5.3《核力与结合能》 筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）
一、筑基培根——建立物理观念
1．（2017高二下·临漳期中）氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）
A．核力、库仑力、万有引力 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力
2．（2022高三上·河西期中）关于原子核能，下列说法正确的是（ ）
A．使原子核分解为核子时放出的能量
B．核子结合成原子核时需要供给的能量
C．核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解成核子时放出的能量
D．核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量
3．（2024高三上·嘉兴模拟） 一静止的钠核发生衰变，衰变方程为，假设衰变释放的核能全部转化为和的动能，下列说法正确的是（ ）
A．与的中子数相同
B．核的比结合能大于核的比结合能
C．核的动量大于Y的动量
D．该衰变与弱相互作用力有关
4．（2024高二下·东坡期末）如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是（ ）
A．根据图甲可知，核的结合能约为7MeV
B．根据图甲可知，核的结合能比核的结合能更大
C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能减小
D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量
5．（2024高二下·重庆市期末）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为，的比结合能为，X的比结合能为，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．在该核反应方程中，X表示电子
B．的比结合能大于的比结合能
C．由于海水的稀释，放射性物质因浓度降低而导致半衰期变短
D．该核反应过程中亏损的质量
6．（2024高二下·常州期末）2024年2月，我国科学家合成新核素锇160（），锇160具有α衰变的放射性．则（ ）
A．锇160发生α衰变需要吸收能量
B．锇160衰变产生的α射线比β射线穿透能力强
C．锇160原子核在经过两个半衰期后还剩75%
D．锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能
7．（2024高二下·河南期末）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为。已知光子的频率为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为核的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为，下列说法中正确的是（ ）
A．该核反应为衰变
B．
C．释放的核能
D．质量亏损
二、能力发展——科学探究与思维
8．（2024高二下·沙坪坝期末）2023年8月24日，日本政府启动福岛核污染水排海作业。在核污染水中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，则（ ）
A．X是来自于原子的核外电子
B．比的比结合能大
C．温度升高，的半衰期将变小
D．经过16天，75%的原子核发生了衰变
9．（2024高三·浙江模拟）年月日，日本政府不顾周边国家的反对执意向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的放射性物质会对海水产生长久的、风险不可控的污染。如核污水中的具有放射性，其发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为。设的结合能为，的结合能为，的结合能为，已知光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能大于的比结合能
B．该核反应过程中放出的能量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．衰变过程中放出的光子是由新原子核从高能级向低能级跃迁产生的
10．（2023高二下·拉萨期末）下列说法正确的是（ ）
A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量
B．比结合能越大，原子核越稳定
C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
11．（2024高二下·江岸期末）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α衰变放出了一个α粒子。放射出的α粒子（）及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动。α粒子的运动轨道半径为R，质量为m，电荷量为q。下面说法正确的是（ ）
A．衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图丙
B．衰变后经过时间新核Y可能与α粒子再次相遇
C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
D．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
12．（2024高三下·高州模拟）福岛核污染水中含有60多种放射性核素，例如氚、碳等，其中很多放射性核素尚无有效处理技术。其中碘衰变生成氙引，半衰期长达年，将会对环境造成永久性污染。关于碘，下列说法正确的是
A．衰变方程为
B．碘制成碘化物后半衰期减小
C．放射性污染物半衰期越长对环境影响越小
D．碘衰变过程会释放能量
三、科学本质——质疑交流与创新
13．（2024高二下·邢台月考）核反应中释放的能量称作反应能，记为Q。反应能与反应前、后粒子的质量有关。的反应称作放能反应，的反应称作吸能反应。有如下核反应：，已知核、核、核、核的静止质量分别为，，，，是原子质量单位，对应的能量为。
（1）求的结合能及比结合能；（计算结果保留两位小数）
（2）求该反应的反应能Q并判断该反应是吸能反应还是放能反应。（计算结果保留三位小数）
14．（2020高二下·江北期末）静止的原子核X，自发发生反应X→Y＋Z，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，这对光子的能量均为E。已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，求：
（1）反应放出的核能ΔE；
（2）新核Y的动能EkY。
15．（2020高二下·枣庄期末）太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个 生成一个 ，瞬间释放大量的核能。已知 的质量是 ， 的质量是 ， ，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）
（1）写出氦闪时的核反应方程式；
（2）计算一次氦闪过程释放的能量；
（3）求 的 发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知 的标准煤燃烧释放的能量约为 ， 。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】库仑定律；万有引力定律；核力与四种基本相互作用
【解析】【解答】解：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内．万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略，A符合题意，BCD不符合题意．
故答案为：A．
【分析】核力是强力，万有引力是若力。
2．【答案】D
【知识点】核力与四种基本相互作用
【解析】【解答】在核反应中能量的吸收和放出，跟核力的作用有关，当核子结合成原子核时，核力要对核子做正功，核子总能量增加。放出能量，把原子核分解为核子时，核力要做负功，需从外界吸收能量。核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量。
故答案为：D。
【分析】原子核分解为核子时放出能量，结合核力的做功情况进行分析判断。
3．【答案】D
【知识点】动量守恒定律；原子核的衰变、半衰期；核力与四种基本相互作用；结合能与比结合能
【解析】【解答】A、根据质量数与质子数守恒，则衰变方程为
与的中子数不相同，故A错误；
B、核反应方程式中生成物比反应物稳定，则生成物的比结合能大于反应物的比结合能，即Na核的比结合能小于Mg核的比结合能，故B错误；
C、设Mg的反冲速度大小为v2，Y的速度是v1，由动量守恒定律得
则有
即Mg核的动量等于Y的动量，故C错误；
D、根据A选项可知该反应属于β衰变，β衰变的本质是放射性核素中的中子或质子经过弱相互作用转化为另一种粒子，故D正确。
故答案为：D。
【分析】衰变方程满足质量数与质子数守恒。核反应方程式中生成物比反应物稳定，生成物的比结合能大于反应物的比结合能。反冲过程新生粒子构成的系统动量守恒。β衰变的本质是放射性核素中的中子或质子经过弱相互作用转化为另一种粒子。
4．【答案】B
【知识点】结合能与比结合能
【解析】【解答】A．图甲中核的比结合能约为7MeV，但图中不能看出核的结合能，A错误；
B．根据图甲可知，核比核的比结合能略小，核的结合能比核的结合能大，B正确；
C．将D分裂成E、F，分裂过程存在质量亏损，释放能量，因此生成核的比结合能将增大，C错误；
D．若A、B能结合成C，由图乙可知是平均核子质量较大的原子核结合成平均核子质量较小的原子核，结合过程存在质量亏损，释放能量，D错误。
故选B。
【分析】平均核子质量较大的原子核分裂成平均核子质量较小的原子核。结合过程存在质量亏损，释放能量。
5．【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.210-206=4，84-82=2，可知X表示粒子，故A错误；
B．原子核越稳定，比结合能越大，可知的比结合能小于的比结合能，故B错误；
C．由于海水的稀释，放射性物质因浓度降低，但半衰期不会发生变化，故 C错误；
D．根据爱因斯坦质能方程有
其中
解得
故D正确。
故选D。
【分析】核反应中质量数守恒与电荷数守恒，原子核越稳定，比结合能越大。半衰期与元素的物理性质和化学性质无关。
6．【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．衰变需要释放能量，故A项错误；
B．β射线的穿透能力比α射线的穿透能力强，故B项错误；
C．经过两个半衰期后还剩下25%的锇160原子核，故C项错误；
D．发生衰变后新核能量更低比锇160更稳定，锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能，故D项正确。
故选D。
【分析】β射线的穿透能力比α射线的穿透能力强，比结合能越大，原子核越稳定。
7．【答案】D
【知识点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.该核反应不是衰变，因为没有产生粒子，故A错误；
B.核反应释放能量，比结合能增大，产物粒子稳定性更高，有
故B错误；
C.根由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为
故C错误；
D.根据爱因斯坦质能方程得
故D正确。
故选D。
【分析】衰变是由放射性元素自发进行的反应，产生粒子的衰变为衰变。
8．【答案】B,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．衰变方程中的X是电子，衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，故A错误；
B．由于衰变成为了，故比稳定，比结合能越大越稳定，即比的比结合能大，故B正确；
C．温度升高，I半衰期不变，错误；
D．由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，的原子核发生了衰变，故D正确。
故选BD。
【分析】衰变过程中，质量数和电荷数守恒，大量电子从原子核释放出来形成射线。半衰期只由原子核自身决定。
9．【答案】A,D
【知识点】质量亏损与质能方程；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.衰变后产生的新核更稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，可知的比结合能大于的比结合能，A符合题意；
B.的结合能为，的结合能为，X的结合能为，由能量守恒定律可得，该核反应过程中放出的能量为
B不符合题意；
C.根据爱因斯坦质能方程
可得该核反应过程中亏损的质量
C不符合题意；
D.核衰变后，生成的新原子核位于高能级，能自发向低能级跃迁，从而放出光子，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】根据比结合能越大，原子核越稳定，分析与的比结合能关系；根据能量守恒定律求出该核反应过程中放出的能量；根据爱因斯坦质能方程，求解该核反应过程中的质量亏损；根据能级跃迁的规律分析衰变过程中放出的光子的能量来源。
10．【答案】A,B
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程；光子及其动量；结合能与比结合能
【解析】【解答】A、光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，也有波动性，不但具有能量，也具有动量，故A正确；
B、比结合能越大的原子核越稳定，故B正确；
C、放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，故C错误；
D、原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。
故答案为：AB。
【分析】光子不但具有粒子性，也有波动性，不但具有能量，也具有动量。比结合能越大的原子核越稳定。放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关。
11．【答案】B,C,D
【知识点】质量亏损与质能方程；通电导线及通电线圈周围的磁场；带电粒子在匀强磁场中的运动；α、β、γ射线及特点
【解析】【解答】A．衰变后产生的α粒子与新核Y均为正电荷，且在轨迹相切处的速度反向，所以在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的为图丁，A不符合题意；
B．根据核反应方程
可判断新核Y的质量为
电荷量为
运用圆周运动求各自的周期为
当为2的整数倍时，两核可能再次相遇。B符合题意；
C．α粒子的圆周运动可以等效为环形电流，环形电流大小为
C符合题意；
D．根据能量守恒
结合圆周运动以及两核的相互关系，整理得
由质能方程
解得
D符合题意。
故答案为BCD。
【分析】根据粒子衰变后的电性可判断运动方向；根据核反应方程可求出新核的质量与电荷量，进一步得到周期，结合周期对相遇时间进行判断；根据电流的定义式与质能方程可判断电流大小与能量亏损情况。
12．【答案】A,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】A、根据质量数和电荷守恒可知，衰变方程为
故A正确；
B、半衰期与外界无关，故B错误；
C、半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢，对环境的影响时间越长，故C错误；
D、能自然发生的衰变过程存在质量亏损，会释放能量，故D正确；
故答案为：AD。
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变方程；放射性元素的半衰期只与原子核自身有关；衰变的过程中会释放能量，存在质量亏损。
13．【答案】（1）解：
。
（2）解：反应能
代入数据得
上式表明这是一个吸能核反应。
【知识点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能
【解析】【分析】（1）根据核子合成为原子核的反应过程质量亏损可得出原子核的结合能大小，利用比结合能的定义可得出比结合能的大小；（2）根据核反应方程的质量亏损可得出反应能量的大小，进而判断是吸能反应还是放能反应。
14．【答案】（1）解：根据爱因斯坦质能方程E=Δmc2，反应放出的核能ΔE=(m1－m2－m3)c2
（2）解：根据能量守恒定律新核Y、Z的总动能为Ek=(m1－m2－m3)c2－2E
由于动量守恒可知m2v2+m3v3=0
故可知
所以新核Y的动能EkY= [(m1－m2－m3)c2－2E]
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【分析】原子核发生核裂变或核聚变，前后发生质量亏损，亏损的质量转变成了能量释放出来，利用E=mc2求解即可。
15．【答案】（1）解：核反应方程为
（2）解：由题可知，在此核反应的瞬间会释放大量的的核能，所以这个核反应瞬间会有质量亏损。那么氦闪过程中质量亏损
由爱因斯坦质能方程
得，释放的能量为
解得
（3）解：设 的 的物质的量为n，则
设 的 中含有 的个数为N，则
结合核反应方程，反应释放总能量为
设对应标准煤的质量为 ，则
联立解得
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【分析】（1）原子核衰变时，遵循质量数守恒、能量守恒、电荷守恒，结合题目条件书写即可；
（2）（3）原子核发生核裂变或核聚变，前后发生质量亏损，亏损的质量转变成了能量释放出来，利用E=mc2求解即可。
1 / 15.3《核力与结合能》 筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）
一、筑基培根——建立物理观念
1．（2017高二下·临漳期中）氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）
A．核力、库仑力、万有引力 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力
【答案】A
【知识点】库仑定律；万有引力定律；核力与四种基本相互作用
【解析】【解答】解：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内．万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略，A符合题意，BCD不符合题意．
故答案为：A．
【分析】核力是强力，万有引力是若力。
2．（2022高三上·河西期中）关于原子核能，下列说法正确的是（ ）
A．使原子核分解为核子时放出的能量
B．核子结合成原子核时需要供给的能量
C．核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解成核子时放出的能量
D．核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量
【答案】D
【知识点】核力与四种基本相互作用
【解析】【解答】在核反应中能量的吸收和放出，跟核力的作用有关，当核子结合成原子核时，核力要对核子做正功，核子总能量增加。放出能量，把原子核分解为核子时，核力要做负功，需从外界吸收能量。核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量。
故答案为：D。
【分析】原子核分解为核子时放出能量，结合核力的做功情况进行分析判断。
3．（2024高三上·嘉兴模拟） 一静止的钠核发生衰变，衰变方程为，假设衰变释放的核能全部转化为和的动能，下列说法正确的是（ ）
A．与的中子数相同
B．核的比结合能大于核的比结合能
C．核的动量大于Y的动量
D．该衰变与弱相互作用力有关
【答案】D
【知识点】动量守恒定律；原子核的衰变、半衰期；核力与四种基本相互作用；结合能与比结合能
【解析】【解答】A、根据质量数与质子数守恒，则衰变方程为
与的中子数不相同，故A错误；
B、核反应方程式中生成物比反应物稳定，则生成物的比结合能大于反应物的比结合能，即Na核的比结合能小于Mg核的比结合能，故B错误；
C、设Mg的反冲速度大小为v2，Y的速度是v1，由动量守恒定律得
则有
即Mg核的动量等于Y的动量，故C错误；
D、根据A选项可知该反应属于β衰变，β衰变的本质是放射性核素中的中子或质子经过弱相互作用转化为另一种粒子，故D正确。
故答案为：D。
【分析】衰变方程满足质量数与质子数守恒。核反应方程式中生成物比反应物稳定，生成物的比结合能大于反应物的比结合能。反冲过程新生粒子构成的系统动量守恒。β衰变的本质是放射性核素中的中子或质子经过弱相互作用转化为另一种粒子。
4．（2024高二下·东坡期末）如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是（ ）
A．根据图甲可知，核的结合能约为7MeV
B．根据图甲可知，核的结合能比核的结合能更大
C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能减小
D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量
【答案】B
【知识点】结合能与比结合能
【解析】【解答】A．图甲中核的比结合能约为7MeV，但图中不能看出核的结合能，A错误；
B．根据图甲可知，核比核的比结合能略小，核的结合能比核的结合能大，B正确；
C．将D分裂成E、F，分裂过程存在质量亏损，释放能量，因此生成核的比结合能将增大，C错误；
D．若A、B能结合成C，由图乙可知是平均核子质量较大的原子核结合成平均核子质量较小的原子核，结合过程存在质量亏损，释放能量，D错误。
故选B。
【分析】平均核子质量较大的原子核分裂成平均核子质量较小的原子核。结合过程存在质量亏损，释放能量。
5．（2024高二下·重庆市期末）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为，的比结合能为，X的比结合能为，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．在该核反应方程中，X表示电子
B．的比结合能大于的比结合能
C．由于海水的稀释，放射性物质因浓度降低而导致半衰期变短
D．该核反应过程中亏损的质量
【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.210-206=4，84-82=2，可知X表示粒子，故A错误；
B．原子核越稳定，比结合能越大，可知的比结合能小于的比结合能，故B错误；
C．由于海水的稀释，放射性物质因浓度降低，但半衰期不会发生变化，故 C错误；
D．根据爱因斯坦质能方程有
其中
解得
故D正确。
故选D。
【分析】核反应中质量数守恒与电荷数守恒，原子核越稳定，比结合能越大。半衰期与元素的物理性质和化学性质无关。
6．（2024高二下·常州期末）2024年2月，我国科学家合成新核素锇160（），锇160具有α衰变的放射性．则（ ）
A．锇160发生α衰变需要吸收能量
B．锇160衰变产生的α射线比β射线穿透能力强
C．锇160原子核在经过两个半衰期后还剩75%
D．锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能
【答案】D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．衰变需要释放能量，故A项错误；
B．β射线的穿透能力比α射线的穿透能力强，故B项错误；
C．经过两个半衰期后还剩下25%的锇160原子核，故C项错误；
D．发生衰变后新核能量更低比锇160更稳定，锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能，故D项正确。
故选D。
【分析】β射线的穿透能力比α射线的穿透能力强，比结合能越大，原子核越稳定。
7．（2024高二下·河南期末）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为。已知光子的频率为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为核的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为，下列说法中正确的是（ ）
A．该核反应为衰变
B．
C．释放的核能
D．质量亏损
【答案】D
【知识点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.该核反应不是衰变，因为没有产生粒子，故A错误；
B.核反应释放能量，比结合能增大，产物粒子稳定性更高，有
故B错误；
C.根由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为
故C错误；
D.根据爱因斯坦质能方程得
故D正确。
故选D。
【分析】衰变是由放射性元素自发进行的反应，产生粒子的衰变为衰变。
二、能力发展——科学探究与思维
8．（2024高二下·沙坪坝期末）2023年8月24日，日本政府启动福岛核污染水排海作业。在核污染水中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，则（ ）
A．X是来自于原子的核外电子
B．比的比结合能大
C．温度升高，的半衰期将变小
D．经过16天，75%的原子核发生了衰变
【答案】B,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；α、β、γ射线及特点；结合能与比结合能
【解析】【解答】A．衰变方程中的X是电子，衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，故A错误；
B．由于衰变成为了，故比稳定，比结合能越大越稳定，即比的比结合能大，故B正确；
C．温度升高，I半衰期不变，错误；
D．由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，的原子核发生了衰变，故D正确。
故选BD。
【分析】衰变过程中，质量数和电荷数守恒，大量电子从原子核释放出来形成射线。半衰期只由原子核自身决定。
9．（2024高三·浙江模拟）年月日，日本政府不顾周边国家的反对执意向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的放射性物质会对海水产生长久的、风险不可控的污染。如核污水中的具有放射性，其发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为。设的结合能为，的结合能为，的结合能为，已知光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能大于的比结合能
B．该核反应过程中放出的能量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．衰变过程中放出的光子是由新原子核从高能级向低能级跃迁产生的
【答案】A,D
【知识点】质量亏损与质能方程；玻尔理论与氢原子的能级跃迁；结合能与比结合能
【解析】【解答】A.衰变后产生的新核更稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，可知的比结合能大于的比结合能，A符合题意；
B.的结合能为，的结合能为，X的结合能为，由能量守恒定律可得，该核反应过程中放出的能量为
B不符合题意；
C.根据爱因斯坦质能方程
可得该核反应过程中亏损的质量
C不符合题意；
D.核衰变后，生成的新原子核位于高能级，能自发向低能级跃迁，从而放出光子，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】根据比结合能越大，原子核越稳定，分析与的比结合能关系；根据能量守恒定律求出该核反应过程中放出的能量；根据爱因斯坦质能方程，求解该核反应过程中的质量亏损；根据能级跃迁的规律分析衰变过程中放出的光子的能量来源。
10．（2023高二下·拉萨期末）下列说法正确的是（ ）
A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量
B．比结合能越大，原子核越稳定
C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
【答案】A,B
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程；光子及其动量；结合能与比结合能
【解析】【解答】A、光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，也有波动性，不但具有能量，也具有动量，故A正确；
B、比结合能越大的原子核越稳定，故B正确；
C、放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，故C错误；
D、原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。
故答案为：AB。
【分析】光子不但具有粒子性，也有波动性，不但具有能量，也具有动量。比结合能越大的原子核越稳定。放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关。
11．（2024高二下·江岸期末）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α衰变放出了一个α粒子。放射出的α粒子（）及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动。α粒子的运动轨道半径为R，质量为m，电荷量为q。下面说法正确的是（ ）
A．衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图丙
B．衰变后经过时间新核Y可能与α粒子再次相遇
C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为
D．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
【答案】B,C,D
【知识点】质量亏损与质能方程；通电导线及通电线圈周围的磁场；带电粒子在匀强磁场中的运动；α、β、γ射线及特点
【解析】【解答】A．衰变后产生的α粒子与新核Y均为正电荷，且在轨迹相切处的速度反向，所以在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的为图丁，A不符合题意；
B．根据核反应方程
可判断新核Y的质量为
电荷量为
运用圆周运动求各自的周期为
当为2的整数倍时，两核可能再次相遇。B符合题意；
C．α粒子的圆周运动可以等效为环形电流，环形电流大小为
C符合题意；
D．根据能量守恒
结合圆周运动以及两核的相互关系，整理得
由质能方程
解得
D符合题意。
故答案为BCD。
【分析】根据粒子衰变后的电性可判断运动方向；根据核反应方程可求出新核的质量与电荷量，进一步得到周期，结合周期对相遇时间进行判断；根据电流的定义式与质能方程可判断电流大小与能量亏损情况。
12．（2024高三下·高州模拟）福岛核污染水中含有60多种放射性核素，例如氚、碳等，其中很多放射性核素尚无有效处理技术。其中碘衰变生成氙引，半衰期长达年，将会对环境造成永久性污染。关于碘，下列说法正确的是
A．衰变方程为
B．碘制成碘化物后半衰期减小
C．放射性污染物半衰期越长对环境影响越小
D．碘衰变过程会释放能量
【答案】A,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】A、根据质量数和电荷守恒可知，衰变方程为
故A正确；
B、半衰期与外界无关，故B错误；
C、半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢，对环境的影响时间越长，故C错误；
D、能自然发生的衰变过程存在质量亏损，会释放能量，故D正确；
故答案为：AD。
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变方程；放射性元素的半衰期只与原子核自身有关；衰变的过程中会释放能量，存在质量亏损。
三、科学本质——质疑交流与创新
13．（2024高二下·邢台月考）核反应中释放的能量称作反应能，记为Q。反应能与反应前、后粒子的质量有关。的反应称作放能反应，的反应称作吸能反应。有如下核反应：，已知核、核、核、核的静止质量分别为，，，，是原子质量单位，对应的能量为。
（1）求的结合能及比结合能；（计算结果保留两位小数）
（2）求该反应的反应能Q并判断该反应是吸能反应还是放能反应。（计算结果保留三位小数）
【答案】（1）解：
。
（2）解：反应能
代入数据得
上式表明这是一个吸能核反应。
【知识点】质量亏损与质能方程；结合能与比结合能
【解析】【分析】（1）根据核子合成为原子核的反应过程质量亏损可得出原子核的结合能大小，利用比结合能的定义可得出比结合能的大小；（2）根据核反应方程的质量亏损可得出反应能量的大小，进而判断是吸能反应还是放能反应。
14．（2020高二下·江北期末）静止的原子核X，自发发生反应X→Y＋Z，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，这对光子的能量均为E。已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，求：
（1）反应放出的核能ΔE；
（2）新核Y的动能EkY。
【答案】（1）解：根据爱因斯坦质能方程E=Δmc2，反应放出的核能ΔE=(m1－m2－m3)c2
（2）解：根据能量守恒定律新核Y、Z的总动能为Ek=(m1－m2－m3)c2－2E
由于动量守恒可知m2v2+m3v3=0
故可知
所以新核Y的动能EkY= [(m1－m2－m3)c2－2E]
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【分析】原子核发生核裂变或核聚变，前后发生质量亏损，亏损的质量转变成了能量释放出来，利用E=mc2求解即可。
15．（2020高二下·枣庄期末）太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个 生成一个 ，瞬间释放大量的核能。已知 的质量是 ， 的质量是 ， ，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）
（1）写出氦闪时的核反应方程式；
（2）计算一次氦闪过程释放的能量；
（3）求 的 发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知 的标准煤燃烧释放的能量约为 ， 。
【答案】（1）解：核反应方程为
（2）解：由题可知，在此核反应的瞬间会释放大量的的核能，所以这个核反应瞬间会有质量亏损。那么氦闪过程中质量亏损
由爱因斯坦质能方程
得，释放的能量为
解得
（3）解：设 的 的物质的量为n，则
设 的 中含有 的个数为N，则
结合核反应方程，反应释放总能量为
设对应标准煤的质量为 ，则
联立解得
【知识点】质量亏损与质能方程
【解析】【分析】（1）原子核衰变时，遵循质量数守恒、能量守恒、电荷守恒，结合题目条件书写即可；
（2）（3）原子核发生核裂变或核聚变，前后发生质量亏损，亏损的质量转变成了能量释放出来，利用E=mc2求解即可。
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