5.3核力与结合能 学科素养提升练（word版含答案）

5.3核力与结合能 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．下列对于原子核的理解，正确的是（　　）
A．射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，已发生衰变的质量为
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是
2．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应。根据这一理论，在太阳内部4个氢核（）转化成一个氦核（He）和两个正电子（e）并放出能量。已知质子质量mp＝1.0073u，粒子的质量mα＝4.0026u，电子的质量me＝0.0005u。1u的质量对应931.5MeV的能量，估算一次这样的热核反应释放出的能量（　　）
A．22MeV B．24MeV C．26MeV D．20MeV
3．一个氘核和一个氚核发生核反应生成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为。已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c。若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为（　　）
A． B． C． D．
4．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有（　　）
A．的结合能约为
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时吸收能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
5．在太阳内部发生的聚变反应中，一个质量为的氘核和一个质量为的氚核结合成一个质量为的氦核，并放出一个质量为的X粒子。真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X粒子为质子
B．聚变反应中粒子的比结合能变小
C．氦核比氚核更稳定
D．聚变反应中平均每个核子释放的核能为
6．嫦娥四号月球探测器上有一块核电池，不但兼顾发电的功效，而且还具有放热的功效，它里面装有自然衰变的放射性同位素，利用衰变为释放能量可连续几十年提供一定的电能。下列说法正确的是（　　）
A．发生的是衰变
B．衰变过程满足质量数守恒，不满足能量守恒
C．当温度降低时，衰变的半衰期也随之变短
D．的比结合能小于的比结合能
7．太阳每秒释放的能量是92千万亿吨TNT当量，折合能量约。如果该能量为核反应产生的，已知光在真空中速度，则每秒钟太阳的质量亏损约为（　　）
A． B． C． D．
8．近代物理和技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．某些原子核能够放射出粒子，说明原子核内有粒子
C．核泄漏污染物铯能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，为中子
D．若氢原于从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
9．以下说法正确的是（　　）
A．光电效应显示了光的波动性
B．轻核聚变后核子的总质量小于聚变前核子的总质量
C．汤姆孙研究阴极射线，提出原子具有核式结构
D．粒子散射实验证明了中子是原子核的组成部分
10．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（　　）
A．光电效应中，光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比
B．在天然放射现象中，产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C．氧的半衰期为3.8天，10个氡核经过3.8天一定会有5个发生衰变
D．两个质子和两个中子结合成，若释放的核能为，则的比结合能为
11．下列关于原子物理知识的表述正确的是（　　）
A．是衰变
B．裂变产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大
C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子是可以再分的
D．放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态有关
12．核某种裂变方式的核反应方程为，已知、、、的质量分别为、、、，真空中的光速为c.则下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程式中 B．中含有56个中子
C．该反应释放的核能为 D．比的比结合能小
13．近代物理学的发展，促进了人类文明的发展与进步，对于近代物理学的几个里程碑，下列说法正确的是（　　）
A．图1中，电子束的衍射实验证明实物粒子具有波动性
B．图2中，由于光电管加的是反向电压，灵敏电流表G所在的支路中不可能存在光电流
C．图3中，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时放出的光，最小频率与最大频率之比为
D．由图4知的结合能小于的结合能
14．下列说法中正确的是（　　）
A．原子核的结合能越大，该原子核越稳定
B．原子核的核子数越多，该原子核的比结合能越大
C．光电效应现象说明了光具有粒子性
D．玻尔理论的局限性在于过多地保留了经典电磁理论
E．爱因斯坦为解释光电效应现象，提出了光的光子说
15．下列表述正确的是（　　）
A．天然放射性现象中放出的γ射线在磁场中不会发生偏转
B．当原子从高能级跃迁到低能级时，会吸收光子
C．当光照射在金属表面上时，金属中的质子会逸出金属表面
D．原子核的静质量小于构成它的所有核子单独存在时的总静质量
二、解答题
16．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应产生一个He核和一个粒子X，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u。（1 u相当931.5 MeV）
（1）写出核反应方程；
（2）求核反应中释放的核能；
（3）在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求粒子X和氦核各自的动能。
17．“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊质量单位，符号为u。已知碳原子的质量是，一个碳原子可以看作是由6个氢原子（每个氢原子的质量是）和6个中子（每个中子的质量是）组成，求碳原子核的结合能。
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参考答案：
1．A
【解析】
A．射线的电离最强，穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住，故A正确；
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故B错误；
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，还剩下
则已发生衰变的质量为，故C错误；
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，由爱因斯坦质能方程可知，释放的能量是
故D错误。
故选A。
2．B
【解析】
一次这样的热核反应质量亏损
一次这样的热核反应释放出的能量
故选B。
3．A
【解析】
根据质能方程，一个氘核和一个氚核发生核反应，放出的能量为
因此1mol氘和1mol氚完全发生核反应，释放的能量为
故选A。
4．B
【解析】
A．由图知，核的比结合能大约为7MeV，核子数为4，则核的结合能大约为28MeV，故A错误；
B．由图知，核的比结合能比核的比结合能大，所以核比核更稳定，故B正确；
C．由图知，核的比结合能比核的比结合能大，两个核结合成核时要放出能量，故C错误；
D．由图可知，核中核子的平均结合能比核中的小，故D错误。
故选B。
5．C
【解析】
A．由质量数和电荷数守恒可知，X粒子为中子，故A错误；
B．因轻核聚变反应释放巨大的核能，则生成物的比结合能增大，故B错误；
C．氦核比氚核的比结合能大，所以氦核更稳定，故C正确；
D．聚变反应中释放的总核能为，故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
A．衰变成时由守恒定律知
，
放出粒子为，则该衰变方程是衰变，故A错误；
B．衰变过程满足质量数守恒和能量守恒，故B错误；
C．半衰期与环境条件无关，可知衰变的速度不会受到温度等环境因素的影响，故C错误；
D．比更稳定，则的比结合能小于的比结合能，故D正确。
故选D。
7．B
【解析】
根据爱因斯坦质能方程可得
有
故选B。
8．D
【解析】
A. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项A错误；
B. 某些原子核能够放射出粒子，这是核内中子转化为质子时放出的负电子，不能说明原子核内有粒子，选项B错误；
C. 核泄漏污染物铯能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为
根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数为-1，则X为电子，选项C错误；
D. 因从6→1的能级差大于从6→2的能级差，则若氢原于从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，选项D正确。
故选D。
9．B
【解析】
A．光电效应显示了光的粒子性，A错误；
B．轻核聚变放出核能，有质量亏损，则轻核聚变后核子的总质量小于聚变前核子的总质量，B正确；
CD．卢瑟福通过研究α粒子散射实验，提出原子具有核式结构，但是并没有证明中子是原子核的组成部分，CD错误。
故选B。
10．D
【解析】
A．由爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光子的频率是一次函数关系，A错误；
B．衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转变成质子释放出的电子，B错误；
C．半衰期是对大量的原子核满足统计规律，对少数的原子核没有任何意义，C错误；
D．比结合能指的是结合能与核子数之比，两个质子和两个中子结合成，释放的核能为，则的结合能为，比结合能为，D正确。
故选D。
11．B
【解析】
A．是β衰变，故A错误；
B．裂变生成中等大小的原子核，则产生的钡原子核的比结合能比的比结合能大，故B正确；
C．天然放射性现象的发现使人们认识到原子核是可以再分的，故C错误；
D．放射性元素衰变的快慢跟原子核自身性质有关，与原子所处的化学状态无关，故D错误。
故选B。
12．C
【解析】
A．由核反应中的质量数守恒以及电荷数守恒可知
选项A错误；
B．原子核中电荷数为92，质量数为235，则中子数为
选项B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量
选项C正确；
D．核反应方程式生成物比反应物稳定，则原子核的比结合能小于原子核的比结合能，选项D错误。
故选C。
13．AC
【解析】
A．电子束的衍射实验证明实物粒子具有波动性，故A正确；
B．即使光电管加的是反向电压，光电子逸出的最大初动能足够大时，仍有电子经过灵敏电流表G所在的支路，所以可能存在光电流，故B错误；
C．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最大能量为
最小能量为
根据
可得
故C正确；
D．由图可知，的平均结合能小于的平均结合能，但前者的核子数更多，核子数与平均结合能的乘积更大，所以的结合能大于的结合能，故D错误。
故选AC。
14．CDE
【解析】
A．原子核的比结合能越大，该原子核越稳定，选项A错误；
B．中等大小的原子核，比结合能最大，原子核结合得越牢固，故B错误。
C．光电效应现象说明光具有粒子性，故C正确。
D．玻尔理论的局限性在于过多地保留了经典电磁理论，故D正确。
E．爱因斯坦为解释光电效应现象，提出了光的光子说，故E正确。
故选CDE。
15．AD
【解析】
A．天然放射性现象中发射的γ射线是电磁波，在磁场中不会发生偏转，A正确；
B．当原子从高能级跃迁到低能级时，会放出光子，B错误；
C．当光照射在金属表面上时，金属中的电子会逸出金属表面，这种现象叫光电效应，C错误；
D．单个核子构成原子核时释放能量，根据质能方程，出现质量亏损，因此原子核的静质量小于构成它的所有核子单独存在时的总静质量，D正确；
故选AD。
16．（1）2H→He+n ；（2）2.14MeV；（3）0.71MeV， 2.13MeV
【解析】
（1）核反应方程为
2H→He+n
（2）核反应中的质量亏损为
Δm=2mH-mHe-mn
由
ΔE=Δmc2
可知释放的核能：
ΔE=（2mH-mHe-mn）c2=2.14MeV
（3）把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即
mHevHe+mnvn=0
反应前后系统的总能量守恒，即
EkHe+ Ekn =ΔE+2EkH
又因为
mHe∶mn=3∶1
所以
vHe∶vn=1∶3
由以上各式代入已知数据得
EkHe=0.71MeV
Ekn=2.13MeV
17．
【解析】
6个中子的总质量
6个氢原子的总质量
中子和氢原子的质量和
碳原子的质量
质量亏损
碳核的结合能
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