教科版高中物理选择性必修三5.3核反应结合能练习3

5.3核反应结合能同步练习3一．选择题（共10小题）1．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（）A．核的结合能约为14MeV B．核比核结合能大 C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的平均结合能比核中的大2．科学家用直流高压加速器加速质子（H）轰击锂原子核X，得到两个氦核（），已知、X、的质量分别为m1、m2、m3光在真空中的速度为c，则（）A．X是 B．X核的中子数是4 C．释放的核能E＝（m1+m2﹣m3）c2 D．上述核反应的类型是核裂变3．核某种裂变方式的核反应方程为，已知、、、的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是（）A．核反应方程式中x＝2 B．中含有56个中子 C．该反应释放的核能为 D．比的比结合能小4．锂是一种活动性较强的金属，在原子能工业中有重要用途。利用中子轰击产生和另一种粒子X，则X是（）A．氚核 B．氘核 C．质子 D．正电子5．福岛核电站的核废水中放射性物质“氘”难以清除．关于“氚”的一个核反应方程为→，对此以下说法正确的是（）A．反应后总结合能变大 B．核反应产物中的X粒子为 C．反应前后核子的总质量相等 D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应6．天文物理学家认为，在太阳和类似结构的星体中，发生的核聚变反应中占优势的是质子一质子循环，又称克里奇菲尔德循环。该循环的核反应方程为：2X→H+e，X+H→Y，2Y→He+2X，其中X、Y分别为（）A．pH B．nH C．pHe D．nHe7．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院升级改造后的可控核聚变装置创造了新的世界纪录。已知该装置内部发生的核反应方程为H+H→He+X，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，反应中释放的能量为E，光速为c，则下列说法正确的是（）A．X是质子 B．X的质量为m1+m2﹣m3﹣ C．该反应属于α衰变 D．氘核和氚核之间的库仑力表现为引力8．2021年国庆期间播放的电视剧《功勋》中，介绍了我国核潜艇之父黄旭华隐姓埋名30年，埋下头甘心做沉默的砥柱。如深海中的潜艇，无声但有无穷的力量。核潜艇以核反应堆作动力源，其中一种核反应方程是U+n→X+Sr+10n，Sr、生成物X的比结合能分别为8.7MeV、8.4MeV，下列说法正确的是（）A．Sr比X更稳定 B．X的结合能比U的结合能大 C．X的质子数比中子数多 D．该反应是核聚变反应9．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（）A．He核的结合能约为14MeV B．Li核比He核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大10．关于核力和结合能，下列说法正确的是（）A．强力是原子核内部的力，弱力是原子核外部的力 B．强力和弱力都是短程力，其力程均在10﹣18m之内 C．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用 D．组成原子核的核子越多，它的结合能越低二．多选题（共3小题）（多选）11．下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有（）A．H+H→n+X1 B．H+H→n+X2 C．U+n→Ba+Kr+3X3 D．n+Li→H+X4（多选）12．下列说法中正确的有（）A．只有原子序数大于或等于83的元素才具有放射性 B．卢瑟福根据α粒子散射实验估测出了原子直径的数量级 C．大量处于第5能级（即量子数n＝5）的氢原子，在向低能级跃迁时，最多可辐射出10种不同频率的光子 D．比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但是原子核一定越稳定，核子的平均质量一定越小（多选）13．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝m•c2，下列说法正确的是（）A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值 B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 C．根据△E＝△m•c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 D．根据△E＝△m•c2可以计算核反应中释放的核能三．计算题（共1小题）14．质子被发现以后，英国物理学家卢瑟福曾语言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年，科学家们在真空条件下用α射线麦击（）时，会产生一种看不见的贯穿能力很强的不知名的射线和另一种粒子。经过研究发现，这种不知名的射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一。（其中α粒子质量m1、铍核质量m2、不知名射线粒子质量m3、另一种粒子质量m4）（1）试写出α射线轰击铍核的核反应方程；（2）试计算上述核反应过程中所释放的能量。四．解答题（共1小题）15．（1）存在下列事实：①一对高能的γ光子相遇时可能产生一对正负电子；②一个孤立的γ光子不论其频率多高都不可能产生一对正负电子；③一个高能的γ光子经过重核附近时可能产生一对正负电子，根据上述事实，关于微观世界中的相互作用，下列说法正确的是A．事实①表明，只要符合能量守恒的事件就一定能发生B．事实②的原因是没有满足能量守恒定律C．事实③中，光子的动量等于一对正负电子的总动量D．上述事实表明，只有满足能量守恒和动量守恒的事件才能发生（2）Th本身不是易裂变材料，而是一种增殖材料，它能够吸收慢中子变成Th，然后经过次衰变转变为易裂变材料铀同位素U（3）如图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系，当用光子能量为4.5eV的蓝光照射光电管的阴极K时，对应图线与横轴的交点U1＝﹣×10﹣34J•×10﹣19C）（以下计算结果保留两位有效数字）①求阴极K发生光电效应的极限频率；②μA，求阴极K单位时间发射的光电子数．5.3核反应结合能同步练习3参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（）A．核的结合能约为14MeV B．核比核结合能大 C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的平均结合能比核中的大【考点】结核能与比结合能；质量亏损与质能方程．【分析】根据图像得出不同核子的结合能，计算出比结合能以及发生核反应时释放的能量。【解答】解：A、由图可知核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为28MeV，故A错误；B、由图可知核的比结合能约为5MeV，所以结合能约为30MeV，大于核的结合能，故B错误；C、两个核结合成核时，生成物的总结合能大于反应物的总结合能，所以会释放能量，故C正确；D、由图可知核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误。故选：C。2．科学家用直流高压加速器加速质子（H）轰击锂原子核X，得到两个氦核（），已知、X、的质量分别为m1、m2、m3光在真空中的速度为c，则（）A．X是 B．X核的中子数是4 C．释放的核能E＝（m1+m2﹣m3）c2 D．上述核反应的类型是核裂变【考点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能．【分析】核反应方程同时满足质量数守恒和电荷数守恒。根据反应前后各个核子的质量差求质量亏损。【解答】解：AB、根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为X+H→2He则Z＝2×2﹣1＝3，A＝2×4﹣1＝7，铍原子核内的中子数是4，X表示的是Li，故A错误，B正确；C、核反应质量亏损为Δm＝m1+m2﹣2m3则释放的核能为ΔE＝Δmc2＝（m1+m2﹣2m3）c2故C错误，D、核裂变是重核被粒子轰击发生的核反应，则题中反应不是核裂变，故D错误；故选：B。3．核某种裂变方式的核反应方程为，已知、、、的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。则下列说法正确的是（）A．核反应方程式中x＝2 B．中含有56个中子 C．该反应释放的核能为 D．比的比结合能小【考点】质量亏损与质能方程；结核能与比结合能．【分析】根据核反应的特点判断核反应的类型；根据电荷数守恒、质量数守恒得出x的电荷数和质量数；根据质能方程求出释放的核能。【解答】解：A．由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知x＝3，故A错误；B.原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为235﹣92＝143，故B错误；C．根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量为：ΔE＝Δmc2＝（m1﹣2m2﹣m3﹣m4）c2，故C正确；D．核反应方程式生成物比反应物稳定，的原子核的比结合能小于原子核的比结合能，故D错误。故选：C。4．锂是一种活动性较强的金属，在原子能工业中有重要用途。利用中子轰击产生和另一种粒子X，则X是（）A．氚核 B．氘核 C．质子 D．正电子【考点】原子核的人工转变；原子核的衰变及半衰期、衰变速度．【分析】由于该核反应方程为，可知X是氚核。【解答】解：该核反应方程为，可知X是氚核。故A正确，BCD错误。故选：A。5．福岛核电站的核废水中放射性物质“氘”难以清除．关于“氚”的一个核反应方程为→，对此以下说法正确的是（）A．反应后总结合能变大 B．核反应产物中的X粒子为 C．反应前后核子的总质量相等 D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应【考点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能．【分析】轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放出能量，结合能更大；根据质量数守恒和电荷数守恒确定X粒子；由质能方程分析反应过程中质量的变化；核电站中的主要核反应是重核的裂变反应。【解答】解：A、轻核聚变生成较大原子核的过程中，会释放出能量，反应后结合能变大，故A正确；B、由质量数守恒和电荷数守恒可知X粒子为n，即中子，故B错误；C、聚变反应会释放出能量，由质能方程E＝mc2可知反应过程中必然有质量亏损，反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，故C错误；D、目前世界各地正在运行的核电站中的主要核反应是重核的裂变反应，故D错误。故选：A。6．天文物理学家认为，在太阳和类似结构的星体中，发生的核聚变反应中占优势的是质子一质子循环，又称克里奇菲尔德循环。该循环的核反应方程为：2X→H+e，X+H→Y，2Y→He+2X，其中X、Y分别为（）A．pH B．nH C．pHe D．nHe【考点】结合能与比结合能；质量亏损与质能方程；原子核的人工转变．【分析】根据核反应过程中，电荷数守恒和质量数守恒进行判断即可。【解答】解：根据核反应2X→H+e，电荷数守恒和质量数守恒，可知X的质量数为：＝1，电荷数为：＝1，所以X为，即为质子p，根据核反应X+H→Y，电荷数守恒和质量数守恒，Y的质量数为：1+2＝3，电荷数为：1+1＝2，所以Y为，故C正确，ABD错误。故选：C。7．2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院升级改造后的可控核聚变装置创造了新的世界纪录。已知该装置内部发生的核反应方程为H+H→He+X，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，反应中释放的能量为E，光速为c，则下列说法正确的是（）A．X是质子 B．X的质量为m1+m2﹣m3﹣ C．该反应属于α衰变 D．氘核和氚核之间的库仑力表现为引力【考点】质量亏损与质能方程．【分析】核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒，可知X是中子，核反应过程中存在质量亏损，根据质能方程可知核反应过程中的质量亏损，再解得X的质量，该反应属于轻核聚变。【解答】解：A、核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒，可知可控热核反应装置中发生的核反应方程式是H+H→He+n，则X是中子，故A错误；B、核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1+m2＝m3+mX+Δm，根据质能方程可知核反应过程中的质量亏损Δm＝，解得mX＝m1+m2﹣m3﹣，故B正确，C、该反应属于轻核聚变，故C错误；D、氘核和氚核都带正电，表现为斥力，故D错误；故选：B。8．2021年国庆期间播放的电视剧《功勋》中，介绍了我国核潜艇之父黄旭华隐姓埋名30年，埋下头甘心做沉默的砥柱。如深海中的潜艇，无声但有无穷的力量。核潜艇以核反应堆作动力源，其中一种核反应方程是U+n→X+Sr+10n，Sr、生成物X的比结合能分别为8.7MeV、8.4MeV，下列说法正确的是（）A．Sr比X更稳定 B．X的结合能比U的结合能大 C．X的质子数比中子数多 D．该反应是核聚变反应【考点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能．【分析】比结合能大的原子核稳定，核子数多的原子核结合能大。根据质量数和电荷数守恒，可知X的质子数与中子数。【解答】解：A.Sr比X的比结合能大，因此Sr比X更稳定，故A正确；U小，因此X的结合能比U的结合能小，故B错误；C.根据质量数、电荷数守恒得到X的质子数为54，中子数为78，所以X的质子数比中子数少，故C错误：D.该反应是重核的裂变反应，故D错误。故选：A。9．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（）A．He核的结合能约为14MeV B．Li核比He核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大【考点】结核能与比结合能．【分析】根据图线得出原子核的比结合能大小，结合核子数求出原子核的结合能；因为He核的比结合能较大，所以两个核结合成为He核时要放出能量；比结合能越大，原子核越稳定。【解答】解：A、He核的比结合能大约为7MeV，核子数为4，则He核的结合能大约为28MeV，故A错误；B、核的比结合能比He核的比结合能小，所以He核更稳定，故B错误；C、因为He核的比结合能比核的比结合能大，所以两个核结合成He核时要放出能量，故C正确；D、由图可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误。故选：C。10．关于核力和结合能，下列说法正确的是（）A．强力是原子核内部的力，弱力是原子核外部的力 B．强力和弱力都是短程力，其力程均在10﹣18m之内 C．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用 D．组成原子核的核子越多，它的结合能越低【考点】结合能与比结合能；核力与四种基本相互作用．【分析】强相互作用和弱相互作用都是短程力，只存在于原子核内部；核力具有饱和性，只存在于相邻的核子之间；两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量称为结合能，质量数越大，结合能越大。【解答】解：A、强相互作用力是原子核内部的力，弱相互作用力也是原子核内部的力，故A错误；B、强相互作用存在于原子核内，作用范围在10﹣15m之内，弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约10﹣18m，故B错误；C、每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性，故C正确；D、根据结合能的特点可知，组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故D错误。故选：C。二．多选题（共3小题）（多选）11．下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有（）A．H+H→n+X1 B．H+H→n+X2 C．U+n→Ba+Kr+3X3 D．n+Li→H+X4【考点】原子核的人工转变；重核的裂变；轻核的聚变．【分析】根据核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒确定X是否是α粒子。【解答】解：A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X1的电荷数为2，质量数为3，但不是α粒子，故A错误；B、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X2的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故B正确；C、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X3的电荷数为0，质量数为1，为中子，故C错误；D、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X4的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故D正确。故选：BD。（多选）12．下列说法中正确的有（）A．只有原子序数大于或等于83的元素才具有放射性 B．卢瑟福根据α粒子散射实验估测出了原子直径的数量级 C．大量处于第5能级（即量子数n＝5）的氢原子，在向低能级跃迁时，最多可辐射出10种不同频率的光子 D．比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但是原子核一定越稳定，核子的平均质量一定越小【考点】结合能与比结合能；物理学史；玻尔理论与氢原子的能级跃迁．【分析】小于83元素的同位素也有放射性；α粒子散射实验估测出了原子核直径的数量级；根据数学组合公式C求出一群氢原子处于量子数n＝5的激发态，可能发出的光谱线条数；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。【解答】解：A、原子序数大于83的元素都具有放射性，但不是只有原子序数大于83的元素才具有放射性，故A错误；B、卢瑟福根据α粒子散射实验估测出了原子核直径的数量级，不是原子的，故B错误；C、大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，根据数学知识，C＝＝10，最多可产生10种不同频率的光子；故C正确；D、比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，但结合能不一定越大，因平均每个核子质量亏损就越多，则核子的平均质量一定越小，故D正确；故选：CD。（多选）13．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝m•c2，下列说法正确的是（）A．获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值 B．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 C．根据△E＝△m•c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 D．根据△E＝△m•c2可以计算核反应中释放的核能【考点】质量亏损与质能方程．【分析】由质能方程E＝m•c2，可知一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量；物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值；在核反应中，△m为质量亏损，△E是释放的核能，可以用公式△E＝△mc2来计算核反应释放的核能。【解答】解：A．根据△E＝△mc2知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故A正确；B．根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故B错误；C．爱因斯坦的质能方程：△E＝△mc2不是质量和能量可以相互转化，故C错误；D．公式△E＝△mc2中△m是亏损质量，△E是释放的核能，故D正确。故选：AD。三．计算题（共1小题）14．质子被发现以后，英国物理学家卢瑟福曾语言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年，科学家们在真空条件下用α射线麦击（）时，会产生一种看不见的贯穿能力很强的不知名的射线和另一种粒子。经过研究发现，这种不知名的射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一。（其中α粒子质量m1、铍核质量m2、不知名射线粒子质量m3、另一种粒子质量m4）（1）试写出α射线轰击铍核的核反应方程；（2）试计算上述核反应过程中所释放的能量。【考点】质量亏损与质能方程；原子核的人工转变．【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程式。根据核反应前后的质量关系即可找出核反应过程的质量亏损，再由爱因斯坦质能方程，即可求解。【解答】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒，那么核反应方程为：；（2）该核反应质量亏损为：△m＝（m1+m2）﹣（m3+m4）根据爱因斯坦质能方程，那么所释放的能量为：；答：（1）α射线轰击铍核的核反应方程为；（2）上述核反应过程中所释放