周测10　核力与结合能　核裂变与核聚变（含解析）

一、单项选择题：本题共7小题，每小题5分，共35分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是()A．核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当B．原子核内任意两个核子间都存在核力C．核力是强相互作用，一定是引力D．弱相互作用是短程力2.在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示，根据图中所提供的信息及原子核有关知识，对于在自然界中的稳定原子核，下列说法正确的是()A．较轻的原子核，质子数和中子数大致相等B．较重的原子核，质子数大于中子数C．越重的原子核，质子数和中子数差值越小D．在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况3．2021年12月30日，中科院EAST全超导托卡马克装置(“人造太阳”)过亿度持续运行176分钟，2022年2月26日，中国的“人造太阳”实现了1.6亿度(约为太阳中心温度的10倍)等离子体运行，中国的“人造太阳”的技术领跑世界，“人造太阳”采用的是磁约束核聚变反应，其核反应方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，则()A．X为质子B．该反应在常温下就可以进行C．该反应前后核子的总质量是相等的D.eq\o\al(4,2)He的结合能大于eq\o\al(3,4)H与eq\o\al(3,1)H结合能之和4．某次铀核裂变反应式为eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，反应产生的中子可能击中其他铀原子核从而引发链式反应，用mU、mBa、mKr分别表示eq\o\ar(235,92)U、eq\o\ar(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr核的质量，mn表示中子的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是()A．链式反应能否发生跟铀原料的体积无关B．裂变产物eq\o\ar(144,56)Ba的比结合能大于eq\o\ar(235,92)U的比结合能C．该核反应过程中质量有所增加D．该核反应中放出的核能为(mU－mBa－mKr－3mn)c25．(2023·山东泰安市高二期中)用中子轰击静止的锂核，核反应方程为eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li―→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋γ。已知γ光子的波长为λ，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，氚核的比结合能E3，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是()A．该核反应放出的核能ΔE＝heq\f(c,λ)B．该核反应放出的核能ΔE＝heq\f(λ,c)C．该核反应放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－7E1D．该核反应放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－6E16．(2023·内蒙古赤峰二中高二阶段练习)氘核eq\o\al(2,1)H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤则M约为()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg7.(2023·江苏省响水中学高二阶段练习)根据比结合能随质量数变化的图像分析原子核的比结合能规律，下列正确的是()A.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB.eq\o\al(6,3)Li核的结合能比eq\o\al(4,2)He核的大，比结合能比eq\o\al(4,2)He核的小C.eq\o\ar(235,92)U裂变成eq\o\al(89,36)Kr和eq\o\ar(144,56)Ba要吸收能量D．两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放的能量刚好等于eq\o\al(4,2)He核的结合能二、多项选择题：本题共4小题，每小题8分，共32分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。8．(2023·重庆市南开中学高二期中)下列关于质量亏损和原子核的结合能的说法正确的是()A．核子数越多，结合能一定越大B．核子结合成原子核时会出现质量亏损，这部分亏损的质量消失了C．两个轻核结合成一个质量较大的核，生成物的结合能比反应物的结合能大D．原子核的比结合能越大，在自由核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越小，平均每个核子质量也就越大9.(2023·西安市长安区第一中学高二质检)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．随原子序数的增大，核子的平均质量先减小后增大10.2020年1月10日，中国工程院院士黄旭华获2019年国家最高科学技术奖。他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献，核潜艇是以核反应堆(如图所示)为动力来源的潜艇，反应堆的核反应方程式为：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(q,p)X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，下列说法正确的是()A.eq\o\al(q,p)X元素有56个质子，144个中子B.eq\o\ar(235,92)U的比结合能(平均结合能)大于eq\o\al(89,36)Kr的比结合能C．根据ΔE＝Δmc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损D．要能发生链式反应，铀块的体积应不小于临界体积11．氘核与氚核发生聚变反应的方程式为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X。已知eq\o\al(2,1)H的质量为m1，eq\o\al(3,1)H的质量为m2，eq\o\al(4,2)He的质量为m3，X的质量为m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是()A．X为中子B．X为电子C．反应前后的质量应满足(m1＋m2)<(m3＋m4)D．反应中释放的核能为(m1＋m2－m3－m4)c2三、非选择题：本题共3小题，共33分。12．(10分)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。如图所示，硼核(eq\o\ar(10,5)B)进入癌细胞内吸收中子后转变成锂核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，真空中光速为c。(1)写出核反应方程并求核反应过程中的质量亏损Δm；(2)求α粒子的核子平均质量mα。13．(10分)现有的核电站广泛采用的核反应之一是铀核(eq\o\ar(235,92)U)的裂变，其核反应方程为eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(b,a)Nd＋eq\o\al(90,40)Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8eq\o\ar(0,－1)n＋eq\x\to(ν)，其中eq\x\to(ν)是反中微子，它不带电，质量数为零。(1)试确定生成物钕核(Nd)的电荷数a与质量数b；锆核(eq\o\al(90,40)Zr)的质量为89.9047u，不考虑反应中生成的电子的质量，1u相当于931.5MeV，求一个铀核(eq\o\ar(235,92)U)裂变释放的核能ΔE。14．(13分)原来静止的氡核(eq\o\ar(222,86)Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为E0＝0.09MeV的光子，已知放出的α粒子动能为Eα＝5.55MeV，忽略放出光子的动量，但考虑其能量。1u相当于931.5MeV。(1)写出衰变的核反应方程；(2)衰变过程中总的质量亏损为多少u？(结果保留3位有效数字)。答案精析1．D[核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小，选项A错误；核力属于短程力，只有相邻的两个核子间存在核力，选项B错误；核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，选项C错误；弱相互作用是短程力，选项D正确。]2．A[根据题中给的中子数(N)和质子数(Z)关系图可知，较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；而较重的原子核，中子数明显多于质子数，A正确，B错误；由题图可知，越重的原子核，中子数和质子数差值越大，C错误；由题图可知，在很大的原子核中，不可能出现质子数和中子数相等的情况，D错误。]3．D[根据电荷数守恒、质量数守恒，核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，知X为中子，A错误；核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，B错误；核聚变反应能放出核能，反应前后质量出现亏损，C错误；该核反应释放能量，有质量亏损，生成物更稳定，则知eq\o\al(4,2)He的结合能比反应物的结合能之和大，D正确。]4．B[链式反应能否发生跟铀原料的体积有关，通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，故A错误；裂变产物eq\o\ar(144,56)Ba的比结合能大于eq\o\ar(235,92)U的比结合能，故B正确；该核反应过程中质量有亏损，故C错误；该核反应中放出的核能为(mU－mBa－mKr－2mn)c2，故D错误。]5．D[γ光子的能量E＝heq\f(c,λ)不等于该核反应释放的核能，A、B错误；因为锂核的结合能为6E1，氦核的结合能为4E2，eq\o\al(3,1)H核的结合能3E3，则该核反应放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－6E1，C错误，D正确。]6．C[氘核eq\o\al(2,1)H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV，则平均每个氘核聚变释放的能量为ε＝eq\f(E,6)＝eq\f(43.15,6)MeV,1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为E0＝Nε≈7.2×1022MeV，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤的质量m＝eq\f(E0,Q)＝eq\f(7.2×1022,2.9×107)×1.6×10－13kg≈400kg。]7．B[由题图可知eq\o\al(4,2)He核的比结合能约为7MeV，eq\o\al(4,2)He共有4个核子，所以结合能约为4×7MeV＝28MeV，故A错误；eq\o\al(6,3)Li核的比结合能约为5.3MeV，eq\o\al(6,3)Li核的结合能约为5.3×6MeV裂变属于重核裂变，核反应朝着新核比结合能大的方向进行，要放出能量，故C错误；eq\o\al(4,2)He核的结合能等于eq\o\al(4,2)He核分裂成2个质子和2个中子所需要的能量，故D错误。]8．AC[核子数越多，结合能一定越大，故A正确；核子结合成原子核时会出现质量亏损，这部分亏损的质量并没有消失，故B错误；两个轻核结合成一个质量较大的核，生成物的比结合能比反应物的比结合能大，则生成物的结合能比反应物的结合能大，故C正确；原子核的比结合能越大，在自由核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越大，平均每个核子质量也就越小，故D错误。]9．ABD[由题图可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放能量，故A正确；由题图可知，A核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，故B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故C错误；由题图可知，随着原子序数的增大，核子的平均质量先减小后增大，故D正确。]10．CD[根据核反应的质量数和核电荷数守恒可得92＝p＋36,235＋1＝q＋89＋3，解得p＝56，q＝144，所以中子数为144－56＝88，故A项错误；该反应放出核能，则生成物eq\o\al(89,36)Kr的比结合能(平均结合能)大于eq\o\ar(235,92)U的比结合能，故B项错误；根据ΔE＝Δmc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损，故C项正确；要能发生链式反应，铀块的体积应不小于临界体积，故D项正确。]11．AD[根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A正确，B错误；因反应放出核能，则反应有质量亏损，即反应前后的质量应满足(m1＋m2)>(m3＋m4)，选项C错误；该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，反应中释放的核能为E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项D正确。]12．(1)eq\o\ar(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(7,3)Lieq\f(4E3＋7E2－10E1,c2)(2)eq\f(mp＋mn,2)－eq\f(E3,c2)解析(1)核反应方程为eq\o\ar(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(7,3)Li由质能方程有ΔE＝Δmc2且ΔE＝4E3＋7E2－10