课时测评21 核反应 结合能-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（教科版2019）

课时测评21　核反应　结合能 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题4分，共40分) 1.(多选)关于核反应，下列说法正确的是(　　) A．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒 B．核反应方程U―→Th＋He属于α衰变 C．核反应方程N＋He―→O＋H属于原子核的人工转变 D．核反应方程C―→N＋e属于β衰变，而β射线来自原子外层的电子 答案：ABC 解析：核反应中质量数和电荷数都守恒，故A正确；根据核反应的特点可知，核反应方程U―→Th＋He属于α衰变，故B正确；核反应方程N＋He―→O＋H属于人工核反应，故C正确；β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故D错误。 2.如图所示，国家大科学工程－－中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是(　　) A.N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子 B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子 C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子 D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子 答案：B 解析：根据核反应中质量数和电荷数守恒，可知A项核反应方程为N＋He―→O＋H，故A错误；B项核反应方程为Al＋He―→P＋n，故B正确；C项核反应方程为B＋H―→Be＋He，故C错误；D项核反应方程为Li＋H―→He＋He，故D错误。 3．(2023·重庆南开中学期中)关于质量亏损和原子核的结合能，以下说法正确的是(　　) A．核子数越多，结合能不一定越大 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，平均每个核子的质量也就越大 答案：C 解析：核子数越多，结合能一定越大，选项A错误；核子结合成原子核时会出现质量亏损，但不代表质量消失，选项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，因此生成物的结合能比反应物的结合能大，选项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，所以平均每个核子的质量也就越小，选项D错误。 4．(2023·甘肃庆阳期末)原子核的比结合能曲线如图所示(虚线右侧区域的横坐标标度是左侧区域横坐标标度的5倍)。根据该曲线，下列判断正确的是(　　) A.U核的结合能比Kr核的大 B.U核比Kr核稳定 C．两个H核结合成He释放28 MeV能量 D.Li核的结合能约为15 MeV 答案：A 解析：核子数越多，结合能越大，则U核的结合能比Kr核的大，A正确；比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知Kr核的比结合能比U核的大，则Kr核比U核稳定，B错误；由题图可知He核的比结合能约为7 MeV，则He核的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，根据结合能定义可知，单个自由的核子结合成He核释放的能量为28 MeV，则两个H核结合成He释放的能量必定小于28 MeV，C错误；由题图可知Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为6×5 MeV＝30 MeV，D错误。 5.(多选)如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知(　　) A．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量 B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量 C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定会释放能量 D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量 答案：AC 解析：D和E结合成F，核子平均质量减少，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故A正确，B错误；若A分裂成B和C，核子平均质量减少，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故C正确，D错误。 6．(2023·广州高二检测)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为H＋H―→He＋n。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.　　 B. C.　　 D. 答案：B 解析：该反应中释放的核能为ΔE＝E3－(E1＋E2)，根据爱因斯坦质能方程有ΔE＝Δm·c2，联立解得该聚变反应中质量亏损为Δm＝，故选B。 7．(多选)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，假设核反应过程中释放的能量全部转化为α粒子和Y核的动能。α粒子在磁场中运动的半径为R。则(　　 ) A．衰变方程可表示为 AZX―→ A－2 　ZY＋ 42He B．核反应中释放的核能为(mX－mY－mα)c2 C．Y核在磁场中运动的半径为 D．Y核的动能为EkY＝ 答案：BC 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为 4ZX―→ Y＋ 42He，故A错误；此反应中放出的总能量ΔE＝(mX－mY－mα)c 2，故B正确；核反应前后系统动量守恒，即mYvY＝mαvα，新核和α粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝，联立两式可知核Y和α粒子在磁场中运动的半径之比＝，α粒子在磁场中运动的半径为R，所以核Y在磁场中运动的半径rY＝，故C正确；核X发生衰变前后，根据能量守恒定律有ΔE＝mYv2＋mαv2，又由于mYvY＝mαvα，联立两式整理得核Y的动能EkY＝mYv2＝ΔE，代入ΔE可知D错误。 8．(多选)对公式ΔE＝Δm·c2的理解正确的是(　　) A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少Δm B．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应地增加Δm·c2 C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量 D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与它们结合成的原子核的质量之差就是Δm 答案：ABD 解析：一定的质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应地增加Δm·c2，所以选项B正确；原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误。 9．(2023·湖北十堰期末)当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量；当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量；当六个中子和六个质子结合成一个碳核时，释放的能量为(　　) A．184.32 MeV　　 B．92.16 MeV C．77.64 MeV　　 D．35.56 MeV 答案：B 解析：设中子的质量为mn，质子的质量为mp，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量为mC，根据质能方程ΔE1＝28.30 MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2，ΔE2＝7.26 MeV＝(3mα－mC)c2，ΔE3＝(6mn＋6mp－mC)c2，联立各式解得ΔE3＝92.16 MeV，选项B正确。 10．(多选)(2023·泰安高二检测)设有钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素离子，(已知钚核质量m1＝238.999 65 u，铀核质量m2＝234.993 47 u，α粒子的质量为m3＝4.001 40 u，1 u＝931.5 MeV/c2)，则(　　) A．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU＝46∶1 B．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU＝235∶4 C．α粒子的动能约为4.4 MeV D．α粒子的动能约为44 MeV 答案：AC 解析：核反应方程为Pu―→He＋U，该反应放出的核能为ΔE＝(m1－m2－m3)c2＝0.004 78×931.5 MeV＝4.452 57 MeV，又因为反应过程遵循动量守恒、能量守恒，所以有m2v2＝m3v3，ΔE＝Ek2＋Ek3，解得Ek3≈4.4 MeV，故C正确，D错误；由qvB＝m可知Rα∶RU＝qU∶qα＝92∶2＝46∶1，故A正确，B错误。 11．(2023·江苏徐州期末)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出频率为ν的γ光子。已知衰变过程中质量亏损为Δm，U的质量为α粒子质量的k倍，普朗克常量为h，光速为c。 (1)写出Pu衰变为U*和α粒子的方程。 (2)求衰变过程中释放的核能。 (3)若衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。 答案：(1)Pu―→U*＋He (2)Δm·c2　(3) 解析：(1)根据题意可知，衰变方程为Pu―→U*＋He。 (2)根据题意，由质能方程可得，衰变过程中释放的核能为E＝Δm·c2。 (3)根据题意，设α粒子的质量为m，则U的质量为km，设α粒子的速度为v1，U的速度为v2，由于放出的光子的动量可忽略，由动量守恒定律有mv1＝kmv2 设α粒子的动能为Ek，由动量和动能的关系式有Ek＝，则U的动能为，由于释放的核能转化为U和α粒子的动能和光子的能量，则有Δm·c2＝Ek＋＋hν 解得Ek＝。 12．(2023·江苏苏州期末)用质子轰击静止的锂核Li生成2个α粒子。已知质子质量mp＝1.007 8 u，α粒子的质量Mα＝4.002 6 u，锂核质量MLi＝7.016 0 u，质子的初动能E1相当于0.6 MeV。试回答下列问题(1 u相当于931 MeV的能量)： (1)写出核反应方程式； (2)核反应发生前后的质量亏损Δm； (3)核反应中释放出的能量ΔE； (4)核反应释放的能量全部用来增加两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有的总动能是多少？ 答案：(1)Li＋H―→2He　(2)0.018 60 u (3)17.3 MeV　(4)17.9 MeV 解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知该反应的核反应方程式为Li＋H―→2He。 (2)核反应前后的质量亏损Δm＝mp＋MLi－2Mα＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 60 u。 (3)核反应中释放的能量ΔE＝0.018 60×931 MeV≈17.3 MeV。 (4)具有的总动能Ek＝ΔE＋E1＝17.9 MeV。 学科网（北京）股份有限公司 $$