5.3核力与结合能基础巩固（Word版含答案）

5.3核力与结合能基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．下列说法错误的是
A．密立根测出了元电荷e的数值
B．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
C．原子核发生衰变时要释放能量，根据E=mc2，所以衰变后的总质量数要减少
D．安培提出了分子电流假说
2．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动虽不是分子运动，但它证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动
B．液体表面层内分子间距离大于液体内部分子间的距离，表现为引力
C．结合能越大的表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．经过6次a衰变， 2次β衰变后，新核与原来的原子核相比中子数少了12个
3．用中子(n)轰击锂核(Li)发生核反应，产生氚核(H)和未知粒子并放出4.8MeV的能量，已知1MeV=1.6×10-13J．下列说法正确的是
A．未知粒子为α粒子
B．未知粒子为β粒子
C．反应中的质量亏损为8.5×10-29kg
D．锂核的比结合能大于氚核的比结合能
4．下列说法正确的是（　　）
A．对于同一种金属来说，用不同频率的光照射时的遏止电压相同
B．改变物体的温度，可以改变放射性物体的半衰期
C．所有的核反应都要吸收热量
D．不同原子的能级不同，跃迁时发射的光子能量不同
5．下列说法正确的是
A．α、β、γ三种射线中γ射线电离作用最强
B．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
C．根据玻尔原子理论，氢原子在辐射光子的同时，电子的轨道半径也在连续地减小
D．放射性元素组成的化合物进行高温分解时，放射性元素的半衰期也会改变
6．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系.下列与原子核有关的说法正确的是
A．原子核的结合能越大,原子核就越稳定
B．由图可知,原子核D与E聚变成原子核F时,要吸收热量
C．A裂变时产生的γ射线能使某金属表面逸出光电子,则增大γ射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能
D．核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的
7．钚的一种同位素衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为→＋，并伴随γ光子辐射，则下列说法中正确的是（　　）
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．核反应中γ光子的能量就是核的结合能
C．核比核更稳定，说明核的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以核比核的比结合能大
8．下列说法正确的是（　　）
A．γ射线是高速运动的电子流
B．的半衰期是5天，100克经过10天会全部发生衰变
C．天然放射现象的发现揭示了原子可再分
D．比结合能小的原子核，结合成比结合能大的原子核时一定放出核能
9．下列说法正确的是（　　）
A． 衰变成 要经过 6 次衰变和 3 次衰变
B．氢原子的核外电子从低轨道跃迁到高轨道的过程，原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．原子核的结合能越大，原子核越稳定
10．原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，核子组合成原子核时（　　）
A．小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
B．中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
C．大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
D．不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同
11．关于近代物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比
B．氢原子由能量为En的激发态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为
C．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量
D．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
12．关于原子核的变化，下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
D．因为在核反应中释放能量，有质量亏损，所以系统只有质量数守恒，能量守恒定律在此不适用
13．已知U的裂变反应方程为U+n→Sr+Xe+2n，其反应产物Sr会发生β衰变，且半衰期为28.5年。则下列说法正确的是（　　）
A．U的平均结合能比裂变产物Xe的平均结合能大
B．Sr衰变产生的β射线是其核外电子吸收能量后跃迁产生的
C．Sr的β衰变方程为Sr→Y+e
D．密闭容器中装有1gSr，经过28.5年容器中剩余物质质量为0.5g
14．以下说法正确的是（ ）
A．射线是高速电子流,来源于原子的核外电子
B．衰变为要经过4次衰变和2次衰变
C．10个经过一个半衰期一定会有5个发生衰变
D．重核裂变后核子的比结合能会增加,轻核聚变后核子的比结合能会减小
15．随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识，下列说法正确的是（　　）
A．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象
B．原子核中，质子与质子间有核力，质子和中子间没有核力
C．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
D．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
二、填空题（共4题）
16．太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（）就是其中之一，请写出其核反应方程_________；如果氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，氦核的比结合能为，则上述反应释放的能量可表示为___________。
17．已知氮核质量mN=14.00753u，氧核质量为mO=17.00454u，氦核质量mHe=4.00387u，质子质量mH=1.00815u，1u相当于931MeV，试判断核反应：是______（填吸能或放能）反应，吸收或者放出的能量为______MeV。（保留两位有效数字）
18．用加速后动能为Ek0的质子轰击静止的原子核X，生成两个动能均为Ek的核，并释放出一个频率为ν的γ光子．写出上述核反应方程________________，并计算核反应中的质量亏损__________．（光在真空中传播速度为c）
19．已知中子的质量是，质子的质量是，氘核的质量是，质子和中子结合成氘核的过程中质量亏损是______ kg，氘核的比结合能是______ J.
三、综合题（共4题）
20．用质子轰击锂核生成两个粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验。已知质子、粒子和锂核的质量分别是、和，且相当于
(1)请写出核反应方程
(2)请计算核反应过程中的质量亏损
(3)请计算核反应过程中释放的能量
21．钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为0.0097MeV的γ光子．已知：、和 α粒子的质量分别为,和．且1u= 931.5MeV ．
（1）写出衰变方程；
（2）求衰变过程放出的核能；
（3）已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
22．原子的质量是12.000000u，可以看成是由6个氢原子（质量是1.007825u）和6个中子（质量是1.008665u）组成的，求碳原子核的结合能。（在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去。）
23．质子被发现以后，英国物理学家卢瑟福曾预育：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子．1930年，科学家们在真空条件下用射线麦击（）时，会产生一种看不见的贯穿能力很强的不知名的射线和另一种粒子．经过研究发现，这种不知名的射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一．
（其中粒子质量、铍核质量、不知名射线粒子质量、另一种粒子质量）
（1）试写出射线轰击铍核的核反应方程；
（2）试计算上述核反应过程中所释放的能量．
参考答案
1．C
【详解】
A. 密立根通过油滴实验测出了元电荷e的数值,选项Ａ正确B.卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,选项B正确.Ｃ.原子核发生衰变时要释放能量，根据E=mc2，所以衰变后的总质量减小，但质量数不变，故C错误．Ｄ.安培根据环形电流的磁场与条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说，故Ｄ正确．本题选错误的故选Ｃ．
2．B
【详解】
A．布朗运动是悬浮小颗粒的运动，不是分子运动，但能够反映液体或气体分子在做无规则运动，故A错误；
B．液体表面层内分子间距离大于液体内部分子间的距离，表现为引力，故B正确；
C．比结合能越大的表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
D．根据一次α衰变质量数减少4，质子数减少2，而一次β衰变质量数不变，质子数增加1，当经过6次α衰变，2次β衰变后，新核与原来的原子核相比质量数减少了24，而质子数减少了10，由于质量数等于中子数与质子数之和，因此中子数少了14个，故D错误；
故选B。
3．A
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为α粒子，故A正确，B错误；反应中的质量亏损为，故C错误；锂核的比结合能小于氚核的比结合能，故D错误。
故选A.
4．D
【详解】
A．对于同一种金属来说，用不同频率的光照射时，根据光电效应方程，光电子的最大初动能不同，所以遏止电压也不同。A错误；
B．放射性物体的半衰期与物体的温度无关。B错误；
C．当核反应有质量亏损时，就会放能。C错误；
D．不同原子的能级不同，跃迁时发射的光子能量不同。D正确。
故选D。
5．B
【解析】
α、β、γ三种射线中α射线电离作用最强，选项A错误；中等核的比结合能较大，则两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加，选项B正确；根据玻尔原子理论，氢原子在辐射光子的同时，轨道半径不是连续地减小，而是轨道量子化，故C错误；放射性元素组成的化合物进行高温分解时，放射性元素的半衰期不会改变，选项D错误；故选B.
6．D
【解析】
【详解】
A.原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关，故A错误；
B.原子核D和E聚变成原子核F，有质量亏损，释放核能，故B错误；
C.根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与光的强度无关，所以增大γ射线强度不能增大光电子逸出的最大初动能，故C错误；
D.根据α衰变的本质可知，核衰变时α射线时由核内2个质子与2个中子结合在一起从核中被抛射出来形成的，故D正确。
7．A
【详解】
A.由于比结合能越小的核越不稳定，越容易发生核反应释放能量，所以核燃料总是利用比结合能小的核，故A正确；
B.核反应中，反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差就是该次核反应所释放（或吸收）的核能。所以题设核反应中，的结合能等于和的总结合能与核反应所释放的核能之和，不仅仅等于γ光子的能量，故B错误；
C. 比核更稳定，说明的比结合能大，故C错误；
D. 衰变时释放巨大能量，说明核比核的结合能大，故D错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．γ射线是光子流，β射线是高速运动的电子流，选项A错误；
B．的半衰期是5天，100克经过10天还剩下原来的，即剩下25克，选项B错误；
C．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分，选项C错误；
D．比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能，如轻核聚变、重核裂变，选项D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．衰变成要经过次衰变和次衰变，选项A错误；
B．氢原子的核外电子从低轨道跃迁到高轨道的过程，原子要吸收光子，电子轨道半径变大，根据可知电子的动能减少，原子的电势能增大，选项B正确；
C．由光电效应方程可知，发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比，选项C错误；
D．原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，选项D错误。
故选B。
10．B
【详解】
由图可知，中等质量数的原子核的比结合能最大，因此中等质量数的核子的平均质量最小，中等质量数的核子组合成原子核时质量亏损最大，故B正确，ACD错误。
故选B。
11．A
【详解】
A．根据光电效应方程
知最大初动能与照射光的频率成线性关系，不是成正比，A正确；
B．原子由能量为En的激发态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差
B错误；
C．根据质能方程知，一定量的质量和能量是相联系的，并不是在一定条件下质量可以转化为能量，C错误；
D．γ射线是衰变后处于激发态的原子核向低能级跃迁产生的高频率的电磁波，γ射线一般伴随α射线或β射线产生；三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，D错误。
故选A。
12．C
【详解】
A．放射性元素的半衰期仅与核内部结构有关，与外部条件无关，故A错误；
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误；
C．核（92U）衰变为铅核（82Pb）的过程中，每经过一次α衰变质子数减少2，质量数减少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；设经过x次α衰变，y次β衰变，由质量数和核电荷数守恒则有
4x+206=238
92=82+2x-y
解得
x=8，y=6
说明要经过8次α衰变和6次β衰变，故C正确；
D．在核反应中质量守恒，能量也守恒，在核反应后只是物质由静质量变成动质量，核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，故D错误。
故选C。
13．C
【详解】
A．核裂变反应过程中，生成物的平均结合能比反应物的平均结合能大，更稳定，故A错误；
B．Sr衰变产生的β射线是原子核内的中子转变为质子产生的，故B错误；
C．Sr的β衰变方程为
故C正确；
D．密闭容器中装有1gSr，经过28.5年容器中剩余Sr的质量为0.5g，但剩余物质质量大于0.5g，故D错误。
故选C。
14．B
【解析】
射线是高速电子流，来源于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；衰变为质量数减小16，而质子数减小6，经过一次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，故B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核衰变不适用，选项C错误；重核裂变后核子的比结合能会增加，轻核聚变后核子的比结合能也会增加，选项D错误；故选B.
15．C
【详解】
A．玻尔理论成功地引入了量子的概念解释了氢光谱，但保留了太多的经典理论，他没有建立量子理论,故A错误；
B．核力是指原子核中核子之间的力，原子核中质子和中子都是核子，相互之间都有核力，故B错误；
C．比结合能是指原子核结合能对其中所有核子的平均值,亦即若把原子核全部拆成自由核子,平均对每个核子所要添加的能量所以比结合能越大，原子核越牢固，所以C正确；
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子核内.的中子变成质子和电子，产生的电子是从核内发出的,并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的,故D错误。
故选C。
16． 4E3－3E2－2E1
【详解】
[1][2]核反应方程为：，氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该核反应中释放的核能△E=4E3-2E1-3E2。
17．吸能 1.2
【详解】
[1][2]根据题意反应前的质量为
=14.00753u+4.00387u=18.0114u
反应后
=17.00454u+1.00815u=18.01269u
，因此质量增加了，故是吸能反应；
根据质能方程有
带入数据解得吸能为1.2 MeV。
18．
【详解】
试题分析：根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，通过爱因斯坦质能方程求出质量亏损．
解：根据电荷数守恒、质量数守恒有：→．
根据能量守恒知释放的核能△E=2Ek+hv﹣Ek0
根据爱因斯坦质能方程得，．
答：核反应方程为：→．在核反应中的质量亏损为．
19．
【解析】
氘核是由1个质子、1个中子构成，其核子与原子核的质量差为：
；
氘核的结合能为，代入数据，解得：
氘核的比结合能为：；
20．(1)；(2)0.0203u；(3)18.90945MeV
【详解】
(1)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为
(2)核反应前后的质量亏损为
(3)核反应中释放的能量
21．（1） （2）5.216MeV；（3）5.034MeV
【详解】
(1)根据质量数守恒与电荷数守恒得衰变方程为： ①
(2)上述衰变过程的质量亏损为△m=mPu mU mα ②
放出的能量为△E=c2 △m=5.2164 MeV ③
(3)此能量是铀核的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和为：△E=EU+Eα+Eγ ④
由②③④式得：EU+Eα=( mPu mU mα )c2 Eγ ⑤
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα
则由动量守恒，选取U核运动的方向为正方向,有：mUvU=mαvα ⑥
又由动能的定义知：EU=⑦
又：Eα= ⑧
联立，代入题给数据得Eα≈5.034 MeV.
22．
【详解】
由
则碳原子核的结合能为
23．（1）核反应方程为： （2）所释放的能量为：
【详解】
（1）核反应方程为：
（2）该核反应质量亏损为：
所释放的能量为：