5.3 核力与结合能-同步练习（Word版含答案）

5.3、核力与结合能
一、选择题（共16题）
1．有关近代物理内容的叙述中，正确的是（　　）
A．原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子
B．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关变
D．比结合能大的原子核结合成比结合能小的原子核时一定放出核能
2．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋Cl→Ar＋e，已知Cl 核的质量为36.956 58 u，Ar核的质量为36.956 91 u，e的质量为0.000 55 u，1 u质量对应的能量为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．1.33 MeV B．0.82 MeV C．0.51 MeV D．0.31 MeV
3．关于核反应方程(为释放出的核能，为新生成粒子)，已知的半衰期为，则下列说法正确的是( )
A．没有放射性
B．比少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为衰变
C．N0个经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为(N0数值很大)
D．的比结合能为
4．关于原子和原子核的相关知识，下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
B．在光电效应实验中，对于同一种金属而言，相同颜色入射光的光照强度越大，逸出光电子的最大初动能越大
C．爱因斯坦提出了“能量子”概念，
D．阴极射线与β射线的本质是相同的，但是在原子内的来源不相同
5．下列说法正确的是
A．某放射性物质的半衰期为T，质量为m，则该放射性物质经过半个半衰期后，质量还剩m
B．一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁时能发出2种不同频率的光子
C．用频率为v的光照射某金属表面发生了光电效应，遏止电压为UC，则该金属的逸出功为hv-eUC
D．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
6．下列说法正确的是（）
A．氢原子的光谱是连续谱
B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒
C．比结合能越小，原子核越稳定
D．只要入射光的强度足够大，就能发生光电效应
7．2021年3月，考古学家利用技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3200年至3000年，年代区间属于商代晚期。已知的半衰期为8267年，其衰变方程为→+，则下列判断正确的是（　　）
A．四个经过8267年一定还剩余两个
B．的比结合能一定大于
C．β衰变的本质是核内一个质子转化中子和电子
D．β衰变过程满足动量守恒，不满足能量守恒
8．下列说法正确的是（　　）
A．α粒子散射实验说明原子核具有复杂结构
B．组成原子核的核子越多，原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．光电效应和康普顿效应深入的揭示了光的粒子性
D．用紫光照射某金属板能产生光电子，则用红光照射该金属板也一定能产生光电子
9．物理学研究表明，自然界存在四种基本相互作用，我们学习过的重力、弹力
A．都属于万有引力相互作用
B．重力属于万有引力相互作用，弹力属于弱相互作用
C．重力属于强相互作用，弹力属于弱相互作用
D．重力属于万有引力相互作用，弹力属于电磁相互作用
10．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关
B．钍的半衰期为24天．1g钍经过120天后还剩0.2g钍
C．放射性同位素经α、β衰变会生成其中经过了3次α衰变和2次β衰变
D．比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定
11．下列关于原子物理知识的叙述正确的是
A．衰变中产生的射线是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的
B．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．两个轻核结合成一个中等质量的核，存在质量亏损
D．对于一个特定的氡原子，如果知道了半衰期，就能准确的预言它在何时衰变
12．下列说法正确的是
A．某元素的半衰期是3天,12g该元素经过6天后还有4g未衰变
B．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大轨道时,原子的总能量增大,电子的动能增大
C．紫外线照射到金属锌板表面时能发生光电效应,若增加紫外线的照射强度,则从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D．质子中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3,2个质子和2个中子结合成一个粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2
13．下列说法错误的是（　　）
A．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍
B．康普顿效应表明：光子具有动量
C．将较重的核分裂成中等大小的核，或者将较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会减小
D．黑体辐射随着温度的降低，各种波长的辐射强度都减小且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
14．下列说法正确的是 ．
A．爱因斯坦利用自己提出的能量量子化理论解释了光电效应
B．结合能越大的原子核，原子核越稳定
C．一群氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子
D．天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构
15．下列说法正确的是
A．发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大
B．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
C．一群氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子
D．比结合能越大，原子核越不稳定
16．原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．由图像可知，聚变释放能量，裂变吸收能量
B．核的平均核子质量比核的大
C．由图像可知，两个核结合成核会释放能量
D．轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量少
二、填空题
17．质子的质量mp ， 中子的质量为mn ， 它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为________（真空中的光速为c）
18．（1）在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为____。若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为______；
（2）核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是______，缺点是______；
（3）有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造______类型的发电站更合适，理由是______。
19．1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功，如图所示。氢弹首先由普通炸药引爆原子弹，再利用它产生的高温高压引爆热核材料。其聚变方程为____________17.6MeV。此聚变反应发生的质量亏损为 ________________ u（1u相当于931.5MeV能量，保留两位有效数字）
20．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___________。
三、综合题
21．有人说物体燃烧释放出的能量就是静质能(m0c2)．又有人说核反应释放出的能量就等于静质能(m0c2)，你说对吗？
22．中国在“人造太阳”方面的研究取得了较大的成就，“人造太阳”被评为2018年中国十大科技成就之一、其原理是一个质量的氚核（）与一个质量的氚核（）发生核聚变，结合后生成了一个质量大小为的新核，同时放出一个质量的中子（），并释放出大小为的能量。（光的速度，结果保留3位有效数字）
（1）写出“人造太阳”轻核聚变的方程式；
（2）求该聚变释放的能量。
23．已知原子核质量为209.982 87u,原子核的质量为205.974 46u,原子核的质量为4.002 60u,静止的核在α衰变中放出α粒子后变成,求:
(1)在衰变过程中释放的能量;
(2)α粒子从Po核中射出的动能;
(3)反冲核的动能(已知1u相当于931.5MeV,且核反应释放的能量只转化为动能).
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故A错误；
B．康普顿效应表明光具有粒子性，故B错误。
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射电磁波的强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；
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，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
根据1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，则
ΔE=Δm×931.5 MeV=（36.956 91＋0.000 55－36.956 58）×931.5 MeV≈0.82 MeV
故选B。
3．B
【详解】
AB．元素的原子序数大于83的都具有放射性，根据质量数和电荷数守恒可得X为，为衰变，A错误，B正确；
C．根据公式
可得，剩余四分之一质量，根据能量守恒定律可得放出的核能为，C错误；
D．的比结合能是234个核子结合成Pa时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量，所以的比结合能不是，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．比结合能越大的原子核越稳定，A错误；
B．根据光电效应方程可知，对于同一种金属而言，相同颜色的入射光频率相同，逸出光电子的最大初动能相同，B错误；
C．“能量子”概念是普朗克提出的，C错误；
D．阴极射线与β射线的本质都是电子流，但阴极射线来源于核外电子，β射线是原子核内的中子转化为质子时产生的，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
某放射性物质的半衰期为T，质量为m，经过一个半衰期有半数发生衰变，经过经过一个半衰期放射性物质还剩m，故A错误．根据=3知，一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁时能发出3种不同频率的光子，故B错误．光电子的最大初动能Ekm=eUc，根据光电效应方程Ekm=hv-W0得，逸出功W0=hv-eUc，故C正确．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故D错误．故选C.
6．B
【详解】
A．氢原子的光谱是线状谱，选项A错误；
B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，选项B正确；
C．比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；
D．只要入射光的频率足够大，就能发生光电效应，能否发生光电效应与光强无关，选项D错误；
故选B.
7．B
【详解】
A．半衰期是针对大量放射性元素衰变的统计规律，四个不符合统计规律，A错误；
B．β衰变的过程中释放能量，所以生成物的比结合能变大，B正确；
C．β衰变的本质是核内一个中子转化为质子和电子并放出能量，C错误；
D．β衰变过程能量守恒，重力相对于内力可忽略不计，系统的动量也守恒，D错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．α粒子散射实验说明原子具有核式结构，即原子内大多数地方是空旷的，原子核集中在原子中心很小得位置，A错误；
B．组成原子核的核子越多，原子核的结合能越大，但只有平均结合能越大，原子核才越稳定，B错误；
C．光电效应和康普顿效应两个实验是光的粒子性起主要作用，故深入的揭示了光的粒子性，C正确；
D．光电效应的产生条件是入射光得频率大于金属得极限频率，用紫光照射某金属板能产生光电子，由于红光得频率比紫光低，故用红光照射该金属板时不一定能产生光电效应，D错误。
故选C。
9．D
【详解】
试题分析：重力和弹力与万有引力属于不同性质的力，A错；重力属于万有引力相互作用，弹力属于电磁相互作用，BC错；D对；故选D
10．C
【详解】
一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关；故A错误；钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩，故B错误．钍衰变成氡，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次衰变，2次衰变．故C正确．比结合能越大，原子核越稳定，越牢固．故D错误．故选C．
11．C
【详解】
A．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，实质是，而不是核外电子的电离，故A错误；
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合能大，原子核不一定越稳定，故B错误；
C．两个轻核结合成一个中等质量的核，会释放一定的能量，根据爱因斯坦质能方程可知存在质量亏损，故C正确；
D．对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变，发生多少衰变，大量的衰变原子满足统计规律存在半衰期，故D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A、由公式 ，知12g该元素经过6天后还有3g未衰变，故A错误；
B、根据波尔理论可以知道,核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电场力做负功，动能减少，电势能增大，而总能量随半径的增大而增大.，故B错误；
C、据光电效应可以知道,紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,即光子个数增多,所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多,但光电子的最大初动能不变.故C错误;
D、根据质能方程 知2个质子和2个中子结合成一个粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2，故D正确；
综上所述本题答案是：D
13．C
【详解】
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，故A正确，不符合题意；
B．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故B正确，不符合题意；
C．比结合能越大的原子核越稳定，如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核的比结合能均会增大，故C错误，符合题意；
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，黑体辐射随着温度的降低，各种波长的辐射强度都减小且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故D正确，不符合题意。
故选C。
14．CD
【详解】
A．普朗克提出的能量量子化理论，爱因斯坦解释了光电效应，A错误；
B．比结合能越大的原子核，原子核越稳定，B错误；
C．一群氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子，C正确；
D．天然的放射性现象产生的射线均来自原子核内部,所以天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构，D正确．
15．ABC
【详解】
试题分析：由光电效应公式：（逸出功是由材料决定），当入射光的频率越高，入射光的能量就越大，由此可得光电子的最大初动能就越大．故A正确．卢瑟福用 粒子轰击金箔,发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，说明原子内部非常空旷，绝大多数α粒子在穿过的过程中几乎没有受到什么阻碍；有些α粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子偏转角度超过了90度，说明原子内部有一很小的原子核，因为占原子空间很小所以只有极少数α粒子有机会从离核很近的地方经过受到电荷的排斥力而发生了大角度的偏转．个别α粒子偏转甚至超过了180度就象被弹回来了一样，说明金原子核很小且质量很大．从而提出核式结构模型，故B正确．一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时跃迁是随机的，能辐射 种不同频率的光子．故C正确．原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能，自然，组成原子核的核子越多，它的结合能就越高．因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能 ．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D错误． 所以ABC正确，D错误．
16．BC
【详解】
A．由图像可知，轻核聚变后生成中等大小的核，比结合能变大，要释放能量，重核裂变生成中等大小的核，比结合能也变大，也要释放能量，A错误；
B．由图像可知，核的比结合能比核的小，则核的平均核子质量比核的大，B正确；
C．由图像可知，两个比结合能小的核结合成比结合能大的 核会释放能量，C正确；
D．轻核聚变时平均每个核子释放的能量比重核裂变时每个核子释放的能量多，D错误。
故选BC。
17．(mp+mn﹣m）c2
【详解】
由爱因斯坦质能方程：△E=△mc2得：
△E=(mp+mn m)c2
故答案为(mp+mn m)c2.
18． Li [m1＋mX－（m3＋m4）]c2 见解析 见解析 风能发电站 见解析
【详解】
（1）核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为，核反应后的质量亏损
Δm=m1＋mX－（m3＋m4）
所以
ΔE=Δmc2=[m1＋mX－（m3＋m4）]c2
（2）优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。
[4]缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。
（3）建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。
19．
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可知为
反应释放的能量为17.6 MeV，所以发生的质量亏损为
20． 4E3－3E2－2E1
【详解】
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。
21．不对
【详解】
1 kg汽油所包含的静质能是9×1016 J，而1 kg汽油的燃烧值为4.6×107 J，这只是静质能的二十亿分之一，而核能约占它总静质能的8.5%，因而物体燃烧、核反应释放出的能量都只是静质能中极小的一部分．
22．（1） ；（2）
【详解】
（1）轻核聚变的方程式
（2）轻核聚变中质量亏损为：
轻核聚变释放的能量
23．(1)5.412 MeV　(2)5.31 MeV　(3)0.102 MeV
【详解】
（1）根据质量数与质子数守恒规律，则有，衰变方程：
衰变过程中质量亏损为，反应过程中释放的能量为；
（2）因衰变前后动量守恒，则衰变后粒子和铅核的动量大小相等，方向相反
而，则有：，即，
则
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故有
所以粒子从钋核中射出的动能为
（3）反冲核即铅核的动能为
答案第1页，共2页