【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程

这是一份【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程，共10页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，多项选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题（共22小题；共88分）
1. 下列关于核力的说法正确的是
A. 核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用
B. 核力就是电磁力
C. 核力是短程力，作用范围在 1.5×10−15 m 之内
D. 核力与电荷有关

2. 如图所示是原子核的平均核子质量与原子序数的关系图象，下列说法正确的是
A. 若 D 、 E 能结合成 F，结合过程一定要释放能量
B. 若 D 、 E 能结合成 F，结合过程一定要吸收能量
C. 若 C 、 B 能结合成 A，结合过程一定要释放能量
D. 若 F 、 C 能结合成 B，结合过程一定要释放能量

3. 中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别为 mn 、 mp 、 mD，现用光子能量为 E 的 γ 射线照射静止的氘核使之分解，反应的方程为 γ+D→p+n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是
A. 12[(mD−mp+mn)c2+E]B. 12[(mD−mp−mn)c2−E]
C. 12[(mD+mp+mn)c2−E]D. 12[(mD−mp−mn)c2+E]

4. 质子和中子质量分别为 m1 和 m2，当它们结合成氘核时，产生能量 E，并以 γ 射线的形式放出。已知普朗克常量为 h，真空中的光速为 c，则氘核的质量和 γ 射线的频率的表达式分别为
A. Ec2−(m1+m2)，EhB. m1+m2−Ec2，Eh
C. Ec2+m1+m2，hED. Ec2+m1+m2，Eh

5. 已知氦原子的质量为 MHe(u)，电子的质量为 me(u)，质子的质量为 mp(u)，中子的质量为 mn(u) ， u 为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，若取光速 c=3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为
A. [2(mp+mn)−MHe]×931.5 MeV
B. [2(mp+mn+me)−MHe]×931.5 MeV
C. [2(mp+mn+me)−MHe]⋅c2 J
D. [2(mp+mn)−MHe]⋅c2 J

6. 238U 发生一次 α 衰变产生新核 234Th，234Th 又发生 β 衰变，mU 、 mα 、 mTh 分别表示 238U 核、 α 粒子和 234Th 核的质量。下列说法正确的是
A. 238U 发生 α 衰变释放出能量并伴随有质量亏损，亏损的质量转变成能量
B. β 射线本质上是高速电子流，来自核外电子
C. α 粒子和 234Th 核的总结合能大于 238U 的结合能
D. 238U 发生 α 衰变释放的能量 ΔE=(mα+mTh−mU)c2

7. 太阳内部持续不断地发生着 4 个质子（H11）聚变为 1 个氦核（He24）的热核反应，核反应方程是 4H11→He24+2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、 X 的质量分别为 m1 、 m2 、 m3，真空中的光速为 c。下列说法中正确的是
A. 方程中的 X 表示中子（n01）
B. 方程中的 X 表示电子（e−10）
C. 这个核反应中质量亏损 Δm=4m1−m2−2m3
D. 这个核反应中释放的核能 ΔE=(4m1−m3)c2

8. 关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
A. 一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B. 聚变反应比裂变反应每个核子平均释放的能量一定大
C. 聚变反应中粒子的比结合能变小
D. 聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大

9. 核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程为 （其中 ΔE 为释放出的核能）。下列说法正确的是
A. 该核反应属于原子核的衰变
B. 核反应方程中 x=2
C. U92235 的比结合能为 ΔE235
D. U92235 核的比结合能小于 Ba56144 核的比结合能

10. 下列说法正确的是
A. 根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的核能
B. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C. 目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为氘
D. 目前核电站利用的核反应是聚变，核燃料为铀

11. 中子比质子更容易击中原子核的原因是
A. 中子体积较小B. 中子速度较大C. 中子能量较大D. 中子不带电

12. 一个铀 235 吸收一个中子后发生的反应方程是 U92235+ n01→ Xe54136+ Sr3890+10 n01，放出的能量为 E，铀 235 核的质量为 M，中子的质量为 m，氙 136 核的质量为 m1，锶 90 核的质量为 m2，真空中光速为 c，则释放的能量 E 等于
A. (M−m1−m2)c2 B. (M+m−m1−m2)c2
C. (M−m1−m2−9m)c2 D. (m1+m2+9m−M)c2

13. 下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的是
A. 核子结合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量称为结合能
B. 比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C. 重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D. 中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大

14. 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 kg 和 m2 kg 的原子核结合为质量为 M kg 的原子核时，释放出的能量是
A. (M−m1−m2)u⋅c2 (J) B. (m1+m2−M)u×931.5 (J)
C. (m1+m2−M)c2 (J) D. (m1+m2−M)×931.5 (eV)

15. 雷蒙德 · 戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 t 四氯乙烯溶液的巨桶。电子中微子可以将—个氯核变为—个氟核，其核反应方程式为 。
已知 Cl1737 核的质量为 36.95658 u，Ar1837 核的质量为 36.95691 u，e−10 的质量为 0.00055 u，1 u 对应的能量为 931.5 MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为
A. 0.82 MeV B. 0.31 MeV C. 1.33 MeV D. 0.51 MeV

16. 中子 n 、质子 p 、氦核 D 的质量分别为 mn 、 mp 、 mD。现用光子能量为 E 的 γ 射线照射静止的氦核使之分解。核反应方程为 γ+D=p+n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，且能量都以动能的形式存在，则中子的动能是
A. (mD−mp−mn)c2−E2 B. (mD+mn−mp)c2+E2
C. (mD−mp−mn)c2+E2 D. (mD+mn−mp)c2−E2

17. 已知氦原子的质量为 MHe u，电子的质量为 me u，质子的质量为 mp u，中子的质量为 mn u，u 为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知：1 u 对应于 931.5 MeV 的能量，若取光速 c=3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为
A. [2(mp+mn)−MHe]×931.5 MeV
B. [2(mp+mn+me)−MHe]×931.5 MeV
C. [2(mp+mn+me)−MHe]×c2 J
D. [2(mp+mn)−MHe]×c2 J

18. 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 γ 光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为 m1 、 m2 、 m3，普朗克常量为 h，真空中的光速为 c。下列说法正确的是
A. 核反应方程是 H11+n01→H13+γ
B. 聚变反应中的质量亏损 Δm=m1+m2−m3
C. 辐射出的 γ 光子的能量 E=(m3−m1−m2)c2
D. γ 光子的波长 λ=h(m1+m2−m3)c2

19. 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 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

20. 在物理学发展过程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理有机地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展
A. 亚里士多德B. 伽利略C. 牛顿D. 爱因斯坦

21. U92235 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 U92235+n01→Sr3890+X+2n01，则下列叙述正确的是
A. X 原子核中含有 90 个中子
B. X 原子核中含有 141 个核子
C. 因为裂变时释放能量，根据 E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D. 因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少

22. 一个电子（质量为 m 、电荷量为 −e）和一个正电子（质量为 m 、电荷量为 e）以相等的初动能 Ek 相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为 ν。若这两个光子的能量都为 hν，动量分别为 p 和 pʹ，下面关系中正确的是
A. hν=mc2 、 p=pʹ B. hν=12mc2 、 p=pʹ
C. hν=mc2+Ek 、 p=−pʹ D. hν=12(mc2+Ek) 、 p=−pʹ

二、双项选择题（共6小题；共24分）
23. 关于核能，下列说法中正确的有
A. 核子结合成原子核时，需吸收的能量
B. 核子结合成原子核时，放出的能量
C. 不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能量相同
D. 使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，需吸收一定的能量

24. 中子和质子结合成氖核时，质量亏损为 Δm，ΔE=Δmc2=2.2 MeV 是氖核的结合能。下列说法正确的是
A. 用能量小于 2.2 MeV 的光子照射静止氖核时，氖核不能分解为一个质子和一个中子
B. 用能量等于 2.2 MeV 的光子照射静止氖核时，氖核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C. 用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氖核时，氖核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D. 用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氖核时，氖核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零

25. 关于爱因斯坦质能方程的下列说法中正确的是
A. E=mc2 中的 E 是物体以光速运动的动能
B. E=mc2 是物体的核能
C. E=mc2 反映了一定的质量与一定的能量有相当的关系
D. ΔE=Δmc2 表示发生的质量亏损 Δm 变为能量释放出去

26. 据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试下列关于“人造太阳”的说法正确的是
A. “人造太阳”的核反应方程是：H12+H13→ 24He+ 01n
B. “人造太阳”的核反应方程是：U92235+n01→ 56141Ba+ 3692Kr+3 01n
C. “人造太阳”释放的能量大小的计算式是 ΔE=Δmc2
D. “人造太阳”核能大小的计算公式是 E=12mc2

27. 钚的一种同位素 Pu94239 衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为 Pu94239→U92235+He24+γ，则
A. 核反应中 γ 的能量就是 Pu94239 的结合能
B. 核燃料总是利用比结合能小的核
C. U92235 核比 Pu94239 核更稳定，说明 U92235 的结合能大
D. 由于衰变时释放巨大能量，所以 Pu94239 比 U92235 的比结合能小

28. 用质子轰击锤核（Li37）生成两个 α 粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验。已知质子的初动能是 0.6 MeV，质子、 α 粒子和锤核的质量分别是 1.0073 u 、 4.0015 u 和 7.0160 u。已知 1 u 相当于 931.5 MeV，则下列叙述正确的是
A. 此反应过程质量减少 0.0103 u
B. 生成的两个 α 粒子的动能之和是 18.3 MeV，与实验相符
C. 核反应中释放的能量是 18.9 MeV，与实验相符
D. 若生成的两个 α 粒子的动能之和是 19.5 MeV，与实验相符

三、多项选择题（共2小题；共8分）
29. 为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程 E=mc2，下列说法中正确的是
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. 一个中子和一个质子结合成氖核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D. E=mc2 中的 E 是发生核反应中释放的核能

30. 对公式 ΔE=Δmc2 的正确理解是
A. 如果物体的能量减少了 ΔE，它的质量也一定相应减少 Δm
B. 如果物体的质量增加了 Δm，它的能量也一定相应增加 Δmc2
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组成原子核的质量之差就是 Δm
答案
第一部分
1. C
【解析】核力是短程力，超过 1.5×10−15 m，核力急剧下降几乎消失，故选项C正确。
核力与万有引力、电磁力不同，故选项AB错误。
核力与电荷无关，故选项D错误。
2. A
【解析】由题图象看出，D 、 E 的平均核子质量均大于 F 的平均核子质量，因此 D 、 E 结合成 F 时，反应中有质量亏损，要释放能量，选项A正确，B错误；
C 、 B 的平均核子质量均小于 A 的平均核子质量，核反应中质量增加，因此 C 、 B 结合成 A 时要吸收能量，选项C错误；
F 、 C 的平均核子质量均小于 B 的平均核子质量，核反应中质量增加，因此 F 、 C 结合成 B 时要吸收能量，选项D错误。
3. D
【解析】核反应释放的能量 ΔE=(mD−mp−mn)c2，设质子、中子的动能分别为 Ek，根据能量守恒有 ΔE+E=2Ek，联立解得 Ek=(mD−mp−mn)c2+E2，故D正确。
4. B
【解析】根据爱因斯坦质能方程 E=(m1+m2−mx)c2，解得氘核的质量 mx=m1+m2−Ec2，γ 射线的频率 ν=Eh，B正确。
5. B
【解析】核反应方程为 ，质量亏损 Δm=2(mp+mn)−(MHe−2me)，所以释放的能量为 ΔE=Δm×931.5 MeV=[2(mp+mn+me)−MHe]×931.5 MeV，选项B正确。
6. C
【解析】238U 发生 α 衰变释放出能量并伴随有质量亏损，但并不是质量转变成能量，故A错误。
β 射线本质上是中子转变为一个质子和一个电子，来自原子核，故B错误。
238U 发生 α 衰变释放出能量，故 α 粒子和 234Th 核的总结合能大于 238U 的结合能，故C正确。
238U 发生 α 衰变释放的能量 ΔE=(mU−mα−mTh)c2，故D错误。
7. C
【解析】根据核反应中质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数为 0，电荷数为 1，所以 X 表示正电子，A、B错误；这个核反应中质量亏损 Δm=4m1−m2−2m3，C 正确；根据爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知，这个核反应中释放的核能 ΔE=(4m1−m2−2m3)c2，D错误。
8. B
【解析】裂变反应参与的核子数目可以大于聚变反应，故聚变反应释放的总能量不一定多，但聚变反应比裂变反应每个核子平均释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应释放能量，所以粒子的比结合能变大，故C错误；由于发生质量亏损，故聚变后核的质量变小，故D错误，
9. D
【解析】用中子轰击铀核的核反应属于原子核的裂变，故A错误；
由核反应遵循质量数与电荷数守恒，可知 x=3，故B错误；
ΔE 是该核反应释放的能量，不是 U92235 核的结合能，则 U92235 的比结合能不等于 ΔE235，故C错误；
中等质量原子核的比结合能较大，U92235 核的比结合能小于 Ba56144 核的比结合能，故D正确。
10. A
【解析】根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的核能，式中 Δm 是核反应中的质量亏损，选项A正确；
太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项B错误；
目前核电站利用的核反应是核裂变，核燃料为铀，选项C、D错误。
11. D
【解析】由于中子不带电，与原子核之间不存在库仑斥力，所以，它比其他粒子更易接近原子核并打进内部去，D项正确。
12. C
【解析】铀 235 裂变时的质量亏损：Δm=M+m−m1−m1−10m=M−m1−m2−9m，由质能方程可得 E=Δmc2=(M−9m−m1−m2)c2
13. D
【解析】原子核分解成核子时需要的能量为结合能，它等于核子结合成原子核时放出的能量，所以选项A错误；
比结合能越大，原子核越稳定，而结合能 ΔE=nE 与核子数有关，所以选项B错误；
中等质量的原子核比结合能较大，所以选项C错误；
中等质量的原子核的比结合能较大，核子数又较多，其结合能比轻核的要大，所以选项D正确。
14. C
【解析】在核能计算时，如果质量单位是 kg，则用 ΔE=Δmc2 进行计算，单位是 J；若质量单位是 u，则利用 ΔE=Δm×931.5 MeV 进行计算，则选项C正确。
15. A
【解析】根据核反应前与反应后总能量守恒 E+36.95658×931.5 MeV=(36.95691+0.00055)×931.5 MeV
解得 E=0.82 MeV。
16. C
【解析】核反应因质量亏损释放的核能为 ΔE=(mD−mp−mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有 Ek=ΔE+E2，选项C正确。
17. B
【解析】核反应方程为 2H11+2n01→He24，质量亏损 Δm=2(mp+mn)−(MHe−2me)=2(mp+mn+me)−MHe，所以释放的能量为 ΔE=Δm×931.5 MeV=[2(mp+mn+me)−MHe]×931.5 MeV，选项B正确。
18. B
【解析】此核反应的核反应方程为 H11+n01−→H12+γ,A 错；
由质能方程，γ 光子的能量为 E=(m1+m2−m3)c2,C 错；
由 E=hcλ 知波长 λ=h(m1+m2−m3)c,D 错，故B正确。
19. C
【解析】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，故C正确，A、B、D错.
20. B
21. A
22. C
【解析】能量守恒和动量守恒为普适定律，故以相等动能相向运动发生碰撞而湮灭的正、负电子总能量为：2Ek+2mc2，化为两个光子后，总动量守恒，为零，故 p=−pʹ，且 2Ek+2mc2=2hν，即 hν=Ek+mc2。
第二部分
23. B， D
【解析】核子结合成原子核时，有质量亏损，向外放出一定的能量，原子核分裂成核子时，需要吸收能量，故A、C错误，B正确；
一个氘核分解成一个中子和一个质子时，需吸收一定的能量来克服核力做功，故D正确。
24. A， D
【解析】中子和质子结合成氖核所释放的能量或氖核分解成质于和中子所吸收的能量都相等，即为此反应的结合能，根据动量守恒，用光于照射静止的氖核，系统的总动量不为零，故照射后总动量也不能为零，则总动能亦不能为零，故A、D选项正确
25. C， D
26. A， C
【解析】释放的能量大小用爱因斯坦质能方程 ΔE=Δmc2 计算，有的考生不能区分裂变和聚变，得出错误的答案B，属于容易题。
27. B， D
【解析】核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用比结合能小的核，才能更容易实现，B、D正确；
核反应中 γ 光子的能量是结合能中的一小部分，A错；
C项说明 U92235 的结合能小，更稳定，C错。
28. C， D
【解析】可先求得质量亏损，再由质能方程计算出核反应所释放出的能量，并进行逐项判定。
第三部分
29. A， B， C
【解析】爱因斯坦质能方程 E=mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；
由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故BC正确，D错误。
30. A， B， D
【解析】一定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，它的能量一定相应增加 Δmc2，所以选项B正确；
某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误。