第五章 “四翼”检测评价（三）(Word练习)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019 江苏专用）

[“四翼”检测评价]

组—重基础·体现综合

1．关于原子内的相互作用力说法正确的是(　 )

A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力

B．中子和质子间的作用力总是以核力为主

C．质子与质子间的核力，在1.5×10－15 m的距离内远小于它们相互间的库仑力

D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力

解析：选A　电子在原子核与电子之间库仑力的作用下绕原子核做圆周运动，选项A正确，D错误；中子和质子、质子与质子间的核力，主要是表现在相邻的核子之间，在1.5×10－15 m的距离内远大于它们相互间的库仑力，故选项B、C错误。

2．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M(单位均为kg)的原子核时释放出的能量是(　 )

A．(M－m1－m2)u·c2

B．(m1＋m2－M)u×931.5 J

C．(m1＋m2－M)c2

D．(m1＋m2－M)×931.5 eV

解析：选C　在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV 进行计算，Δm＝m1＋m2－M，故C正确，A、B、D错误。

3．太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为

4H―→He＋2e＋2ν

已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　 )

A．8 MeV　　　　 B．16 MeV

C．26 MeV  D．52 MeV

解析：选C　由核反应方程可知，4个H转变成1个He的过程中的质量亏损Δm≈4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的核能ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，故选项C正确。

4．(2022·江苏扬州高二质检)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．若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示核反应释放的核能

D．已知太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，则太阳的质量在不断减少

解析：选C　爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2告诉我们，物体具有的能量与它的质量成正比，故A正确，不符合题意；ΔE＝Δmc2中，如果Δm是亏损质量，则ΔE是释放的核能，故B正确，不符合题意；若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示其具有的能量，不表示核反应释放的核能，故C错误，符合题意；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，则核聚变释放核能，有质量亏损，故D正确，不符合题意。

5．放射性元素氡(Rn)的半衰期为T，氡核放出一个Χ粒子后变成钋核(Po)。设氡核、钋核和Χ粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是(　 )

A．该过程的核反应方程是Rn―→Po＋e

B．发生一次核反应释放的核能为(m1－m2－m3)c2

C．1 g氡经2T时间后，剩余氡的质量为0.5 g

D．钋核的比结合能比氡核的比结合能小

解析：选B　根据质量数守恒可知，Χ的质量数是222－218＝4，电荷数是：86－84＝2，所以该过程的核反应方程是：Rn―→Po＋He，故A错误；该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以发生一次核反应释放的核能为E＝(m1－m2－m3)c2，故B正确；1 g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为：m＝m02＝＝0.25 g，故C错误；该核反应的过程中释放能量，且钋核比氡核更加稳定，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D错误。

6．(2022·江苏南京期中)一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q1。两个氘核发生核反应生成一个氦核，核反应方程是H＋H―→He＋n，该反应放出的能量为Q2。则核反应中生成氦核的比结合能为(　 )

A.   B.

C.   D.

解析：选C　两个中子和两个质子结合成两个氘核放出的能量为2Q1，两个氘核结合成一个氦核放出的能量为Q2，则生成一个氦核释放的能量为2Q1＋Q2，氦核的核子数等于3，则氦核的比结合能为，故C正确，A、B、D错误。

7．(2022·江苏启东高二月考)某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其核反应方程为X―→Y＋Z，并假设释放出的能量全都转化为新核Y和Z的动能，测得其中Z的速度为v，以下结论正确的是(　 )

A．Y原子核的速度大小为 v

B．Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍

C．Y原子核和Z原子核的质量之和比Χ原子核的质量大(c为光速)

D．Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

解析：选D　由动量守恒有0＝Dv′－Fv，所以v′＝v，故A错误；Y原子的动能EkY＝ v2，Z原子的动能为EkZ＝Fv2，它们之比为，故B错误；因为放出能量，有质量亏损，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比Χ原子核的质量小，结合能之和比Χ的结合能大，故C错误，D正确。

8．(2021·海南高考)1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为Li＋H―→Be―→2X。已知H、Li、X的质量分别为m1＝1.007 28 u、m2＝7.016 01 u、m3＝4.001 51 u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中(　 )

A．质量亏损Δm＝4.021 78 u

B．释放的核能ΔE＝c2

C．铍原子核内的中子数是5

D．X表示的是氚原子核

解析：选B　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Li＋H―→Be―→2He，则Z＝4，A＝8，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故C、D错误；核反应质量亏损为Δm＝m1＋m2－2m3＝0.020 27 u，则释放的核能为ΔE＝c2，故A错误，B正确。

9．(2022·江苏南通高二下月考)一静止的U核发生衰变后放出一个粒子变成Th核。已知U核质量为m1，放出的粒子质量为m2，Th核质量为m3，光在真空中的传播速度为c。

(1)写出衰变方程；

(2)如果放出的粒子的速度大小为v，求Th核的速度大小v′；

(3)求此衰变过程中释放的总能量。

解析：(1)根据衰变过程质量数守恒、电荷数守恒，可知衰变方程为U―→Th＋He；

(2)U核发生衰变后放出一个α粒子的过程中，系统动量守恒，以Th核的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有m3v′－m2v＝0，解得v′＝v；

(3)该核反应的质量亏损为Δm＝m1－m2－m3，根据爱因斯坦质能方程得释放的总能量为ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2。

答案：(1)U―→Th＋He　(2)v

(3)(m1－m2－m3)c2

组—重应用·体现创新

10．在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用。核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu―→X＋He＋γ，下列有关说法中正确的是(　 )

A．X原子核中含有92个中子

B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力

C．20克的Pu经过48 200年后，还有5克未衰变

D．钚核衰变前的质量等于衰变后X、He核的质量之和

解析：选C　根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为Pu―→X＋He＋γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，电离能力非常弱，故B错误；根据半衰期公式：m＝m0＝20× g＝5 g，故C正确；由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故D错误。

11．中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”采用的是分辨粒子种类的新探测技术方法，既能探测低能区，也能探测高能区，特别是首次走进能量为1  TeV(1  TeV＝1.0×1012 eV，e＝1.6×10－19 C)以上的“无人区”，“悟空”首次直接测量到了能谱在1 TeV处的“拐折”及在1.4 TeV处的“尖峰”。从数据分析来看，产生“奇异”电子信号的来源很可能是暗物质湮灭或衰变。如果进一步证实了这种观点，人们就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量和湮灭率。结合上述信息，下列说法正确的是(　 )

A．“拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.6×1031 J

B．电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转

C．假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，则湮灭过程中释放的能量为ΔE＝Δmc(c为光在真空中的传播速度)

D．若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，则其半衰期随温度的升高而减小

解析：选B　“拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.0×1012 eV＝1.0×1012×1.6×10－19 J＝1.6×10－7 J，故A错误；根据左手定则，电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转，故B正确；假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，根据质能方程则湮灭过程中释放的能量为ΔE＝Δmc2，故C错误；若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，故D错误。

12．(2022·江苏太仓高三测试)原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，核反应方程是A＋B―→C，已知原子核A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，结合能分别为EA、EB、EC，以下说法正确的是(　 )

A．原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C

B．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝(mA＋mB－mC)c2

C．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝EA＋EB－EC

D．大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的

解析：选B　某原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量。原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，原子核C的比结合能最大，释放的能量为ΔE＝EC－(EA＋EB)，根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝(mA＋mB－mC)c2，故选项A、C错误，选项B正确；原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，未发生衰变的原子核占原来的，故D错误。

13．假设钚的同位素离子Pu静止在某一匀强磁场中，该离子沿着与磁场垂直的方向放出一个α粒子后，变成了铀的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09 MeV的光子。若已知钚核的质量为m1＝238.999 655 u，              铀核的质量为m2＝234.993 470 u，α粒子的质量为m3＝4.001 509 u。(普朗克常量是h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的速度为c＝3×108 m/s,1 u的质量对应于931.5 MeV的能量)。求：

(1)这一过程的核反应方程式；

(2)放出的光子的波长；

(3)α粒子和新核获得的总动能。

解析：铀核相对α粒子做反向运动(反冲)，在磁场中形成相切的圆轨迹，衰变中系统的动量及总能量均是守恒的，释放出的能量，一部分转变成两个生成核的动能，另一部分以光子的形式辐射出去。

(1)Pu―→U＋He

(2)因E＝hν＝h，所以λ＝

＝m≈1.38×10－11 m。

(3)衰变中释放的能量：ΔE＝(m1－m2－m3)×931.5 MeV，根据能量守恒定律得，铀核和α粒子的总动能为：

Ek＝EkU＋Ekα＝ΔE－E＝(m1－m2－m3)×931.5 MeV－0.09 MeV≈4.266 MeV。

答案：(1)Pu―→U＋He　(2)1.38×10－11 m

(3)4.266 MeV(或6.83×10－13 J)