周測(cè)10　核力與結(jié)合能　核裂變與核聚變（含解析）

一、單項(xiàng)選擇題：本題共7小題，每小題5分，共35分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1．關(guān)于自然界中四種基本相互作用，下列說法正確的是()A．核外電子與原子核間的萬有引力和庫侖力大小相當(dāng)B．原子核內(nèi)任意兩個(gè)核子間都存在核力C．核力是強(qiáng)相互作用，一定是引力D．弱相互作用是短程力2.在自然界穩(wěn)定的原子核中，中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)之間的關(guān)系如圖所示，根據(jù)圖中所提供的信息及原子核有關(guān)知識(shí)，對(duì)于在自然界中的穩(wěn)定原子核，下列說法正確的是()A．較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等B．較重的原子核，質(zhì)子數(shù)大于中子數(shù)C．越重的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)差值越小D．在很大的原子核中，可以有質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況3．2021年12月30日，中科院EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置(“人造太陽”)過億度持續(xù)運(yùn)行176分鐘，2022年2月26日，中國的“人造太陽”實(shí)現(xiàn)了1.6億度(約為太陽中心溫度的10倍)等離子體運(yùn)行，中國的“人造太陽”的技術(shù)領(lǐng)跑世界，“人造太陽”采用的是磁約束核聚變反應(yīng)，其核反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，則()A．X為質(zhì)子B．該反應(yīng)在常溫下就可以進(jìn)行C．該反應(yīng)前后核子的總質(zhì)量是相等的D.eq\o\al(4,2)He的結(jié)合能大于eq\o\al(3,4)H與eq\o\al(3,1)H結(jié)合能之和4．某次鈾核裂變反應(yīng)式為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，反應(yīng)產(chǎn)生的中子可能擊中其他鈾原子核從而引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，用mU、mBa、mKr分別表示eq\o\ar(235,92)U、eq\o\ar(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr核的質(zhì)量，mn表示中子的質(zhì)量，c為真空中的光速，下列說法正確的是()A．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積無關(guān)B．裂變產(chǎn)物eq\o\ar(144,56)Ba的比結(jié)合能大于eq\o\ar(235,92)U的比結(jié)合能C．該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有所增加D．該核反應(yīng)中放出的核能為(mU－mBa－mKr－3mn)c25．(2023·山東泰安市高二期中)用中子轟擊靜止的鋰核，核反應(yīng)方程為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光子的波長為λ，鋰核的比結(jié)合能為E1，氦核的比結(jié)合能為E2，氚核的比結(jié)合能E3，普朗克常量為h，真空中光速為c，下列說法中正確的是()A．該核反應(yīng)放出的核能ΔE＝heq\f(c,λ)B．該核反應(yīng)放出的核能ΔE＝heq\f(λ,c)C．該核反應(yīng)放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－7E1D．該核反應(yīng)放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－6E16．(2023·內(nèi)蒙古赤峰二中高二階段練習(xí))氘核eq\o\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)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海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg7.(2023·江蘇省響水中學(xué)高二階段練習(xí))根據(jù)比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的圖像分析原子核的比結(jié)合能規(guī)律，下列正確的是()A.eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB.eq\o\al(6,3)Li核的結(jié)合能比eq\o\al(4,2)He核的大，比結(jié)合能比eq\o\al(4,2)He核的小C.eq\o\ar(235,92)U裂變成eq\o\al(89,36)Kr和eq\o\ar(144,56)Ba要吸收能量D．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放的能量剛好等于eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能二、多項(xiàng)選擇題：本題共4小題，每小題8分，共32分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得8分，選對(duì)但不全的得4分，有選錯(cuò)的得0分。8．(2023·重慶市南開中學(xué)高二期中)下列關(guān)于質(zhì)量虧損和原子核的結(jié)合能的說法正確的是()A．核子數(shù)越多，結(jié)合能一定越大B．核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這部分虧損的質(zhì)量消失了C．兩個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)質(zhì)量較大的核，生成物的結(jié)合能比反應(yīng)物的結(jié)合能大D．原子核的比結(jié)合能越大，在自由核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損就越小，平均每個(gè)核子質(zhì)量也就越大9.(2023·西安市長安區(qū)第一中學(xué)高二質(zhì)檢)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法正確的是()A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損要放出能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能C．已知原子核A裂變成原子核B和C時(shí)放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強(qiáng)度，則逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D．隨原子序數(shù)的增大，核子的平均質(zhì)量先減小后增大10.2020年1月10日，中國工程院院士黃旭華獲2019年國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。他是中國第一代核潛艇總設(shè)計(jì)師，成功研制了我國第一代核潛艇，為我國?；肆α繉?shí)現(xiàn)從無到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻(xiàn)，核潛艇是以核反應(yīng)堆(如圖所示)為動(dòng)力來源的潛艇，反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為：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，下列說法正確的是()A.eq\o\al(q,p)X元素有56個(gè)質(zhì)子，144個(gè)中子B.eq\o\ar(235,92)U的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于eq\o\al(89,36)Kr的比結(jié)合能C．根據(jù)ΔE＝Δmc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損D．要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)不小于臨界體積11．氘核與氚核發(fā)生聚變反應(yīng)的方程式為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的質(zhì)量為m1，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為m2，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，真空中的光速為c，下列說法正確的是()A．X為中子B．X為電子C．反應(yīng)前后的質(zhì)量應(yīng)滿足(m1＋m2)<(m3＋m4)D．反應(yīng)中釋放的核能為(m1＋m2－m3－m4)c2三、非選擇題：本題共3小題，共33分。12．(10分)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)。如圖所示，硼核(eq\o\ar(10,5)B)進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)吸收中子后轉(zhuǎn)變成鋰核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp，中子的質(zhì)量為mn，硼核的比結(jié)合能為E1，鋰核的比結(jié)合能為E2，氦核的比結(jié)合能為E3，真空中光速為c。(1)寫出核反應(yīng)方程并求核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm；(2)求α粒子的核子平均質(zhì)量mα。13．(10分)現(xiàn)有的核電站廣泛采用的核反應(yīng)之一是鈾核(eq\o\ar(235,92)U)的裂變，其核反應(yīng)方程為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，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零。(1)試確定生成物釹核(Nd)的電荷數(shù)a與質(zhì)量數(shù)b；鋯核(eq\o\al(90,40)Zr)的質(zhì)量為89.9047u，不考慮反應(yīng)中生成的電子的質(zhì)量，1u相當(dāng)于931.5MeV，求一個(gè)鈾核(eq\o\ar(235,92)U)裂變釋放的核能ΔE。14．(13分)原來靜止的氡核(eq\o\ar(222,86)Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，并放出一個(gè)能量為E0＝0.09MeV的光子，已知放出的α粒子動(dòng)能為Eα＝5.55MeV，忽略放出光子的動(dòng)量，但考慮其能量。1u相當(dāng)于931.5MeV。(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程；(2)衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少u？(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。答案精析1．D[核外電子與原子核間的萬有引力遠(yuǎn)小于庫侖力大小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；核力屬于短程力，只有相鄰的兩個(gè)核子間存在核力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；核力是強(qiáng)相互作用，可表現(xiàn)為引力，也可表現(xiàn)為斥力，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；弱相互作用是短程力，選項(xiàng)D正確。]2．A[根據(jù)題中給的中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)關(guān)系圖可知，較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等；而較重的原子核，中子數(shù)明顯多于質(zhì)子數(shù)，A正確，B錯(cuò)誤；由題圖可知，越重的原子核，中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)差值越大，C錯(cuò)誤；由題圖可知，在很大的原子核中，不可能出現(xiàn)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況，D錯(cuò)誤。]3．D[根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為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為中子，A錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)屬于熱核反應(yīng)，必須在高溫下進(jìn)行，B錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)能放出核能，反應(yīng)前后質(zhì)量出現(xiàn)虧損，C錯(cuò)誤；該核反應(yīng)釋放能量，有質(zhì)量虧損，生成物更穩(wěn)定，則知eq\o\al(4,2)He的結(jié)合能比反應(yīng)物的結(jié)合能之和大，D正確。]4．B[鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積有關(guān)，通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，故A錯(cuò)誤；裂變產(chǎn)物eq\o\ar(144,56)Ba的比結(jié)合能大于eq\o\ar(235,92)U的比結(jié)合能，故B正確；該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有虧損，故C錯(cuò)誤；該核反應(yīng)中放出的核能為(mU－mBa－mKr－2mn)c2，故D錯(cuò)誤。]5．D[γ光子的能量E＝heq\f(c,λ)不等于該核反應(yīng)釋放的核能，A、B錯(cuò)誤；因?yàn)殇嚭说慕Y(jié)合能為6E1，氦核的結(jié)合能為4E2，eq\o\al(3,1)H核的結(jié)合能3E3，則該核反應(yīng)放出的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－6E1，C錯(cuò)誤，D正確。]6．C[氘核eq\o\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)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，則平均每個(gè)氘核聚變釋放的能量為ε＝eq\f(E,6)＝eq\f(43.15,6)MeV,1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè)，可以放出的總能量為E0＝Nε≈7.2×1022MeV，要釋放的相同的熱量，需要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量m＝eq\f(E0,Q)＝eq\f(7.2×1022,2.9×107)×1.6×10－13kg≈400kg。]7．B[由題圖可知eq\o\al(4,2)He核的比結(jié)合能約為7MeV，eq\o\al(4,2)He共有4個(gè)核子，所以結(jié)合能約為4×7MeV＝28MeV，故A錯(cuò)誤；eq\o\al(6,3)Li核的比結(jié)合能約為5.3MeV，eq\o\al(6,3)Li核的結(jié)合能約為5.3×6MeV裂變屬于重核裂變，核反應(yīng)朝著新核比結(jié)合能大的方向進(jìn)行，要放出能量，故C錯(cuò)誤；eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能等于eq\o\al(4,2)He核分裂成2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子所需要的能量，故D錯(cuò)誤。]8．AC[核子數(shù)越多，結(jié)合能一定越大，故A正確；核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這部分虧損的質(zhì)量并沒有消失，故B錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)質(zhì)量較大的核，生成物的比結(jié)合能比反應(yīng)物的比結(jié)合能大，則生成物的結(jié)合能比反應(yīng)物的結(jié)合能大，故C正確；原子核的比結(jié)合能越大，在自由核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損就越大，平均每個(gè)核子質(zhì)量也就越小，故D錯(cuò)誤。]9．ABD[由題圖可知，D和E核子的平均質(zhì)量大于F核子的平均質(zhì)量，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)，核子總質(zhì)量減小，有質(zhì)量虧損，要釋放能量，故A正確；由題圖可知，A核子平均質(zhì)量大于B與C核子的平均質(zhì)量，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；由題圖可知，隨著原子序數(shù)的增大，核子的平均質(zhì)量先減小后增大，故D正確。]10．CD[根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可得92＝p＋36,235＋1＝q＋89＋3，解得p＝56，q＝144，所以中子數(shù)為144－56＝88，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)放出核能，則生成物eq\o\al(89,36)Kr的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于eq\o\ar(235,92)U的比結(jié)合能，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損，故C項(xiàng)正確；要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)不小于臨界體積，故D項(xiàng)正確。]11．AD[根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，則X為中子，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；因反應(yīng)放出核能，則反應(yīng)有質(zhì)量虧損，即反應(yīng)前后的質(zhì)量應(yīng)滿足(m1＋m2)>(m3＋m4)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，反應(yīng)中釋放的核能為E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項(xiàng)D正確。]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)核反應(yīng)方程為eq\o\ar(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(7,3)Li由質(zhì)能方程有ΔE＝Δmc2且ΔE＝4E3＋7E2－10