5.3核力与核能同步训练（Word版含答案）

5.3核力与核能
一、选择题（共14题）
1．下列说法中不正确的是（　　）
A．α粒子散射实验中使α粒子偏转的力主要是库仑力
B．引起α衰变的原因是弱相互作用
C．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子
D．发生α衰变的原子核其比结合能小于α粒子的比结合能
2．静止的发生衰变，其衰变方程为U→Th+X+γ，此衰变过程中亏损的质量为△m，光在真空中的速度为c，则（ ）
A．X为中子
B．X为质子
C．γ光子的能量等于△mc2
D．X为α粒子
3．下列说法正确的是（　　）
A．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
B．光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率成正比
C．结合能越大，原子核越稳定
D．我们可以精确知道一个电子的运动情况
4．关于原子核的结合能，下列说法不正确的是(　　)
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．比结合能越大，原子核越不稳定
D．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核( Pb)的结合能
5．下列说法中正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．卢瑟福发现中子的核反应方程是：
C．U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
D．一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，最多可以辐射6种不同频率的光
6．目前，在太空中工作时间最长的探测器是旅行者一号，已经在太空中飞行了四十多年，已到达距离地球二百多亿公里的太阳系边缘。旅行者一号之所以能够工作这么长的时间，其携带的“钚同位素核电池”功不可没。已知该同位素的半衰期为24100年，衰变方程为。则下列分析正确的是（　　）
A．该核反应为裂变反应
B．X原子核中有92个中子
C．电池中的每经过24100年约减少一半
D．衰变前后应物与生成物的质量相等
7．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是
A．将物体看成质点进行研究分析，应用了等效替代的方法
B．通过安培分子电流假说可以得出：一切磁现象都源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的作用
C．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固
D．铀核衰变为铅核的过程中，中子数减少21个
8．电子的质量为me，一对正、负电子以一定的速度相碰湮灭后放出一对光子，c为光速，h为普朗克常量，以下说法中正确的是（　　）
A．这对光子的总能量等于
B．这对光子的总能量大于
C．光子的波长等于
D．光子的波长大于
9．用放射源钋放出的α射线轰击铍Be时，能放出一种穿透力极强的射线，这就是所谓的铍“辐射”，其核反应方程为He十Be→X+Y+4.7MeV，其中X为碳12，则下列说法正确的是（　　）
A．Y为质子 B．Y为电子
C．铍Be的结合能为4.7MeV D．核反应中平均每个核子释放的核能约为0.36MeV
10．下列说法中正确的是
A．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间
B． （镭）衰变为（氡）要经过1次α衰变和1次β衰变
C．β射线是原子核外的电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流
D．中子与质子结合成氘核的过程中需要吸收能量
11．关于原子核，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和
B．镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说100个镭226核经过1620年的一定还剩下50个镭226没有发生衰变
C．是核裂变
D．在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的
12．科学家已经发现自然界存在四种相互作用，下列说法中，哪些是符合科学家的认识的：( )
A．弹力应该归结为电磁力
B．原子核内所有核子之间都存在核力的作用；
C．摩擦力仍然是电磁力的一种表现形式；
D．电磁力是比万有引力更强的相互作用．
13．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（X）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下列说法正确的是（ ）
A．新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY=R
B．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I=
C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为
D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙
14．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核（H）结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量（取1u=×10－26kg）：
粒子名称 质子（p） α粒子 正电子（e） 中子（n）
质量/u 1.0073 4.0015 0.00055 1.0087
以下说法正确的是（　　）A．核反应方程为4H→He＋2e
B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.0266kg
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29kg
D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12J
二、填空题
15．铀核裂变的一种方式是X，该反应的质量亏损是0．2u，1u相当于931．5MeK的能量．
①核反应方程中的X是___________．
②该反应放出的能量是______J．（结果保留3位有效数字）
16．(1)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，，方程中、表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：则是___________，___________（选填“大于”“等于”或“小于”）。
原子核
质量 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001
(2)一个原子核中含有的中子个数是___________；具有放射性，现有元素16g，经15天，该元素还剩2g，则该元素的半衰期为___________天。
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．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H→He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c．方程中的X为______（用符号表示）；这个核反应中质量亏损Δm＝_________ ；这个核反应中释放的核能ΔE＝_________．
三、综合题
19．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是利用加速后的质子轰击静止的Li，生成两个，Li和He的结合能分别为E1和E2，质量分别为m1和m2，已知真空中的光速为c、
（1）写出核反应方程；
（2）求出释放的核能△E；
（3）求出质子的质量m。
20．2个质子和1个中子结合可以生成氦3，反应方程式为，已知每个质子的质量为1.007277u，中子的质量为1.008665 u，氦核的质量为3.002315 u，试求氦3的结合能.
21．太阳现正处于主序星演化阶段．它主要是由电子和、等原子核组成．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,这些核能最后转化为辐射能．现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核()聚变成氦核(),同时放出两个正电子().已知光速c=3×m/s,氢核质量 =1.6726×kg,氦核质量=6.6458×kg,正电子质量=0.91×10-30kg.要求计算结果保留一位有效数字．则：
(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程；
(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能．
(3)已知地球的半径R=6.4×m,日地中心距离r=1.5×m,忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失,每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P=1.8×J，求每秒钟太阳辐射的电子个数．
22．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出α粒子（ ）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．
（1）放射性原子核用 表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．
（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．
（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
使α粒子产生偏转的力主要是原子核对α粒子的库仑力的作用，故A正确；弱相互作用是引起β衰变的原因；故B错误；根据原子物理的发展历程可知，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，故C正确；发生α衰变的过程中释放能量，可知发生α衰变的原子核其比结合能小于α粒子的比结合能，故D正确．本题选择错误的，故选B.
2．D
【详解】
根据核反应的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为α粒子，选项AB错误，D正确；此反应中释放的总能量为△mc2，此能量一部分乙原子核的动能形式存在，一部分以γ光子的形式放出，则γ光子的能量小于△mc2，选项C错误；故选D.
3．A
【详解】
A．衍射、干涉、偏振等现象都是波动性特有的现象，电子束穿过铝箔后的衍射图样，说明发生衍射现象，就说明电子束就有波动性，故A正确；
B．根据爱因斯坦光电效应方程为入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，呈线性关系，并不是成正比，故B错误；
C．比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；
D．电子在某个位置出现是一种概率，则我们无法精确知道一个电子的运动情况，故D错误。
故选A。
4．C
【详解】
根据定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，因反应放出能量，则衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；铯原子核（Cs）的比结合能与铅原子核（Pb）的比结合能差不大大，而铯原子核（Cs）的核子小于铅原子核（Pb）的核子，所以铯原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）的结合能．故D正确；此题选择不正确的选项，故选C.
5．C
【详解】
A．比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，原子核的比结合能越大，原子核越稳定，A错误；
B．卢瑟福预言了中子的存在，卢瑟福的学生查德威克发现中子的核反应方程为
卢瑟福发现质子的核反应方程是
B错误；
C．衰变过程中，根据质量数和电荷数守恒知，α衰变一次质量数减少4个，次数为
β衰变一次电荷数增加1个，次数为
所以衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变，C正确；
D．一个氢原子从的能级向低能级跃迁时，最多可以辐射3种不同频率的光，即分别从4→3、3→2、2→1能级跃迁时发出，D错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．衰变是自发进行的过程，而核裂变需要通过激发才能产生，故A错误；
B．X的质量数为239－4＝235，电荷数为94－2＝92，则中子数为235－92＝143，故B错误；
C．的半衰期为24100年，由
可知，电池中的每经过24100年约减少一半，故C正确；
D．该衰变反应由能量放出，则有质量损失，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】
将物体看成质点进行研究分析，应用了理想模型法，选项A错误；通过安培分子电流假说可以得出：一切磁现象都源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的作用，选项B正确；在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固，选项C错误；由质量数守恒和电荷数守恒知铀核（）衰变为铅核（）的过程中，质量数减小32，而质子数减小10，因此中子减小22，故D错误；故选B.
8．B
【详解】
AB．根据质能方程，则湮灭放出的能量为
E=2mec2
因反应前电子都有动能，则反应后生成的这对光子的总能量大于，选项A错误，B正确；
CD．由
解得
则CD错误。
故选B。
9．D
【详解】
AB．由于X是碳12，其电荷数为6，质量数为12，根据质量数、电荷数守恒可知，Y的质量数为1，电荷数为0，因此Y为中子，AB错误；
C．4.7MeV是核反应中释放的核能，不是结合能，选项C错误；
D．核反应中，平均每个核子释放的核能为
D正确。
故选D。
10．A
【详解】
放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间，A正确；（镭）衰变为（氡）要经过1次α衰变电荷数减少2，质量数减少4，不需要再进行β衰变，B错误；β射线是核内中子变为一个质子和一个电子形成的电子流，，C错误；中子与质子结合成氘核的过程中首先需要吸收能量，发生聚变，聚变过程中会释放大量的能量，D错误；故选A．
11．D
【详解】
原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，故A错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，故B错误；核反应是β衰变方程，选项C错误；在天然放射现象中放出的β射线是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项D正确.
12．ACD
【详解】
AC、电磁力是两个带电粒子或物体之间的相互作用力，两个相互运动的电荷之间存磁力．力学中的弹力、摩擦力、浮力都属于电磁力的范畴，故A、C正确；
B、核力是短程力，作用范围在，原子核的半径数量级在，所以核力只存在于同一个原子核内的相邻的核子之间，两个相邻原子核之间的核子之间没有核力，故B错误；
D、电磁力是存在于物质和物质间，以电磁力来维持物质的结构，万有引力其实是某种重物在空间中让空间扭曲而类似吸引其他物质的力，电磁力远大于万有引力，故D正确；
故选ACD．
13．ABC
【详解】
A．由圆周运动的半径公式
R=
可知
选项A正确；
B．圆周运动周期
T=
环形电流
I=
选项B正确；
C．对α粒子，由洛伦兹力提供向心力
qvB=m
可得
v=
由质量关系可知，衰变后新核Y质量为
M=m
由衰变过程动量守恒可得
Mv′-mv=0
可知
v′=v
系统增加的能量为
ΔE=Mv′2＋mv2
由质能方程得
ΔE=Δmc2
联立可得
Δm=
选项C正确；
D．由动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运动的半径公式
R=
可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，选项D错误。
故选ABC。
14．ACD
【详解】
A．由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，A正确；
BC．反应中的质量亏损为
B错误，C正确；
D．由质能方程得
D正确。
故选ACD。
15． J
【详解】
试题分析：：①根据质量数和电荷数守恒得：质量数为0，核电荷数为-1，故此粒子是电子，
②该核反应质量亏损为：
16． 大于 127 5
【详解】
(1) 中质量亏损为
根据电荷数守恒和质量数守恒可知中的电荷数为2、质量数为4，故为粒子即，质量亏损为
根据爱因斯坦的质能方程可知
，
因为，则。
(2)一个原子核中含有的中子个数为。
根据
知
所以
天
17． 吸能 1.2
【详解】
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． 正电子 4 m1-m2-2m3 (4 m1-m2-2m3)c2
【详解】
(1)由核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知方程中的X表示正电子；
(2)核反应释放核能，则反应物的质量减去生成物的质量为质量亏损，则这个核反应中质量亏损Δm＝4m1-m2-2m3；
(3)由爱因斯坦的质量方程，可得这个核反应中释放的核能ΔE＝(4 m1-m2-2m3)c2.
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）核反应方程为
（2）释放的核能
（3）根据
解得
20．或
【详解】
粒子结合前后的质量亏损为
方法一：由爱因斯坦质能方程得，结合能为
.
方法二：由于1u相当于931.5 MeV，则结合能为
.
21． (1)→ + ；(2) 4.2×J；(3) 3.4×个．
【详解】
（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则有聚变反应的核反应方程为：；
（2）根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为：
△E=（4mp+2me-mα）c2；
代入数据解得：△E=4.2×10-12J；
（3）设每秒内在地球上与太阳光垂直的每平方米截面上光子的个数为N，
根据题设条件可知：E0=Pt=Nhγ；所以有：N=
代入数据解得：N=3.4×1021个
那么每秒钟太阳辐射的电子个数即为3.4×1021个，
22．（1）放射性原子核用 表示，新核的元素符号用Y表示，则该α衰变的核反应方程为 ；（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，则圆周运动的周期为 ，环形电流大小为 ；（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，则衰变过程的质量亏损△m为损 ．
【详解】
（1）根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该α衰变的核反应方程为
（2）设α粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为v，由洛伦兹力提供向心力有
根据圆周运动的参量关系有
得α粒子在磁场中运动的周期
根据电流强度定义式，可得环形电流大小为
（3）由，得
设衰变后新核Y的速度大小为v′，核反应前后系统动量守恒，有Mv′–mv=0
可得
根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有
解得
说明：若利用解答，亦可．
答案第1页，共2页