高中物理核反应、库仑力、圆盘、圆锥摆专练

核反应1.（2019.新课标全国II卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为4iH»He+2oe+2v，已知1H和4He的质量分别为%=1,0078u和m=4.0026u,山田加丫/。2,c为光速。在1 2 1 1 2 P a4个,转变成1个4口的过程中，释放的能量约为1H 4He128MeV16MeV26MeV52MeV温度首次达到1温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是【答案】C【解析】由AE=NmC2知AE=（4*rn。—%-2m）c2931x106x1.6X10-19J 氏1.7x10-27kg?0.9x10-31kg，忽略电子质量，则：9X1016AE-（4x1.0078沅-4.0026沆）•c2仁26MeV,故C选项符合题意；2.【2017・新课标I卷】大科学工程，人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是2H+zH/He+1n。已知2H的质量为2.0136u,3He的质量为3.0150u,1n的质量为1.0087u,112 0 1 2 01u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为A.3.7MeV B.3.3MeV C.2.7MeV D.0.93MeV【答案】B［解析］根据质能方程，释放的核能AE-Amc2,Am-2mH-mHe-mn-O.OO^u,则AE-0.0035ux931MeVc2xc2-3.2585MeV工3.3MeV，故B正确，ACD错误。【考点定位】质能方程【名师点睛】本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是kg,由质能方程求核能时要细心。（2019•天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任何两个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加【答案】AD【解析】核聚变的最终产物时氮气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。（2019.江苏卷）100年前，卢瑟福用a粒子轰击氮核打出了质子.后来，人们用a粒子轰击ggNi核也打出28了质子：4He+60Ni-62Cu+1H+X;该反应中的X是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）.此后，对2 28 29 1原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能.目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。【答案】中子核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：1n即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，0核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；（2019.浙江选考）一个被原子核（7Be）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）4后发生衰变，生成一个锂核（7Li），并放出一个不带电的质量接近零的中微子V人们把这种衰变称3 e为“K俘获”静止的被核发生零“K俘获”其核反应方程为：Be+0eT7Li+v已知被原子的质量为MBe=7.016929u,锂原子的质量为MLi=7.016004u,1u相当于9.31x102MeV。下列说法正确的是A.中微子的质量数和电荷数均为零B.锂核（7Li）获得的动能约为0.86MeV3C.中微子与锂核（7Li）的动量之和等于反应前电子的动量3D.中微子与锂核（7Li）的能量之和等于反应前电子的能量3【答案】AC【解析】反应方程为7Be+0et7Li+v，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷4 -1 3e数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少Am=（7.016929u+m-7.016004）x9.31x102MeV>0.86MeV，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（7Li3的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（7Li）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。6（2019•湖南省怀化市高三统一模拟）下列说法正确的是A.P衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子B.实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应C.钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩0.2gD.根据玻尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁到n=3的激发态时，核外电子动能减小【答案】A【解析】A、P衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子，故A正确；B、根据光电效应方程可知，发生光电效应的条件与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；C、钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5次衰变，根据m=m0（1）5g=0.03125g,故C错误；D、据玻尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁到n=3的激发态时，库仑力提供向心力，向心力增加，速度变大，电子动能增加，故D错误。7（2019-安徽省六安市第一中合肥八中、阜阳一中三校高三最后一卷）以下物理内容描述不正确的是A.爱因斯坦通过对光电效应实验规律的分析揭示了光具有粒子性的一面B.玻尔模型对一切原子的光谱现象都能准确解释C.放射性元素的半衰期与其以单质还是化合物形式存在无关D.原子核的比结合能大小可以反映其稳定性特征【答案】B【解析】爱因斯坦通过对光电效应实验规律的分析揭示了光具有粒子性的一面，选项A正确；玻尔模型只能解释氢原子光谱，不能对一切原子的光谱现象准确解释，选项B错误；放射性元素的半衰期与其以单质还是化合物形式存在无关，选项C正确；原子核的比结合能大小可以反映其稳定性特征，比结合能越大，原子核越稳定，选项D正确；此题选择不正确的选项，故选B。8（2019•湖南省长沙市雅礼中学高三下学期一模）下列说法正确的是A.氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大B.238U-234Th+4He是核裂变方程，当铀块体积大于临界体积时，才能发生链式反应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比D.a射线是高速运动的氯原子核，能够穿透几厘米厚的铅板【答案】A【解析】根据波尔理论，氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，要吸收光子，电子的轨道半径增大，选项A正确;B方程是衰变方程，B错误;根据光电效应方程，光电子的最大初动能为E=加-WK不是与频率V成正比，C错误。a射线是高速运动的氯原子核，但是不能穿透铅板，D错误。9（2019•北京市顺义区2019届高三第二次统练）下列说法正确的是A.y射线比a射线的贯穿本领强B.外界环境温度升高，原子核的半衰期变大C.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应D.原子核发生一次P衰变，该原子外层就失去一个电子【答案】A【解析】Y射线比a射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B错误;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；p衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。10（2019.山东省潍坊市高三模拟）下列核反应中放出的粒子为中子的是A.14N俘获一个a粒子，产生17O并放出一个粒子7 8C.贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D.卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型【答案】AC【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项乩正确,卢瑟福用口粒子轰击获得反冲核I。，发现了质子，选项E错误；贝克勃尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构,选项C正确,卢瑟福通过对口粒子散射实脸的班究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误口【考点定位】物理学史12.12016•海南卷】下列说法正确的是A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B.康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律D.卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子的核式结构模型E.德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长【答案】ACD【解析】爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故选项C正确；-h卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故选项D正确；微观粒子的德布罗意波长为九=一P其中P为微观粒子的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，选项E错误。【考点定位】光电效应、康普顿效应、波尔的原子理论、核式结构模型、德布罗意波【名师点睛】本题考查了光电效「应、康普顿效应、波尔的原子理论、核式结构模型、德布罗意波等基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材。13.12016•全国新课标m卷】一静止的铝原子核27A1俘获一速度为1.0x107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核28Si*，下列说法正确的是14A.核反应方程为p+27Al-28Si*13 14B.核反应方程过程中系统动量守恒C.核反应过程中系统能量不守恒D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E.硅原子核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度方向一致【答案】ABE【解析】根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程p十；a正确；过程中释族的核力远远大于外力，故系统动量守恒，E正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量,即伴随着质量亏损,所以生成物的质量小于反应物的质量之和,D错误：由动量守恒可知，mv=28mv,解得炉:孩＞＜10一皿M，故数量级约为IMmm,故三正确。【考点定位】考查了动量守恒、能量守恒、核反应方程【方法技巧】由质量数、电荷数守恒可知核反应方程；由动量守恒可知硅原子核速度的数量级及速度方向，本大题包含了3-5原子物理的内容，难度不大，但从题目来看考查范围很广，要求能全面掌握。14.下列说法正确的是（）A.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等B.铀核裂变的一种核反应方程‘"小‘C.设质子、中子、一粒子的质量分别为m1,m2、m3,两个质子和两个中子结合成一个「粒子，释放的能量是D.原子在a、b两个能量级的能量分别为：、’［，且:当原子从a能级跃迁到b能级时，放出光子的波长与'♦（其中c为真空中的光速，h为普朗克常量）【来源】【全国百强校】河北省衡水中学2018届高三二十模考试（B）物理试题【答案】D【解析】人动能相等的质子和电子,因质子质量比电子质量大得多,依据动能与三亮,则质子和电子动量不相等,再根据德布罗意波长公式2=3可知一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长不相等。故A错误。E.铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂娈，其中的一种核反应方程溶豺一 时斗器E九耳故B错误◎I根据爰因斯坦质能方程可知，设质子.中子、或粒子的质量分别为旗、闭黑也力两个质子和两个中子结合成一个以粒子,释放的能量是0网4?依-网］—故C错误。小原子在且、内两个能量期的能量为反、扁且品＞勾当原干从且能级跃迁到3能级时』放出光子的能量为：E=3E打所以光子的波长江二瓷;.故D正确&故选九【点睛】本题考查了核反应方程、爱因斯坦质能方程、能级跃迁等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，知道各能级间能级差的关系，以及知道波长和频率的大小关系.库仑力15.如图，三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平衡于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k则（）

A.a、b的电荷同号，A.a、b的电荷同号，C.a、bC.a、b的电荷同号，仁；B.a、b的电荷异号，D.a、b的电荷异号，【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【答案】D【解析本题考查库仑定律、受力分析及其相关的知识点口对小球c所受库仑力分析」画出,对c的库仑力和b对【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【答案】D【解析本题考查库仑定律、受力分析及其相关的知识点口对小球c所受库仑力分析」画出,对c的库仑力和b对c的库仑力，着h对。的库仑力为排斥力,加的电与be的夹角为生利用平行四边形定则和几何关系、库仑定律可得，氏与言3%=标好启也3/4由出用“F*1ab电荷量的比值仁，联立解得：*=64/77,选项D正确口11?【点睛】此题将库仑定律、受力分析、平行四边形定则有机融合，难度不大。荷同号？则匕对匕的库仑力为吸引力，比电荷为异号,北的电荷为异号》若白对匕的库仑力为引力建的电荷异号,则b对c的库仑力为斥力，be电荷为同号，北的电荷为异号，所以册的电荷为异号0设ac16（2019.浙江选考）电荷量为4x10-6C的小球绝缘固定在A点，质量为0.2kg、电荷量为一5x10-6C的小球用绝缘细线悬挂，静止于B点。A、B间距离为30cm,AB连线与竖直方向夹角为60°。静电力常量为9.0x109N为9.0x109N-m2/C2,小球可视为点电荷。下列图示正确的是A「B・卜【答案】B【解析】两球之间的库仑力为F=kqAqB=9,0x109x4*10-6*5*10-6N=2N，小球B受到的r2 0.32重力大小为Gb=2N，且F与竖直方向夹角为60°,F=GB,故小球B受到的库仑力，重力以及细线的拉力，组成的矢量三角形为等边三角形，所以细线与竖直方向的夹角为60°，B正确.L点睛】当三力平衡时，能组成一个封闭的矢量三角形，再结合一个角为60°的等腰三角形为等边三角形即可求解。17（2019•广东省高三下学期第一次模拟考试）如图所示，点电荷Q1,Q2固定于边长为L的正三角形的两顶点上，将点电荷Q3（电荷量未知）固定于正三角形的中心，Ql,Q2的电荷量均为+q。在正三角形第三个顶点上放入另一点电荷Q,且Q的电荷量-q，点电荷Q恰好处于平衡状态。已知静电力常量为k,不计各电荷受到的重力，下列说法正确的是可/Oq：\@向 防A.若撤去Q3,则Q将做匀加速直线运动B.Q3的电荷量为今C.若不改变Q的电性，仅改变其电荷量，Q将不再受力平衡D.若将Q1的电荷量改为-q，则Q受到的合力大小为答【答案】BD【解析】若撤去Q3,点电荷Q所受的合力为Q「Q2对点电荷Q库仑力的合力，方向竖直向下，向下加速运动的过程中，由于距离两电荷的距离变化，导致库仑力的变化，则加速度变化，做变加速直线运动，A错误。Q运动，A错误。Q1、Q2对点电荷Q库仑力的合力为:F=2义kq-义cos30°=、3kq,方向竖直向下，1L L根据几何关系知，Q3与点电荷Q的距离为:.行r=—L，根据平衡条件得:3Q3二=q，带负电，B正确。根据kQ二半知，Q的电量可以约去，若不改变Q的电性,仅改变其电荷量，Q将仍然受力平衡，C错误。若将Q1的电荷量改为-q，Q受到Q1、Q2的合力F；=kq-,方向水平向右，Q3对Q的库仑力大小为方向水平向右，Q3对Q的库仑力大小为3kq2

L，方向竖直向上，根据平行四边形法则知，Q受到的合力大小F合］、，\l(LJIL)LD正确。18.12016•浙江卷】如图所示，把A、B两个相同的导电小球分别用长为0.10m的绝缘细线悬挂于O和QAB两点。用丝绸摩擦过的玻璃棒与A球接触，棒移开后将悬点0「移到O点固定。两球接触后分开，平衡时距离BA为0.12m°E测得每个小球质量是8.0义10-4kg，带电小球可视为点电荷，重力加速度g=10m/s2，静电力常量k=9.0x109N•m2/C2，则AO(JBA.两球所带电荷量相等B.A球所受的静电力为1.0X10-2NC.B球所带的电荷量为4<6x10-8cD.A、B两球连线中点处的电场强度为0【答案】ACD【解析】两相同的导电小球接触后电荷量均分，故两小球所带电荷量相等，选项A正确；对A球进行受力分析可知，由几何关系，两球分斥开后，悬线与竖直方向的夹角为 37°，根据平行四边形法则可得，F=mgtan37o=8.0x10-4x10x0.75N=6.0x10-3N，选项b错误；根据库伦定理有

qq[q2 ;Fl2 ,6x10-3x0.122F=kAB=k-rB，解得q—u-■-= C=4v6x10-8C,选项C正确；AB带等量的同12 12 B\k9 9x109种电荷，故在A、B两小球连续中点处的电场强度为0，选项D正确；故选ACD。【考点定位】物体的平衡；库仑定律；电场强度圆盘、圆锥摆19.（2018•湖北荆州市模拟）如图，两个质量均为m的小木块a和b（可视为质点）沿半径方向放在水平圆盘上用细线相连，a与转轴OO的距离为l,b与转轴的距离为21。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动至两物体刚好未发生滑动，①表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是°Jb：n——nor\A.细线中的张力等于kmgB.3-'号是细线刚好绷紧时的临界角速度C.剪断细线后，两物体仍随圆盘一起运动D.当3=\除时，a所受摩擦力的大小为kmg20.B【解析】两物体刚好未发生滑动时AB与圆盘之间的摩擦都达到最大，则对A:Hmg-T=m3ml20.对B：Hmg+T=m32-21，联立解得：T=1hmg，选项A错误；细线刚好绷紧时，b与圆盘之间m 3的摩擦达到最大，则由kmg=m的摩擦达到最大，则由kmg=m21近可得3—区,此时细线中的张力为零，选项B正确；当3=21kg2/1,时，a所受摩擦力的大小为f=m32=-kmg,选项D错误；剪断细线后，A物体仍随圆盘一起运动，但是B物体所受的合力减小，将做离心运动，选项C错误；故选B。【点睛】本题的关键是正确分析木块的受力，明确木块做圆周运动时，静摩擦力提供向心力，把握住临界条件：静摩擦力达到最大，物块开始发生相对滑动。.如图所示，在水平圆盘上，沿半径方向放置用细线相连的两物体A和B，它们与圆盘间的摩擦因数相10当圆盘转速加大到两物体刚要发生滑动时烧断细线，则两个物体将要发生的运动情况是A.当转盘匀速转动时P受摩擦力方向为b方向B.当转盘加速转动时P受摩擦力方向可能为cA.当转盘匀速转动时P受摩擦力方向为b方向B.当转盘加速转动时P受摩擦力方向可能为c方向C.当转盘加速转动时P受摩擦力方向可能为a方向D.当转盘减速转动时P受摩擦力方向可能为d方向11A.两物体仍随圆盘一起转动，不会发生滑动B.只有A仍随圆盘一起转动，不会发生滑动C.两物体均滑半径方向滑动，A靠近圆心、B远离圆心D.两物体均滑半径方向滑动，A、B都远离圆心.B【解析】当两物体刚要滑动时，A、B所受静摩擦力都是最大静摩擦力九。对A：fm-T=m321，对B：f+T=m32r,若此时剪断细线，A的向心力由圆盘的静摩擦力提供，且f=m32r,所以f<f,m B A mA仍随盘一起转动；而剪断细线的瞬间，T消失，fm不足以提供B所需的向心力，故B将沿某一曲线做离心运动。故B正确。.如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，且与圆盘相对静止，图中c沿半径指向圆心，。与c垂直，下列说法正确的是

D【解析】做四周运动的物体更现韵为正交分霹：平行速度方向的合力，即切向力，产生切向加速度，改变建度幼大小；枣受速度方向的合力：翡闾回心，产生向心加建度，庶变速度弱方向=檄回周运动徜衲体，津度方向在改变，落半座蜡向国心方向一定受力，粒匀遑四周运动端物体，切向苏向京更力，合力指向回心，而物块P的向心力是摩摞力混供曲,所以当特拿匀遑蒋动时，P受摩瘵力方向为u方向，故A搭法；当蒋季加津蒂动时，物块P网加遑股同迨动，不仅宥署e方向指向叨心触向心力，延南■指向口方向的切向为，俊战逢度大「堵大，两方向的合力即摩攥力可整指向脑放BC措俣；当转盘碣建转动叶，物块P微城建图周运劲，木仅有沿c方向指向国心的向心力，乏有指向廿相反方向的均向力，使然过屋大小成小，两方向的合力即摩擦为可能指向乩敌D正确二.（2018•广东省湛江市大成中学3月月考）如图所示，质量为m的小球用一根轻细绳子系着在水平面内做圆锥摆运动，已知绳长为3做圆锥摆运动，已知绳长为3轻绳与竖直方向夹角为。，现增大绳长3保持夹角。不变，仍使小球A.小球的向心加速度增大B.小球运动的线速度增大C.小球运动的周期增大D.小球所受的细线拉力增大BC【解析】对摆球进行受力分析，受重力mg和绳子的拉力T作用，在竖直方向上，合力为零，有:Tcos。=Tcos。=mg，得:T_mgcos。'。不变，则绳子拉力不变，在水平方向上，合力提供向心力有:有几何关系可知：R=Lsin有几何关系可知：R=Lsin。，L增大，。不变，则R增大，F=mg•tan。=m F=mg•tan。T2R所以a不变，线速度和周期都增大，故BC正确，AD错误；故选BC。12

25.（2018•湖南省常德市第一中学第一次月考）有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图，长为L的钢绳25.角速度/匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为/不计钢绳的重力，则A.:gtan6'MLsin6B.:gtan6rr+L角速度/匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，