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【备战2022】高考物理选择题专项练习集：核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程(成都专栏)
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这是一份【备战2022】高考物理选择题专项练习集：核能 质量亏损 爱因斯坦的质能方程(成都专栏)，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21小题；共84分）
1. 一个质子与一个中子结合成一个氘核时释放 2.2 MeV 的能量，两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放 28.3 MeV 的能量。现在把两个中子和两个质子先结成氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，整个过程中释放的能量为
A. 不知氘核结合成氦核时释放的能量，无法判断
B. 29.3 MeV
C. 26.1 MeV
D. 28.3 MeV
2. 将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是
A. 万有引力B. 库仑力C. 核力D. 分子力
3. 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 H11+C612→N713+Q1，H11+N715→C612+X+Q2，方程中 Q1 、 Q2 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是
原子核H11He23He24C612N713N715质量
A. X 是 He23，Q2>Q1B. X 是 He24，Q2>Q1
C. X 是 He23，Q2
4. 1905 年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程 E=mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法中不正确的是
A. 根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的能量
B. 根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C. E=mc2 中的 E 是核反应中释放的核能
D. E=mc2 中的 E 为质量为 m 的物体所对应的能量
5. 氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是 m1 、 m2 、 m3 和 m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是
A. 核反应方程式为
B. 这是一个裂变反应
C. 核反应过程中的质量亏损 Δm=m1+m2−m4
D. 核反应过程中释放的核能 ΔE=(m1+m2−m3−m4)c2
6. 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程 E=mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为 m1，捕获中子后的原子质量为 m2，被捕获的中子质量为 m3，核反应过程放出的能量为 ΔE，则这一实验需验证的关系是
A. ΔE=(m1−m2−m3)c2B. ΔE=(m1+m3−m2)c2
C. ΔE=(m2−m1−m3)c2D. ΔE=(m2−m1+m3)c2
7. 下列说法正确的是
A. U92238 衰变为 Rn86222 要经过 4 次 α 衰变和 2 次 β 衰变
B. 原子核的结合能越大，原子核越稳定
C. Bi83210 的半衰期是 5 天，4 个 Bi83210 原子核经过 10 天后剩下 1 个 Bi83210 原子核
D. 不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量守恒和电荷量守恒
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. 在中等质量恒星的核心，或是白矮星表面堆积的氦突然发生核聚变，叫氦闪。两个氦核（He24）聚变成 Be48 ， Be48 的原子核极不稳定，若在它衰变之前恰好与另外一个氦核反应（融合），就能形成 C612，这个过程又称为 3α 反应。已知 C612 核的质量为 m2=1.99272×10−26 kg ， α 粒子的质量为 m1=6.64672×10−27 kg，真空中的光速为 c=3×108 m/s，则 3α 反应中所释放的核能约为
A. 1×10−12 JB. 3×10−13 JC. 9×10−12 JD. 9×10−13 J
10. 关于重核的裂变，下列说法正确的是
A. 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B. 重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C. 铀核自发放出 α 粒子、 β 粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量
D. 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损
11. 下列说法中正确的是
A. 氢原子由高能级跃迁到低能级时，电子的动能增加，原子的电势能减少，总能量不变
B. 天然放射现象中的 β 射线实际是高速电子流，穿透能力比 α 粒子强
C. 原子核的平均结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D. 放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
12. 下列说法正确的是
A. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B. β 衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
C. 结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D. 放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
13. 有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是
A. 卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析提出原子核是可再分的
B. 核反应方程 Th90234→Pa91234+X 中的 X 表示中子
C. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定
D. 放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态和外部条件有关
14. 质子、中子和氦原子核的质量分别为 m1 、 m2 和 m3，当 2 个质子和 2 个中子结合为一个氦原子核时，释放的能量是。（ c 表示真空中的光速）
A. (2m1+2m2−m3)c B. (2m1−2m2−m3)c
C. (2m1+2m2−m3)c2 D. (2m1−2m2−m3)c2
15. 中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别是 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，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
16. 下列说法正确的是
A. 自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒
B. 在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量
C. 发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应
D. 发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生
17. 一个 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→X+Sr3894+2n01，则下列叙述正确的是
A. X 原子核中含有 86 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，所以裂变后生成物的总质量数增加
D. 因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
18. 下列说法正确的是
A. 光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
B. U92235+n01→Sr3890+Xe54136+xn01 是核裂变方程，其中 x=10
C. 发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D. 爱因斯坦的质能方程 E=mc2 中，E 是物体以光速 c 运动的动能
19. 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
20. 已知 Ra88226 、 Rn86222 、 He24 的静止质量分别是 226.0254 u 、 222.0175 u 、 4.0026 u，u 为原子质量单位，且 1 u 相当于 931.5 MeV。当 Ra88226 发生 α 衰变时，下列说法正确的是
A. Ra88226 的质量等于组成它的核子的质量之和
B. Ra88226 发生一次 α 衰变释放的核能为 4.93695 MeV
C. 因 Ra88226 的比结合能比 Rn86222 小，所以 Ra88226 比 Rn86222 更稳定
D. 一个静止的 Ra88226 发生一次 α 衰变，产生的 Rn86222 和 He24 的速度之比约为 111:2
21. 下列说法不正确的是
A. 200 个 U92235 的原子核经过两个半衰期后剩下 50 个
B. 发现中子的核反应方程是 He24+Be49→C612+n01
C. Th90232 经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变后成为稳定的原子核 Pb82208
D. Pb92235 在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中，原子核中的平均核子质量变小
二、双项选择题（共5小题；共20分）
22. 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
23. 对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是
A. 核力是弱相互作用力，作用力很小
B. 核力是强相互作用的表现，是强力
C. 核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D. 核力是万有引力在短距离内的表现
24. 根据《中国核电中长期发展规划》，到 2020 年，全国在运核电规划装机容量达到 5800 万千瓦。关于核反应和核能下列说法正确的是
A. 所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量
B. 核反应方程 U92238→Th90234+He24 属于 α 衰变
C. 钚的半衰期为 24100 年，8 个钚原子核经过 24100 年后还一定剩余 4 个
D. 裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度
25. 科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为 和 。下列表述正确的有
A. X 是中子B. Y 的质子数是 3，中子数是 6
C. 两个核反应都没有质量亏损D. 氘和氚的核反应是核聚变反应
26. 用中子轰击 U92235 原子核，发生一种可能的裂变反应，其核反应方程为 ，则以下说法中正确的是
A. X 原子核中含有 84 个中子
B. X 原子核的结合能比 U92235 原子核的结合能大
C. X 原子核中核子的平均质量比 U92235 原子核中核子的平均质量小
D. X 原子核中核子的比结合能比 U92235 原子核中核子的比结合能大
三、多项选择题（共4小题；共16分）
27. 铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是
A. 铁核的结合能大于铀核的结合能
B. 铁核比铀核稳定
C. 铀核发生核变化变成铁核要放出能量
D. 铀核发生核变化变成铁核质量要亏损
28. 科学家通过对月壤样品进行实验分析，估计月壤中氦 3 的资源总量可达 100 万 ∼500 万吨，若能实现商业化运用，月壤中的氦 3 可供地球能源需求达数万年。利用氦 3 的核反应方程为 。则下列说法中不正确的是
A. 上式中 X 应为中子
B. 目前地球上的核电站正是利用氦 3 作为核燃料，因此迫切需要开发月壤中的氦 3
C. 反应前 He23 与 H12 的质量之和等于反应后 He24 与 X 的质量之和
D. 反应前 He23 与 H12 的质量之和大于反应后 He24 与 X 的质量之和
29. 一静止的钚核发生衰变放出 X 粒子后变成铀核，衰变时放出巨大能量，其衰变方程是 Pu94239→X+U92235。已知钚核的半衰期为 t，质量为 m1，X 粒子质量为 m2，铀核质量为 m3，光在真空中的传播速度为 c。则
A. 上述衰变是 α 衰变，X 是氦核（He24）
B. 衰变过程中释放的总能量为 (m1−m2−m3)c2
C. 有 20 个钚核，经时间 t 后一定剩下 10 个钚核未发生衰变
D. 由于衰变时释放巨大能量，所以 Pu94239 比 U92235 的比结合能小
30. 用中子（n01）轰击铀核（U92235）产生裂变反应，会产生钡核（Ba56141）和氪核（Kr3692）并释放中子（n01），当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核（U92235）裂变时，释放的能量约为 200 MeV （ 1 eV=1.6×10−19 J）。以下说法正确的是
A. U92235 的裂变方程为 U92235→Ba56141+Kr3692+n01
B. U92235 的裂变方程为 U92235+n01→Ba56141+Kr3692+3n01
C. U92235 发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D. 一个 U92235 裂变时，质量亏损约为 3.6×10−28 kg
答案
第一部分
1. D
【解析】根据题意可知，两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放 28.3 MeV 的能量；当把两个中子和两个质子先结合成氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，整个过程中释放的能量，与两个中子和两个质子结合成一个氦核时释放的能量相同，故D正确。
2. C
3. B
【解析】H11+C612→N713 中质量亏损为 Δm1=1.0078 u+12.0000 u−13.0057 u=0.0021 u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知 X 的电荷数为 2 、质量数为 4，故 X 为 He24，第二个核反应的质量亏损为 Δm2=1.0078 u+15.0001 u−12.0000 u−4.0026 u=0.0053 u。根据爱因斯坦质能方程可知 Q1=Δm1c2，Q2=Δm2c2，则 Q14. C
【解析】根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的能量，选项A正确，不符合题意；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，选项B正确，不符合题意；质能方程 E=mc2 中的 E 表示质量为 m 的物体所对应的能量，选项C错误，符合题意；选项D正确，不符合题意。
5. D
【解析】核反应过程中质量数和电荷数守恒，由此可知核反应方程为 ，选项A错误；该反应为聚变反应选项B错误；该反应中的质量亏损为 Δm=m1+m2−m3−m4，选项C错误；根据质能方程得 ΔE=Δmc2=(m1+m2−m3−m4)c2，选项D正确。
6. B
【解析】反应前的质量为 m1+m3，反应后的质量为 m2，质量亏损为 Δm=m1+m3−m2，因此需要验证的关系式为 ΔE=(m1+m3−m2)c2，故B正确。
7. A
【解析】U92238 衰变为 Rn86222 质量数减小 16，电荷数减小 6，则 4x=16，2x−y=6，解得 x=4，y=2，即经过 4 次 α 衰变和 2 次 β 衰变，选项A正确；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，选项C错误；不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量数守恒和电荷数守恒，但是质量会亏损，选项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. A
【解析】由题意，三个 α 粒子生成一个 C612 核，由 ΔE=Δmc2 得：ΔE=(3m1−m2)c2=(3×6.64672×10−27−1.99272×10−26)×(3×108)2 J≈1×10−12 J，故A正确，B、C、D错误。
10. D
【解析】比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量。重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，可见由重核裂变成中等质量的核要放出能量，有质量亏损，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不等于俘获中子时得到的能量，选项A错误；核裂变过程遵循质量数、电荷数守恒，选项B错误；核电站利用的是核裂变释放的能量，选项C错误。
11. B
12. B
【解析】太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A错误；
β 衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故B正确；
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。
13. C
【解析】卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析提出原子的核式结构模型，贝克勒尔的天然放射现象提出原子核是有复杂结构的，故A错误；
核反应方程 Th90234→Pa91234+X，根据质量数守恒和电荷数守恒知，X 为电子，故B错误；
原子核的比结合能越大，原子核结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确；
放射性元素衰变的快慢由原子核自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。
14. C
15. 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，又因两个粒子动能相等，所以有 EK=ΔE+E2，选项C正确。
16. C
【解析】自由核子结合成原子核或其他类型的核反应，因为伴有能量的释放或吸收，根据爱因斯坦质能方程 E=mc2 知，核反应前后不遵守质量守恒，AB错误；
若核反应时，出现质量亏损情况，则为放能反应，C项正确
17. A
【解析】由质量数守恒和电荷数守恒知 235+1=a+94+2×1，92=6+38，解得 a=140，b=54，其中 a 为 X 的质量数，b 为 X 的核电荷数，X 核中的中子数为 a−b=140−54=86，由此可知 A 正确，B 错误；
裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故 C、D 均错误。
18. B
【解析】光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种概率波，可以用波动规律来解释，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，故A错误；
根据质量数守恒和电荷数守恒，得 x=10，故B正确；
根据光电效应方程知：12mvm2=hν−W，入射光频率越大所产生的光电子的最大初动能就越大，与入射光的强度无关，故C错误；
爱因斯坦的质能方程 E=mc2，只是说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，E 并不是物体以光速 c 运动的动能，故D错误；
19. 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。
20. B
【解析】原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象就是质量亏损，A不符合题意；Ra88226 发生一次 α 衰变释放的核能 E=(226.0254−222.0175−4.0026)×931.5 MeV=4.93695 MeV，B符合题意；原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要更多的能量，因此原子核更稳定，Ra88226 的比结合能比 Rn86222 小，所以 Rn86222 比 Ra88226 更稳定，C不符合题意；由衰变时动量守恒可知，Rn86222 与 He24 的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故 Rn86222 与 He24 的速度之比约为 2:111，D不符合题意。
21. A
【解析】半衰期是大量原子核的统计规律，对少数粒子无意义，故A错误；
查德威克用 α 粒子轰击 Be49 发现中子，核反应方程是 He24+Be49→C612+n01，故B正确；
α 衰变改变质量数，所以 232−208=4×6，故经过 6 次 α 衰变，β 衰变：90−2×6+n=82，得 n=4，故C正确；
裂变反应释放出能量，根据质能方程知在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中，释放大量的能量，由质量亏损，原子核中的平均核子质量变小，故D正确。
第二部分
22. 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。
23. B， C
【解析】核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约 10−15 m，选项B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，选项C正确。
24. B， D
【解析】不是所有的核反应过程都有质量亏损，例如，弹性散射就没有质量亏损，而常见的核反应例如天然放射现象、核裂变、核聚变等，只要存在能量的释放，那么就意味着体系发生质量亏损，选项A错误；α 衰变是指衰变产生 α 粒子，选项B正确；经过一个半衰期后未发生衰变的质量为原来的一半遵循统计规律，不是原子数目减为原来的一半，选项C错误；裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，选项D正确。
25. A， D
【解析】根据核反应方程 ，X 的质量数 m1=2+3−4=1，电荷数 z1=1+1−2=0，所以 X 是中子，故A正确；根据核反应方程 ，X 是中子，所以 Y 的质量数 m2=4+3−1=6，电荷数 z2=2+1−0=3，所以 Y 的质子数是 3，中子数是 3，故B错误；两个核反应都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C错误；氘和氚的核反应是核聚变反应，故D正确。
26. C， D
【解析】由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，X 原子核中含有质子数 92−38=54，中子数 235+1−94−2−54=86，故A错误；
U92235 原子核的核子数大于 X 原子核的核子数，则 U92235 原子核的结合能大于 X 原子核的结合能，故B错误；
因为核裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后生成的原子核更加稳定，即 X 原子核中核子的平均质量比 U92235 原子核中核子的平均质量小，故C正确；
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，U92235 核裂变的过程中释放能量，则 U92235 的比结合能小于 X 原子核的比结合能，即 X 原子核中核子的比结合能比 U92235 原子核中核子的比结合能大，故D正确。
第三部分
27. B， C， D
【解析】组成原子核的核子越多，它的结合能越大，铁核的结合能小于铀核的结合能，故A错误；铁核的比结合能比铀核的比结合能大，铁核比铀核稳定，故B正确；铀核发生核变化变成铁核，出现质量亏损，会放出能量，故C、D正确。
28. A， B， C
【解析】根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，X 应为质子，选项A错误；目前地球上的核电站是利用重核裂变，不是轻核的聚变，选项B错误；因反应放出能量，故根据质能方程可知，反应前 He23 与 H12 的质量之和大于反应后 He24 与 X 的质量之和，选项D正确，C错误。A、B、C符合题意。
29. A， B， D
【解析】衰变过程质量数和电荷数守恒，可知 X 的质量数为 4，电荷数为 2，则 X 是氦核（He24），该反应是 α 衰变，故A正确；该衰变过程中质量亏损为 Δm=m1−m2−m3，根据质能方程 ΔE=Δmc2，可知衰变过程中释放的总能量为 ΔE=(m1−m2−m3)c2，故B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故C错误；由于衰变时释放巨大能量，且 U92235 比 Pu94239 更加稳定，则 Pu94239 比 U92235 的比结合能小，故D正确。
30. B， C， D
【解析】U92235 发生核裂变需要用中子轰击，核反应方程为 U92235+n01→Ba56141+Kr3692+3n01，A错误，B正确；U92235 发生链式反应要求铀块的体积达到临界体积，C正确；一个 U92235 裂变时，质量亏损约为 Δm=ΔEc2=200×106×1.6×10−19(3×108)2 kg≈3.6×10−28 kg，D正确。
一、单项选择题（共21小题；共84分）
1. 一个质子与一个中子结合成一个氘核时释放 2.2 MeV 的能量，两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放 28.3 MeV 的能量。现在把两个中子和两个质子先结成氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，整个过程中释放的能量为
A. 不知氘核结合成氦核时释放的能量，无法判断
B. 29.3 MeV
C. 26.1 MeV
D. 28.3 MeV
2. 将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是
A. 万有引力B. 库仑力C. 核力D. 分子力
3. 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 H11+C612→N713+Q1，H11+N715→C612+X+Q2，方程中 Q1 、 Q2 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是
原子核H11He23He24C612N713N715质量
A. X 是 He23，Q2>Q1B. X 是 He24，Q2>Q1
C. X 是 He23，Q2
4. 1905 年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程 E=mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法中不正确的是
A. 根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的能量
B. 根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C. E=mc2 中的 E 是核反应中释放的核能
D. E=mc2 中的 E 为质量为 m 的物体所对应的能量
5. 氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是 m1 、 m2 、 m3 和 m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是
A. 核反应方程式为
B. 这是一个裂变反应
C. 核反应过程中的质量亏损 Δm=m1+m2−m4
D. 核反应过程中释放的核能 ΔE=(m1+m2−m3−m4)c2
6. 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程 E=mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的热量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为 m1，捕获中子后的原子质量为 m2，被捕获的中子质量为 m3，核反应过程放出的能量为 ΔE，则这一实验需验证的关系是
A. ΔE=(m1−m2−m3)c2B. ΔE=(m1+m3−m2)c2
C. ΔE=(m2−m1−m3)c2D. ΔE=(m2−m1+m3)c2
7. 下列说法正确的是
A. U92238 衰变为 Rn86222 要经过 4 次 α 衰变和 2 次 β 衰变
B. 原子核的结合能越大，原子核越稳定
C. Bi83210 的半衰期是 5 天，4 个 Bi83210 原子核经过 10 天后剩下 1 个 Bi83210 原子核
D. 不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量守恒和电荷量守恒
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. 在中等质量恒星的核心，或是白矮星表面堆积的氦突然发生核聚变，叫氦闪。两个氦核（He24）聚变成 Be48 ， Be48 的原子核极不稳定，若在它衰变之前恰好与另外一个氦核反应（融合），就能形成 C612，这个过程又称为 3α 反应。已知 C612 核的质量为 m2=1.99272×10−26 kg ， α 粒子的质量为 m1=6.64672×10−27 kg，真空中的光速为 c=3×108 m/s，则 3α 反应中所释放的核能约为
A. 1×10−12 JB. 3×10−13 JC. 9×10−12 JD. 9×10−13 J
10. 关于重核的裂变，下列说法正确的是
A. 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B. 重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C. 铀核自发放出 α 粒子、 β 粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量
D. 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损
11. 下列说法中正确的是
A. 氢原子由高能级跃迁到低能级时，电子的动能增加，原子的电势能减少，总能量不变
B. 天然放射现象中的 β 射线实际是高速电子流，穿透能力比 α 粒子强
C. 原子核的平均结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D. 放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
12. 下列说法正确的是
A. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B. β 衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
C. 结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D. 放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
13. 有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是
A. 卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析提出原子核是可再分的
B. 核反应方程 Th90234→Pa91234+X 中的 X 表示中子
C. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定
D. 放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态和外部条件有关
14. 质子、中子和氦原子核的质量分别为 m1 、 m2 和 m3，当 2 个质子和 2 个中子结合为一个氦原子核时，释放的能量是。（ c 表示真空中的光速）
A. (2m1+2m2−m3)c B. (2m1−2m2−m3)c
C. (2m1+2m2−m3)c2 D. (2m1−2m2−m3)c2
15. 中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别是 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，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
16. 下列说法正确的是
A. 自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒
B. 在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量
C. 发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应
D. 发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生
17. 一个 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→X+Sr3894+2n01，则下列叙述正确的是
A. X 原子核中含有 86 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，所以裂变后生成物的总质量数增加
D. 因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
18. 下列说法正确的是
A. 光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
B. U92235+n01→Sr3890+Xe54136+xn01 是核裂变方程，其中 x=10
C. 发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D. 爱因斯坦的质能方程 E=mc2 中，E 是物体以光速 c 运动的动能
19. 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
20. 已知 Ra88226 、 Rn86222 、 He24 的静止质量分别是 226.0254 u 、 222.0175 u 、 4.0026 u，u 为原子质量单位，且 1 u 相当于 931.5 MeV。当 Ra88226 发生 α 衰变时，下列说法正确的是
A. Ra88226 的质量等于组成它的核子的质量之和
B. Ra88226 发生一次 α 衰变释放的核能为 4.93695 MeV
C. 因 Ra88226 的比结合能比 Rn86222 小，所以 Ra88226 比 Rn86222 更稳定
D. 一个静止的 Ra88226 发生一次 α 衰变，产生的 Rn86222 和 He24 的速度之比约为 111:2
21. 下列说法不正确的是
A. 200 个 U92235 的原子核经过两个半衰期后剩下 50 个
B. 发现中子的核反应方程是 He24+Be49→C612+n01
C. Th90232 经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变后成为稳定的原子核 Pb82208
D. Pb92235 在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中，原子核中的平均核子质量变小
二、双项选择题（共5小题；共20分）
22. 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
23. 对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是
A. 核力是弱相互作用力，作用力很小
B. 核力是强相互作用的表现，是强力
C. 核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D. 核力是万有引力在短距离内的表现
24. 根据《中国核电中长期发展规划》，到 2020 年，全国在运核电规划装机容量达到 5800 万千瓦。关于核反应和核能下列说法正确的是
A. 所有的核反应过程都会出现质量亏损，因此都会向外释放能量
B. 核反应方程 U92238→Th90234+He24 属于 α 衰变
C. 钚的半衰期为 24100 年，8 个钚原子核经过 24100 年后还一定剩余 4 个
D. 裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度
25. 科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为 和 。下列表述正确的有
A. X 是中子B. Y 的质子数是 3，中子数是 6
C. 两个核反应都没有质量亏损D. 氘和氚的核反应是核聚变反应
26. 用中子轰击 U92235 原子核，发生一种可能的裂变反应，其核反应方程为 ，则以下说法中正确的是
A. X 原子核中含有 84 个中子
B. X 原子核的结合能比 U92235 原子核的结合能大
C. X 原子核中核子的平均质量比 U92235 原子核中核子的平均质量小
D. X 原子核中核子的比结合能比 U92235 原子核中核子的比结合能大
三、多项选择题（共4小题；共16分）
27. 铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是
A. 铁核的结合能大于铀核的结合能
B. 铁核比铀核稳定
C. 铀核发生核变化变成铁核要放出能量
D. 铀核发生核变化变成铁核质量要亏损
28. 科学家通过对月壤样品进行实验分析，估计月壤中氦 3 的资源总量可达 100 万 ∼500 万吨，若能实现商业化运用，月壤中的氦 3 可供地球能源需求达数万年。利用氦 3 的核反应方程为 。则下列说法中不正确的是
A. 上式中 X 应为中子
B. 目前地球上的核电站正是利用氦 3 作为核燃料，因此迫切需要开发月壤中的氦 3
C. 反应前 He23 与 H12 的质量之和等于反应后 He24 与 X 的质量之和
D. 反应前 He23 与 H12 的质量之和大于反应后 He24 与 X 的质量之和
29. 一静止的钚核发生衰变放出 X 粒子后变成铀核，衰变时放出巨大能量，其衰变方程是 Pu94239→X+U92235。已知钚核的半衰期为 t，质量为 m1，X 粒子质量为 m2，铀核质量为 m3，光在真空中的传播速度为 c。则
A. 上述衰变是 α 衰变，X 是氦核（He24）
B. 衰变过程中释放的总能量为 (m1−m2−m3)c2
C. 有 20 个钚核，经时间 t 后一定剩下 10 个钚核未发生衰变
D. 由于衰变时释放巨大能量，所以 Pu94239 比 U92235 的比结合能小
30. 用中子（n01）轰击铀核（U92235）产生裂变反应，会产生钡核（Ba56141）和氪核（Kr3692）并释放中子（n01），当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核（U92235）裂变时，释放的能量约为 200 MeV （ 1 eV=1.6×10−19 J）。以下说法正确的是
A. U92235 的裂变方程为 U92235→Ba56141+Kr3692+n01
B. U92235 的裂变方程为 U92235+n01→Ba56141+Kr3692+3n01
C. U92235 发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D. 一个 U92235 裂变时，质量亏损约为 3.6×10−28 kg
答案
第一部分
1. D
【解析】根据题意可知，两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放 28.3 MeV 的能量；当把两个中子和两个质子先结合成氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，整个过程中释放的能量，与两个中子和两个质子结合成一个氦核时释放的能量相同，故D正确。
2. C
3. B
【解析】H11+C612→N713 中质量亏损为 Δm1=1.0078 u+12.0000 u−13.0057 u=0.0021 u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知 X 的电荷数为 2 、质量数为 4，故 X 为 He24，第二个核反应的质量亏损为 Δm2=1.0078 u+15.0001 u−12.0000 u−4.0026 u=0.0053 u。根据爱因斯坦质能方程可知 Q1=Δm1c2，Q2=Δm2c2，则 Q1
【解析】根据 ΔE=Δmc2 可以计算核反应中释放的能量，选项A正确，不符合题意；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，选项B正确，不符合题意；质能方程 E=mc2 中的 E 表示质量为 m 的物体所对应的能量，选项C错误，符合题意；选项D正确，不符合题意。
5. D
【解析】核反应过程中质量数和电荷数守恒，由此可知核反应方程为 ，选项A错误；该反应为聚变反应选项B错误；该反应中的质量亏损为 Δm=m1+m2−m3−m4，选项C错误；根据质能方程得 ΔE=Δmc2=(m1+m2−m3−m4)c2，选项D正确。
6. B
【解析】反应前的质量为 m1+m3，反应后的质量为 m2，质量亏损为 Δm=m1+m3−m2，因此需要验证的关系式为 ΔE=(m1+m3−m2)c2，故B正确。
7. A
【解析】U92238 衰变为 Rn86222 质量数减小 16，电荷数减小 6，则 4x=16，2x−y=6，解得 x=4，y=2，即经过 4 次 α 衰变和 2 次 β 衰变，选项A正确；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，选项C错误；不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量数守恒和电荷数守恒，但是质量会亏损，选项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. A
【解析】由题意，三个 α 粒子生成一个 C612 核，由 ΔE=Δmc2 得：ΔE=(3m1−m2)c2=(3×6.64672×10−27−1.99272×10−26)×(3×108)2 J≈1×10−12 J，故A正确，B、C、D错误。
10. D
【解析】比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量。重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，可见由重核裂变成中等质量的核要放出能量，有质量亏损，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不等于俘获中子时得到的能量，选项A错误；核裂变过程遵循质量数、电荷数守恒，选项B错误；核电站利用的是核裂变释放的能量，选项C错误。
11. B
12. B
【解析】太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A错误；
β 衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故B正确；
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。
13. C
【解析】卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析提出原子的核式结构模型，贝克勒尔的天然放射现象提出原子核是有复杂结构的，故A错误；
核反应方程 Th90234→Pa91234+X，根据质量数守恒和电荷数守恒知，X 为电子，故B错误；
原子核的比结合能越大，原子核结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确；
放射性元素衰变的快慢由原子核自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。
14. C
15. 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，又因两个粒子动能相等，所以有 EK=ΔE+E2，选项C正确。
16. C
【解析】自由核子结合成原子核或其他类型的核反应，因为伴有能量的释放或吸收，根据爱因斯坦质能方程 E=mc2 知，核反应前后不遵守质量守恒，AB错误；
若核反应时，出现质量亏损情况，则为放能反应，C项正确
17. A
【解析】由质量数守恒和电荷数守恒知 235+1=a+94+2×1，92=6+38，解得 a=140，b=54，其中 a 为 X 的质量数，b 为 X 的核电荷数，X 核中的中子数为 a−b=140−54=86，由此可知 A 正确，B 错误；
裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故 C、D 均错误。
18. B
【解析】光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种概率波，可以用波动规律来解释，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，故A错误；
根据质量数守恒和电荷数守恒，得 x=10，故B正确；
根据光电效应方程知：12mvm2=hν−W，入射光频率越大所产生的光电子的最大初动能就越大，与入射光的强度无关，故C错误；
爱因斯坦的质能方程 E=mc2，只是说明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，E 并不是物体以光速 c 运动的动能，故D错误；
19. 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。
20. B
【解析】原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象就是质量亏损，A不符合题意；Ra88226 发生一次 α 衰变释放的核能 E=(226.0254−222.0175−4.0026)×931.5 MeV=4.93695 MeV，B符合题意；原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要更多的能量，因此原子核更稳定，Ra88226 的比结合能比 Rn86222 小，所以 Rn86222 比 Ra88226 更稳定，C不符合题意；由衰变时动量守恒可知，Rn86222 与 He24 的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故 Rn86222 与 He24 的速度之比约为 2:111，D不符合题意。
21. A
【解析】半衰期是大量原子核的统计规律，对少数粒子无意义，故A错误；
查德威克用 α 粒子轰击 Be49 发现中子，核反应方程是 He24+Be49→C612+n01，故B正确；
α 衰变改变质量数，所以 232−208=4×6，故经过 6 次 α 衰变，β 衰变：90−2×6+n=82，得 n=4，故C正确；
裂变反应释放出能量，根据质能方程知在中子轰击下生成 Sr3894 和 Xe54140 的过程中，释放大量的能量，由质量亏损，原子核中的平均核子质量变小，故D正确。
第二部分
22. 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。
23. B， C
【解析】核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约 10−15 m，选项B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，选项C正确。
24. B， D
【解析】不是所有的核反应过程都有质量亏损，例如，弹性散射就没有质量亏损，而常见的核反应例如天然放射现象、核裂变、核聚变等，只要存在能量的释放，那么就意味着体系发生质量亏损，选项A错误；α 衰变是指衰变产生 α 粒子，选项B正确；经过一个半衰期后未发生衰变的质量为原来的一半遵循统计规律，不是原子数目减为原来的一半，选项C错误；裂变反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，选项D正确。
25. A， D
【解析】根据核反应方程 ，X 的质量数 m1=2+3−4=1，电荷数 z1=1+1−2=0，所以 X 是中子，故A正确；根据核反应方程 ，X 是中子，所以 Y 的质量数 m2=4+3−1=6，电荷数 z2=2+1−0=3，所以 Y 的质子数是 3，中子数是 3，故B错误；两个核反应都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C错误；氘和氚的核反应是核聚变反应，故D正确。
26. C， D
【解析】由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，X 原子核中含有质子数 92−38=54，中子数 235+1−94−2−54=86，故A错误；
U92235 原子核的核子数大于 X 原子核的核子数，则 U92235 原子核的结合能大于 X 原子核的结合能，故B错误；
因为核裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后生成的原子核更加稳定，即 X 原子核中核子的平均质量比 U92235 原子核中核子的平均质量小，故C正确；
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，U92235 核裂变的过程中释放能量，则 U92235 的比结合能小于 X 原子核的比结合能，即 X 原子核中核子的比结合能比 U92235 原子核中核子的比结合能大，故D正确。
第三部分
27. B， C， D
【解析】组成原子核的核子越多，它的结合能越大，铁核的结合能小于铀核的结合能，故A错误；铁核的比结合能比铀核的比结合能大，铁核比铀核稳定，故B正确；铀核发生核变化变成铁核，出现质量亏损，会放出能量，故C、D正确。
28. A， B， C
【解析】根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，X 应为质子，选项A错误；目前地球上的核电站是利用重核裂变，不是轻核的聚变，选项B错误；因反应放出能量，故根据质能方程可知，反应前 He23 与 H12 的质量之和大于反应后 He24 与 X 的质量之和，选项D正确，C错误。A、B、C符合题意。
29. A， B， D
【解析】衰变过程质量数和电荷数守恒，可知 X 的质量数为 4，电荷数为 2，则 X 是氦核（He24），该反应是 α 衰变，故A正确；该衰变过程中质量亏损为 Δm=m1−m2−m3，根据质能方程 ΔE=Δmc2，可知衰变过程中释放的总能量为 ΔE=(m1−m2−m3)c2，故B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，故C错误；由于衰变时释放巨大能量，且 U92235 比 Pu94239 更加稳定，则 Pu94239 比 U92235 的比结合能小，故D正确。
30. B， C， D
【解析】U92235 发生核裂变需要用中子轰击，核反应方程为 U92235+n01→Ba56141+Kr3692+3n01，A错误，B正确；U92235 发生链式反应要求铀块的体积达到临界体积，C正确；一个 U92235 裂变时，质量亏损约为 Δm=ΔEc2=200×106×1.6×10−19(3×108)2 kg≈3.6×10−28 kg，D正确。
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