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高中物理人教版选修3-5第十九章第5节核力与结合能同步练习
一、选择题
1．下列对核力的认识正确的是（ ）
A．任何物体之间均存在核力
B．核力广泛存在于自然界中的核子之间
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m内的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为（ ）
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在着强大的核力
D．核子间存在着复杂的磁力
3．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（ ）
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
4．某核反应方程为 。已知 的质量为2.0136u， 的质量为3.0180u， 的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，则下列说法中正确的是（ ）
A．X是质子，该反应释放能量 B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量 D．X是中子，该反应吸收能量
5．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是（ ）
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
6．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是（ ）
A．mα＝(2mp＋2mn) B．mα<(2mp＋2mn)
C．mα>(2mp＋2mn) D．以上关系式都不正确
7．原来静止的原子核 发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是（ ）
A． B． C． D．
二、多项选择题
8．关于原子结构和核反应的说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能量
D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
三、填空题
9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为 ，已知 的平均结合能是1.09 MeV， 的平均结合能是2.78 MeV， 的平均结合能是7.03 MeV，则该核反应释放的能量为 MeV.
10．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近 kg。
四、计算题
11．2个质子和1个中子结合成氦3( )反应方程式为： .已知每个质子质量为1.007277u，中子质量为1.008665u，氦核的质量为3.002315u，求 的结合能．(已知1u＝1.6606×10－27kg)
12． 的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u.1 u相当于931.5 MeV的能量，求：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．
【分析】核力是强相互作用力，是短程力，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，质子与质子、质子与中子、中子与中子之间都存在核力。
2．【答案】C
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】核子间存在着强大的核力，故核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，答案为C。
【分析】核子之间存在着强大的核力，不管是核子结合成原子核还是原子核分解为核子时都要伴随着巨大的能量变化。
3．【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。
【分析】原子核由质子和中子组成，质子数和中子数没有固定，质子和中子统称为核子，核子之间在原子核范围内存在核力，即原子核不可能无限制的增大，原子序数处于中等的原子核稳定性最好。
4．【答案】B
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得 ，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，总质量减少，出现了质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故选项B正确。
【分析】根据质量数和电荷数守恒判断粒子X为中子，根据质量守恒判断核反应后质量减少，出现质量亏损，所以该反应释放能量。
5．【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D项正确．
【分析】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时放出能量，称为结合能，结合能打的原子核比一定稳定，结合能与核子数的比值称为比结合能；比结合能越大原子核越稳定，结合能大的原子核比结合能不一定大。
6．【答案】B
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【解答】核反应过程中，质量发生亏损，答案为B。
【分析】根据核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，写出该核反应方程，两个质子和两个中子产生一个粒子，该过程质量发生亏损。
7．【答案】D
【知识点】动量守恒定律；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】α粒子与新核质量比为 ，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·Ek可知，新核动能为 E0。由ΔE＝Δmc2，得Δm＝ ＝ ，故D选项正确。
【分析】根据衰变过程遵循电荷数和质量数写出衰变方程，衰变前后满足动量守恒，再根据动量和动能的关系可求出新核的动能，即为释放能量，再由质能方程求解质量亏损。
8．【答案】A,C,D
【知识点】质量亏损与质能方程；物理学史
【解析】【解答】卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，即A正确；天然放射现象的发现，揭示了原子核具有复杂的结构，故B错误；A裂变为B和C，D和E聚变为F，由于核子的平均质量都减少，所以都发生质量亏损，都放出了能量，故C、D正确。
【分析】根据物理学史卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，天然放射现象的发现，使人们认识到原子核内部还有结构，根据爱因斯坦质能方程质量亏损，释放能量，质量增加，吸收能量。
9．【答案】17.6
【知识点】能量守恒定律
【解析】【解答】聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.
【分析】核反应前后能量守恒，先计算出核反应前氘核和氚核的总结合能，再计算出核反应后生成的氦核的结合能，即可判断该核反应释放的能量。
10．【答案】109
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【解答】根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝ ＝ kg≈109 kg.
【分析】已知太阳每秒钟辐射出的能量，光速大小，根据爱因斯坦质能方程，可求解太阳每秒钟减少的质量。
11．【答案】解:求出反应过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程即可求解．粒子结合前后的质量亏损Δm＝2mH＋mn－mα＝0.020904u
由质能方程ΔE＝Δmc2＝0.020904×1.6606×10－27×(3.00×108)2J＝3.1242×10－12 J.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据核反应质量守恒先求解出核反应过程的质量亏损，再由质能方程计算能量，即为题目所求。
12．【答案】（1）解：一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是 ，
反应前各核子总质量为
mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u，
反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u，
质量亏损为
Δm＝3.024 607u－3.016 050 u＝0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．
释放的核能为ΔE＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.
（2）解：氚核的结合能即为ΔE＝7.97 MeV.
它的比结合能为 ≈2.66 MeV.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，再根据质量守恒计算出质量亏损，反应前的总质量大于反应后的总质量，所以此核反应释放能量，再根据质能方程计算出能量大小，即为氚核的结合能，结合能与核子数的比值即为比结合能。
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高中物理人教版选修3-5第十九章第5节核力与结合能同步练习
一、选择题
1．下列对核力的认识正确的是（ ）
A．任何物体之间均存在核力
B．核力广泛存在于自然界中的核子之间
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m内的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．
【分析】核力是强相互作用力，是短程力，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，质子与质子、质子与中子、中子与中子之间都存在核力。
2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为（ ）
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在着强大的核力
D．核子间存在着复杂的磁力
【答案】C
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】核子间存在着强大的核力，故核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，答案为C。
【分析】核子之间存在着强大的核力，不管是核子结合成原子核还是原子核分解为核子时都要伴随着巨大的能量变化。
3．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（ ）
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。
【分析】原子核由质子和中子组成，质子数和中子数没有固定，质子和中子统称为核子，核子之间在原子核范围内存在核力，即原子核不可能无限制的增大，原子序数处于中等的原子核稳定性最好。
4．某核反应方程为 。已知 的质量为2.0136u， 的质量为3.0180u， 的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，则下列说法中正确的是（ ）
A．X是质子，该反应释放能量 B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量 D．X是中子，该反应吸收能量
【答案】B
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得 ，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，总质量减少，出现了质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故选项B正确。
【分析】根据质量数和电荷数守恒判断粒子X为中子，根据质量守恒判断核反应后质量减少，出现质量亏损，所以该反应释放能量。
5．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是（ ）
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
【答案】D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D项正确．
【分析】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时放出能量，称为结合能，结合能打的原子核比一定稳定，结合能与核子数的比值称为比结合能；比结合能越大原子核越稳定，结合能大的原子核比结合能不一定大。
6．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是（ ）
A．mα＝(2mp＋2mn) B．mα<(2mp＋2mn)
C．mα>(2mp＋2mn) D．以上关系式都不正确
【答案】B
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【解答】核反应过程中，质量发生亏损，答案为B。
【分析】根据核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，写出该核反应方程，两个质子和两个中子产生一个粒子，该过程质量发生亏损。
7．原来静止的原子核 发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【知识点】动量守恒定律；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】α粒子与新核质量比为 ，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·Ek可知，新核动能为 E0。由ΔE＝Δmc2，得Δm＝ ＝ ，故D选项正确。
【分析】根据衰变过程遵循电荷数和质量数写出衰变方程，衰变前后满足动量守恒，再根据动量和动能的关系可求出新核的动能，即为释放能量，再由质能方程求解质量亏损。
二、多项选择题
8．关于原子结构和核反应的说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能量
D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
【答案】A,C,D
【知识点】质量亏损与质能方程；物理学史
【解析】【解答】卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，即A正确；天然放射现象的发现，揭示了原子核具有复杂的结构，故B错误；A裂变为B和C，D和E聚变为F，由于核子的平均质量都减少，所以都发生质量亏损，都放出了能量，故C、D正确。
【分析】根据物理学史卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，天然放射现象的发现，使人们认识到原子核内部还有结构，根据爱因斯坦质能方程质量亏损，释放能量，质量增加，吸收能量。
三、填空题
9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为 ，已知 的平均结合能是1.09 MeV， 的平均结合能是2.78 MeV， 的平均结合能是7.03 MeV，则该核反应释放的能量为 MeV.
【答案】17.6
【知识点】能量守恒定律
【解析】【解答】聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.
【分析】核反应前后能量守恒，先计算出核反应前氘核和氚核的总结合能，再计算出核反应后生成的氦核的结合能，即可判断该核反应释放的能量。
10．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近 kg。
【答案】109
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【解答】根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝ ＝ kg≈109 kg.
【分析】已知太阳每秒钟辐射出的能量，光速大小，根据爱因斯坦质能方程，可求解太阳每秒钟减少的质量。
四、计算题
11．2个质子和1个中子结合成氦3( )反应方程式为： .已知每个质子质量为1.007277u，中子质量为1.008665u，氦核的质量为3.002315u，求 的结合能．(已知1u＝1.6606×10－27kg)
【答案】解:求出反应过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程即可求解．粒子结合前后的质量亏损Δm＝2mH＋mn－mα＝0.020904u
由质能方程ΔE＝Δmc2＝0.020904×1.6606×10－27×(3.00×108)2J＝3.1242×10－12 J.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据核反应质量守恒先求解出核反应过程的质量亏损，再由质能方程计算能量，即为题目所求。
12． 的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u.1 u相当于931.5 MeV的能量，求：
（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？
【答案】（1）解：一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是 ，
反应前各核子总质量为
mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u，
反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u，
质量亏损为
Δm＝3.024 607u－3.016 050 u＝0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．
释放的核能为ΔE＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.
（2）解：氚核的结合能即为ΔE＝7.97 MeV.
它的比结合能为 ≈2.66 MeV.
【知识点】原子核的人工转变；质量亏损与质能方程
【解析】【分析】根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，再根据质量守恒计算出质量亏损，反应前的总质量大于反应后的总质量，所以此核反应释放能量，再根据质能方程计算出能量大小，即为氚核的结合能，结合能与核子数的比值即为比结合能。
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