2025高考物理 人教版選擇性必修第3冊(cè)專(zhuān)項(xiàng)復(fù)習(xí)第5章　3含答案

第五章3.基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練1．關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是()A．鈾核的結(jié)合能等于其α衰變時(shí)所放出的能量B．鈾核衰變成α粒子和另一原子核，這兩個(gè)產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)鈾核的結(jié)合能C．比結(jié)合能越小，原子核越穩(wěn)定D．結(jié)合能越小，原子核越穩(wěn)定答案：B解析：衰變過(guò)程中放出的能量為反應(yīng)后核子的總結(jié)合能與反應(yīng)前的結(jié)合能的差值，故A錯(cuò)誤；衰變后的產(chǎn)物相對(duì)于衰變前要穩(wěn)定，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能，故B正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故C、D錯(cuò)誤。2．(多選)對(duì)于核力，以下說(shuō)法正確的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強(qiáng)相互作用的表現(xiàn)，是強(qiáng)力C．核子之間的距離小于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起D．人們對(duì)核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時(shí)核力的變化規(guī)律更清楚答案：BC解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多，故A錯(cuò)誤，B正確；核力在大于0.8×10－15m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小；在距離小于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起，故C正確；人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故D錯(cuò)誤。3．(多選)核電池是通過(guò)半導(dǎo)體換能器，將放射性同位素衰變過(guò)程中釋放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｄ撤N核電池使用放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu，靜止的eq\o\al(239,94)Pu衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U和α粒子，并放出頻率為ν的γ光子，已知eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu、mU、mα。下列說(shuō)法正確的是()A.eq\o\al(239,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γB．此核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mαC．釋放出的γ光子的能量為(mPu－mU－mα)c2D．反應(yīng)后eq\o\al(235,92)U和α粒子結(jié)合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能大答案：ABD解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(239,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故A正確；此核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損等于反應(yīng)前后質(zhì)量之差，為Δm＝mPu－mU－mα，故B正確；釋放的γ光子的能量為hν，核反應(yīng)的過(guò)程中釋放的能量為E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反應(yīng)的過(guò)程中釋放的核能轉(zhuǎn)化為新核與α粒子的動(dòng)能以及光子的能量，所以γ光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C錯(cuò)誤；eq\o\al(239,94)Pu衰變成eq\o\al(235,92)U和α粒子后，釋放核能，將原子核分解為單個(gè)的核子需要的能量更大，原子變得更穩(wěn)定，所以反應(yīng)后eq\o\al(235,92)U和α粒子結(jié)合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能大，故D正確。4．(多選)為紀(jì)念?lèi)?ài)因斯坦對(duì)物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國(guó)將2005年定為“國(guó)際物理年”。對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說(shuō)法正確的是()A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C．一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)釋放出核能，表明此過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)時(shí)釋放的核能答案：ABC解析：E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比，其中E不能理解為發(fā)生核反應(yīng)時(shí)釋放的核能，選項(xiàng)A正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能，選項(xiàng)B正確；一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)發(fā)生聚變反應(yīng)，會(huì)有質(zhì)量虧損，虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放出來(lái)，即釋放出核能，選項(xiàng)C正確。5．(多選)eq\o\al(64,29)Cu原子核有40%的可能發(fā)生β－衰變，方程為eq\o\al(64,29)Cu→eq\o\al(64,30)Zn＋eq\o\al(0,－1)e，衰變過(guò)程釋放的核能是ΔE1；有19%的可能發(fā)生β＋衰變，方程為eq\o\al(64,29)Cu→eq\o\al(64,28)Ni＋eq\o\al(0,1)e，衰變過(guò)程釋放的核能是ΔE2，ΔE1>ΔE2。已知eq\o\al(64,29)Cu的比結(jié)合能為E，普朗克常量為h，真空中光速為c，正負(fù)電子質(zhì)量相等，下列說(shuō)法正確的是()A．由于釋放核能，所以衰變過(guò)程質(zhì)量數(shù)不守恒B.eq\o\al(64,30)Zn的質(zhì)量比eq\o\al(64,28)Ni質(zhì)量小C.eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E－eq\f(ΔE1,64)D.eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E＋eq\f(ΔE2,64)答案：BD解析：衰變過(guò)程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，故A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，由于ΔE1>ΔE2，正負(fù)電子質(zhì)量相等，可知β－衰變質(zhì)量虧損更多，故eq\o\al(64,30)Zn的質(zhì)量比eq\o\al(64,28)Ni質(zhì)量小，故B正確；設(shè)eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E1，eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E2，根據(jù)能量守恒有64E1－64E＝ΔE1,64E2－64E＝ΔE2，可得eq\o\al(64,30)Zn的比結(jié)合能為E1＝E＋eq\f(ΔE1,64)，可得eq\o\al(64,28)Ni的比結(jié)合能為E2＝E＋eq\f(ΔE2,64)，故C錯(cuò)誤，D正確。6．(多選)對(duì)公式ΔE＝Δmc2的理解正確的是()A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)地增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過(guò)程中增加的質(zhì)量D．在把核子結(jié)合成原子核時(shí)，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質(zhì)量和與它們結(jié)合成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm答案：ABD解析：一定的質(zhì)量對(duì)應(yīng)于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)A、D正確；如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量一定相應(yīng)地增加Δmc2，所以選項(xiàng)B正確；原子核在衰變時(shí)，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。7．用中子轟擊靜止的eq\o\al(6,3)Li，核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→X＋eq\o\al(4,2)He。中子的速度為v，質(zhì)量為m，生成的X速度方向與中子的速度方向相反，X與eq\o\al(4,2)He的速度之比為7∶8，質(zhì)子的質(zhì)量可近似為m，光速為c。則()A．X為eq\o\al(2,1)HB．核反應(yīng)過(guò)程中，質(zhì)量守恒、電荷數(shù)也守恒C．核反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為X的動(dòng)能D.eq\o\al(4,2)He的速度為eq\f(8,11)v答案：D解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，X核的質(zhì)量數(shù)為3，電荷數(shù)為1，核反應(yīng)過(guò)程釋放能量，存在質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，故A、B錯(cuò)誤；以中子的速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得mv＝－mXv1＋mHev2，由題意知v1∶v2＝7∶8，解得v1＝eq\f(7,11)v，v2＝eq\f(8,11)v，核反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為X核的動(dòng)能與eq\o\al(4,2)He核的動(dòng)能，故C錯(cuò)誤，D正確。8．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用eq\o\al(A,Z)X表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫(xiě)出該α衰變的核反應(yīng)方程。(2)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm。答案：(1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)解析：(1)根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，該α衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He。(2)由qvB＝meq\f(v2,R)，得v＝eq\f(qBR,m)，設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動(dòng)量守恒：Mv′－mv＝0，則v′＝eq\f(mv,M)＝eq\f(qBR,M)由Δmc2＝eq\f(1,2)Mv′2＋eq\f(1,2)mv2，得Δm＝eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)。能力提升練9．(多選)關(guān)于原子核中的核力與結(jié)合能，下列說(shuō)法中正確的是()A．核力是短程力，作用范圍在10－15m內(nèi)，在核力作用范圍內(nèi)核力比庫(kù)侖力大得多B．原子核中，質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，質(zhì)子和中子間沒(méi)有核力C．結(jié)合能是指核子構(gòu)成原子核時(shí)原子核具有的能量D．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固答案：AD解析：核力與萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力性質(zhì)不同，核力是短程力，作用范圍在10－15m內(nèi)，在核力作用范圍內(nèi)核力比庫(kù)侖力大得多，故A正確；原子核中，相鄰質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，相鄰質(zhì)子與中子間、相鄰中子與中子間都有核力，故B錯(cuò)誤；原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D正確。10．大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中釋放的能量用來(lái)發(fā)電，已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u,1u＝931MeV/c2。該核反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV答案：B解析：該核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，可知該核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931MeV＝3.3MeV，選項(xiàng)B正確。11．(2024·湖北黃石一模)2023年12月，新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”面向全球開(kāi)放。假設(shè)“人造太陽(yáng)”內(nèi)部發(fā)生的兩種核聚變分別為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)H＋Y，已知eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能為E1，eq\o\al(3,1)H的比結(jié)合能為E2，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能為E3，eq\o\al(3,2)He的比結(jié)合能為E4，光在真空中的傳播速度為c。下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)方程中X為電子，Y為質(zhì)子B．X核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損eq\f(2E1＋3E2－4E3,c2)C.eq\o\al(4,2)He的平均核子質(zhì)量小于eq\o\al(2,1)H的平均核子質(zhì)量D．核反應(yīng)過(guò)程中虧損的質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰看鸢福篊解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知核反應(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，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,1)H，故X為中子，Y為質(zhì)子，故A錯(cuò)誤；X核反應(yīng)放出的能量為ΔE＝4E3－(2E1＋3E2)，根據(jù)質(zhì)能方程可得4E3－(2E1＋3E2)＝Δmc2，解得Δm＝eq\f(4E3－2E1＋3E2,c2)，故B錯(cuò)誤；反應(yīng)過(guò)程中釋放大量熱量，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大于eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能，eq\o\al(4,2)He的平均核子質(zhì)量小于eq\o\al(2,1)H的平均核子質(zhì)量，故C正確；根據(jù)質(zhì)能方程可知，質(zhì)量和能量在量值相聯(lián)系，但不等同于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化，故D錯(cuò)誤。12．太空中的γ射線暴是從很遠(yuǎn)的星球發(fā)射出來(lái)的。當(dāng)某次γ射線暴發(fā)生時(shí)，數(shù)秒內(nèi)釋放的能量大致相當(dāng)于當(dāng)前太陽(yáng)質(zhì)量全部發(fā)生虧損時(shí)所釋放的能量。已知太陽(yáng)光從太陽(yáng)傳到地球需要的時(shí)間為t，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期為T(mén)，真空中的光速為c，引力常量為G，則這次γ射線暴發(fā)生時(shí)所釋放的能量ΔE為()A．ΔE＝eq\f(4π2tc5,G) B．ΔE＝eq\f(4π2t3c5,GT2)C．ΔE＝eq\f(2π2t3c5,GT2) D．ΔE＝eq\f(2π2t3c2,GT2)答案：B解析：設(shè)地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，地球質(zhì)量為m，太陽(yáng)質(zhì)量為M，根據(jù)萬(wàn)有引力定律得eq\f(GMm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)，又r＝ct，解得M＝eq\f(4π2c3t3,GT2)。根據(jù)題意，γ射線暴發(fā)生時(shí)，釋放的能量大致相當(dāng)于當(dāng)前太陽(yáng)質(zhì)量全部發(fā)生虧損所釋放的能量，則根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，γ射線暴發(fā)生時(shí)所釋放的能量ΔE＝eq\f(4π2t3c5,GT2)，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。13．(2024·山東泰安二模)兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能Ek對(duì)心碰撞發(fā)生核聚變。核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的比結(jié)合能為E1，氦核的比結(jié)合能為E2。假設(shè)核反應(yīng)釋放的核能E全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)后氦核與中子的動(dòng)量相同B．該核反應(yīng)釋放的核能E＝4E1－3E2C．核反應(yīng)后氦核的動(dòng)能為eq\f(E＋2Ek,4)D．氦核的比結(jié)合能為E2＝eq\f(E,3)答案：C解析：兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能Ek對(duì)心碰撞，根據(jù)動(dòng)量守恒定律知，反應(yīng)前的總動(dòng)量為零，則反應(yīng)后總動(dòng)量為零，即氦核和中子的動(dòng)量大小相等，方向相反，故A錯(cuò)誤；由比結(jié)合能的概念可知，該核反應(yīng)釋放的核能為E＝3E2－4E1，故B錯(cuò)誤；反應(yīng)后氦核和中子的總動(dòng)能來(lái)自釋放的核能以及反應(yīng)前氘核的總動(dòng)能之和，則反應(yīng)后氦核和中子的總動(dòng)能為Ek總＝2Ek＋E，根據(jù)動(dòng)量守恒知，氦核和中子的動(dòng)量大小相等，方向相反，根據(jù)動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，可知氦核和中子的動(dòng)能之比為1∶3，則核反應(yīng)后氦核的動(dòng)能為Ek1＝eq\f(Ek總,4)＝eq\f(E＋2Ek,4)，故C正確；比結(jié)合能又稱(chēng)平均結(jié)合能，等于結(jié)合能除以核子數(shù)，結(jié)合能是自由分散的核子結(jié)合成原子核所釋放的能量，并不是該反應(yīng)放出的能量為E，所以氦核的比結(jié)合能不等于eq\f(E,3)，故D錯(cuò)誤。14．靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的放射性原子核X衰變?yōu)閮蓚€(gè)粒子a和b，衰變后粒子a的運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)垂直。粒子a和b的軌跡半徑之比Ra∶Rb＝45∶1，周期之比Ta∶Tb＝10∶13。已知該衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為Δm，假定衰變