子【考点】结合能与比结合能；质量亏损与质能方程；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】由核反应遵守的质量数和核电荷数守恒判断Y粒子是α粒子，从而可以计算衰变前后中子数多小；比结合能越大，原子核越稳定；根据半衰期的概念进行判断。【解答】解：A、核的中子数为（238﹣94）个＝144个，而核有中子数为（234﹣M）＝（234﹣92）个＝142个，两核差2个中子，故A错误；B、比结合能越大，原子核越稳定，所以的比结合能大于的比结合能，故B正确；C、半衰期是由放射性元素本身决定的，是大量原子核衰变的统计规律，不能用少数原子核衰变成一半的时间来恒量，故C错误；D、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，M＝2，n＝4，所以衰变放出的载能粒子是α粒子，故D错误。故选：B。3．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，下列说法正确的是（）A．原子核A比原子核B的比结合能大 B．原子核B比原子核C更稳定 C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程没有质量亏损 D．由原子核D、E结合成原子核F的过程一定释放能量【考点】结核能与比结合能；质量亏损与质能方程．【分析】重核裂变、轻核聚变都会向核子平均质量减小的方向反应，都有质量亏损，然后结合质能方程可知，都向外释放能量。【解答】解；A、原子核A比原子核B的核子平均质量大，原子核B比原子核A更稳定，故原子核A的比结合能比原子核B的比结合能小，故A错误；B、原子核B比原子核C的核子平均质量大，原子核C比原子核B更稳定，故B错误；C、若原子核A分裂成原子核B、C核子的平均质量减小，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故C错误；D、将原子核D、E结合成原子核F，核子的平均质量减小，有质量的亏损，根据爱因斯坦质能方程，可知一定释放能量，故D正确。故选：D。4．大亚湾核电站是中国大陆的首座大型商用核电站，近三十年来为经济腾飞做出了巨大贡献。在核电站中核反应堆释放的核能被转化为电能。下列说法正确的是（）A．核反应产物的结合能之和不一定大于反应前铀核的结合能 B．铀核裂变生成钡和氢，其核反应方程是→++2 C．由E＝mc2可知，若m表示核电站参与反应的铀235质量，则E表示核反应释放的核能 D．已知一个在反应堆中完全“燃烧”释放出的能量约200MeV，则质量为1g的完全“燃烧”×1010J【考点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能．【分析】核反应放出能量，反应产物的比结合能增大；由爱因斯坦的质能方程E＝mc2可计算裂变反应释放的核能；根据能量守恒定律求质量为1g的完全“燃烧”释放出的能量。【解答】解：A、核反应产物的比结合能大于反应前铀核的比结合能，则核反应产物的结合能之和一定大于反应前铀核的结合能，故A错误；B、铀核裂变生成钡和氢，其核反应方程是+→++3，故B错误；C、铀核裂变产生核能，由E＝mc2可知，m表示核反应前后质量差，E表示核反应释放的核能，故C错误；D、已知一个在反应堆中完全“燃烧”完全“燃烧”释放出的能量约E＝×1010J，故D正确。故选：D。5．2021年，硼中子俘获疗法（BNCT）成为抗癌热点。新一代抗癌技术通过点滴注射含硼化合物，用超热中子射线照射。中子与进入高细胞内的硼产生核反应。其核反应方程为：B+n→Li+X，则（）A．X是β粒子 B．X是α粒子 C．X是质子 D．X是中子【考点】原子核的人工转变．【分析】明确核反应中质量数和电荷数守恒，根据质量数和电荷数守恒列式即可确定X是何种粒子。【解答】解：设X为，根据反应前和发应后的质量数和电荷数守恒有：5+0＝3+m10+1＝7+n解得m＝2，n＝4，即为X是α粒子，故B正确，ACD错误。故选：B。6．2021年12月20日，16项国家科技重大专项之一——石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电（如图），这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是+→++3，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，则该核反应释放的核能是（）A．（m1﹣m2﹣m3﹣3m4）c2 B．（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c2 C．（m1﹣m2﹣m3﹣3m4）c2 D．（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c2【考点】质量亏损与质能方程．【分析】根据核反应方程得到质量亏损，由爱因斯坦的质能方程可计算裂变反应释放的核能。【解答】解：该反应过程中的质量亏损为：Δm＝（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c2，由爱因斯坦的质能方程：ΔE＝Δmc2可知裂变反应释放的核能为ΔE＝（m1﹣m2﹣m3﹣2m4）c2，故ABC错误、D正确。故选：D。7．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL﹣2M）在成都建成并实现首次放电。中国“人造太阳”最高温度能达近2亿度，或将造福全人类。该装置中的核反应方程式为：H+H→He+X.则X是（）A．电子e B．中子n C．质子H D．正电子e【考点】原子核的人工转变；结核能与比结合能；质量亏损与质能方程．【分析】根据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，据此判断生成产物。【解答】解：根据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒可得：X的质量数A＝2+3﹣4＝1，X的电荷数Z＝1+1﹣2＝0，由此可知X为中子n，故B正确，ACD错误。故选：B。8．有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。现有一个铍原子核（Be）发生了“K俘获”，生成一个新的原子核X，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子（vc），核反应方程为：Be+e→X+vc。关于铍原子核（Be）的“K俘获”的过程，下列说法正确的是（）A．新原子核X带负电 B．新原子核X比原来的铍原子核少一个中子 C．新原子核X比原来的铍原子核少一个质子 D．新原子核X与原来的铍原子核的核子数不同【考点】原子核的人工转变；结核能与比结合能；质量亏损与质能方程；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】根据核反应过程中，电荷数与质量数守恒，以及质量数＝中子数+电荷数分析即可。【解答】解：A、所有的原子核均带正电，故A错误；BCD、根据核反应方程Be+e→X+vc，结合质量数与电荷数守恒，可知X的质量数为：A＝7+0＝7，质子数为：Z＝4﹣1＝3，所以新核为，则新原子核X与原来的铍原子核的核子数相同，新原子核X的中子数为：7﹣3＝4，铍原子核的中子数为：7﹣4＝3，所以新原子核X比原来的铍原子核多一个中子，新原子核X比原来的铍原子核少一个质子，故BD错误，C正确。故选：C。9．“嫦娥五号”返回器于2020年12月带回1731克月球土壤．月球土壤富含的氦﹣3元素是理想的热核反应原料，其核反应方程为2He→He+2X，则（）A．该核反应类型为重核裂变 B．X为质子 C．该核反应可在常温下发生 D．X为中子【考点】结核能与比结合能；轻核的聚变；原子核的人工转变．【分析】根据轻核聚变反应的特点和反应条件判断；根据质量数守恒和电荷数守恒判断X。【解答】解：AC、核反应方程2He→He+2X，即质量轻的核结合成质量大的核，为轻核聚变反应，聚变反应需要高温才能发生，故AC错误；BD、根据核反应满足质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为＝1，质子数为：＝1，所以X为质子，故B正确，D错误。故选：B。10．1974年8月1日，中国第一艘核潜艇“长征1号”正式列入海军战斗序列。中国成为继美、苏、英、法之后，世界上第五个拥有核潜艇，并具备核潜艇水下发射运载火箭能力的国家。关于核反应，下列说法正确的是（）A．重核裂变比氢核聚变更加安全环保 B．我国的核潜艇主要是利用可控制的重核裂变提供动力 C．比结合能越小，原子核越稳定 D．铀核裂变之后生成的新核比之前的铀核比结合能小【考点】结核能与比结合能；质量亏损与质能方程；重核的裂变．【分析】重核裂变过程中会产生核废料具有放射性，氢核聚变的产物是水；核潜艇利用可控制的重核裂变；比结合能越大的原子核，原子核越稳定；裂变往比结合能大的方向反应。【解答】解：A、重核裂变产生的高速运动的中子容易造成链式反应，重核裂变过程中会产生核废料具有放射性，氢核聚变要求的高温高压环境很容易受到破而终止，而且氢核聚变的产物是水，所以重核裂变比氢核聚变更加安全环保是错误的，故A错误；B、我国的核潜艇主要是利用可控制的重核裂变提供动力，故B正确；C、根据比结合能与原子质量数关系得图象，可知比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；D、铀核裂变之后生成的新核比之前的铀核比结合能大，故D错误。故选：B。二．多选题（共3小题）（多选）11．用一个高速粒子X轰击一个锂核Li变成两个α粒子，其核反应方程为X+Li→2He，已知在这一核反应过程中同时放出18MeV的能量，光速c＝3×108×10﹣19C，则下列说法正确的是（）A．a＝1 B．b＝0 ×10﹣29kg D．这一核反应过程的质量亏损为2×10﹣10kg【考点】质量亏损与质能方程；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】根据质量数和电荷数守恒求出高能粒子X的质量数和电荷数；由质能方程E＝△mc2可以求得亏损的质量；【解答】解：AB、根据质量数守恒和电荷数守恒可得：a+3＝2×2，b+1＝2×4，解得：a＝1，b＝1，故A正确，B错误；CD、由爱因斯坦质能方程△E＝△mc2可得质量亏损，故C正确，D错误。故选：AC。（多选）12．关于核反应方程Th→Pa+X+△E（△E为释放出的核能，X为新生成粒子），已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是（）A．Pa有放射性 B．Th的比结合能为 C．Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变 D．N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0△E（N0数值很大）【考点】结合能与比结合能；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】原子序数大于或等于83的元素都有放射性；根据质量数和电荷数守恒知X为电子，是由核内中子转化而来；根据半衰期公式可以算出结果2T后还剩下多少没有衰变的；衰变时放出的能量△E并不是结合能。【解答】解：A、Pa的原子序数大于83，在元素周期表中的原子序数大于或等于83的元素都有放射性，所以pa具有放射性，故A正确；B、的结合能是234个核子结合时放出的能量，并不等于该核反应方程中释放的能量△E，所以的比结合能不是，故B错误；C、的中子数为234﹣91＝143，的中子数为234﹣90＝144，则比少1个中子，由质量数和电荷数守恒可知，X为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，所以此衰变为β衰变，故C正确；D、经2T时间即两个半衰期，还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为N0△E，故D错误。故选：AC。（多选）13．太阳大约在几十亿年后，会逐渐进入红巨星时期，核心温度逐渐升高，当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始转变为碳，即氦闪。三个He生成一个C（称为3α反应），核反应方程为3He→C，瞬间释放大量的核能。如果太阳发生氦闪，对太阳系内的生命都是毁灭性的，电影《流浪地球》讲述的就是发生在这样的背景之下的故事。下列说法正确的是（已知C的质量是mc＝12.0000u，He的质量是mHe＝4.0026u，1u的质量对应的能量是931.5MeV）（）A．氦闪发生的是核裂变反应 B．一次3α C．一次3α反应亏损的质量为△ D．C的比结合能比He的比结合能大，更稳定【考点】质量亏损与质能方程；重核的裂变；结核能与比结合能．【分析】氦闪发生的不是核裂变反应；先计算质量亏损，再根据爱因斯坦质能方程求释放的核能；比结合能越大，越稳定。【解答】解：A、氦闪发生的不是核裂变反应，故A错误；BC、一次3α反应亏损的质量为△m＝3×﹣12.0000u＝0.0078u，一次3α反应释放的核能为△E＝△mc2×931.5MeV＝7.2657MeV，故BC正确；D、比结合能越大，越稳定。C的比结合能比He的比结合能大，更稳定，故D正确。故选：BCD。三．计算题（共1小题）14．1个质子的