2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--3　核力与结合能

中小学教育资源及组卷应用平台
2025人教版高中物理选择性必修第三册
3　核力与结合能
基础过关练
题组一　核力与四种基本相互作用
1.(多选题)关于原子内的相互作用力,下列说法正确的是 (　　)
A.原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B.中子和质子间的作用力主要是核力
C.质子与质子间的核力,在8.0×10-10 m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D.原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
题组二　结合能与比结合能
2.(经典题)(2023陕西西安月考)关于原子核的结合能和比结合能,下列说法正确的是 (　　)
A.组成原子核的核子越多,它的比结合能越大
B.比结合能越小,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
C.核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量不同
D.原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能
3.(2024江苏扬州新华中学一模)近年来,我国在新能源汽车领域取得了巨大的突破和发展。目前,核能汽车处于试验阶段,车上主要搭载了核动力电池,利用原子核衰变释放的核能转化为电池的电能。某种核动力电池利用了钚Pu的衰变,衰变方程为PuU+X,下列说法正确的是 (　　)
A.X为β粒子
B.该反应的发生需要吸收能量
CPu的结合能大于U的结合能
DPu的比结合能大于U的比结合能
4.(2023重庆一中期中)氦核作用能将恒星中的氦转换成重元素,其中α粒子融合到O核中的核反应方程为HeONe。已知α粒子的结合能为28.4 MeVO核的结合能为128 MeV,该反应释放的能量为4.73 MeV,则Ne的比结合能约为 (　　)
A.0.230 MeV　　　　B.6.40 MeV
C.7.58 MeV　　　　D.8.06 MeV
5.(经典题)(2024湖南长沙二模)我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程——福清核电5、6号机组正式通过竣工验收,设备国产化率达到90%,反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线,以下判断中正确的是 (　　)
AO核的结合能比Li核的结合能更小
B.两个H核结合成He核时要释放能量
C.两个H核结合成He核存在能量与质量的相互转化
DU中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小
6.(2024山东泰安二模)两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变,核反应方程为H+Hen,其中氘核的比结合能为E1,氦核的比结合能为E2。假设核反应释放的核能E全部转化为动能,下列说法正确的是 (　　)
A.核反应后氦核与中子的动量相同
B.该核反应释放的核能E=4E1-3E2
C.核反应后氦核的动能为
D.氦核的比结合能为E2=
题组三　质量亏损与核能
7.(2024江西阶段测试)关于核反应方程Pa+X+ΔE(ΔE为释放的核能,X为新生成的粒子),已知Th的半衰期为1.2 minTh核的质量为m1Pa核的质量为m2,X的质量为m3,真空中的光速为c,则 (　　)
A.X为α粒子
B.m1=m2+m3
C.ΔE=(m1-m2-m3)c2
D.10 Th核经过3.6 min还有2.5 Th核尚未衰变
8.(2024安徽三模)核污水中包含多种放射性元素,如氚、锶、钚、碘等,其中碘的衰变方程为IXee,已知mI=131.037 21 u,mXe=131.031 86 u,me=0.000 549 u,下列说法正确的是 (　　)
A.衰变产生的β射线来自I原子的核外电子
B.放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽
C.原子核衰变时质量亏损,质量数减少
D.该核反应要释放能量
9.(经典题)(2023湖北十堰期末)当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.30 MeV的能量;当三个α粒子结合成一个碳核时,放出7.26 MeV的能量;当六个中子和六个质子结合成一个碳核时,释放的能量为 (　　)
A.184.32 MeV　　　　B.92.16 MeV
C.77.64 MeV　　　　D.35.56 MeV
10.(2024四川成都三模)历史上第一次利用加速器实现的核反应,是利用加速后动能为Ek1的质子H轰击静止的Li核,生成两个动能均为Ek2的He核,已知光速为c,反应中释放的核能全部转化为He核的动能,则此核反应中的质量亏损为 (　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.
11.(教材习题改编)(多选题)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核U和α粒子,并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知Pu的质量为239.052 1 uU的质量为235.043 9 u,α粒子的质量为4.002 6 u,且1 u相当于931.5 MeV的能量。若衰变放出光子的动量可忽略,下列说法正确的是 (　　)
APu的衰变方程为PuUHe+γ
B.一个Pu核发生衰变后质量亏损为4.008 2 u
C.铀核U的动能约为5.129 MeV
D.α粒子的动能约为5.034 MeV
12.“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊质量单位,符号为u。已知碳12原子的质量是12.000 000 u,一个碳12原子可以看作是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和6个中子(每个中子的质量是1.008 665 u)结合组成,求碳12原子核的结合能。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
答案与分层梯度式解析
1.AB 2.D 3.C 4.D 5.B 6.C
7.C 8.D 9.B 10.D 11.AD
1.AB　原子核与电子之间的作用力主要是电磁力,选项A正确;中子和质子间的作用力主要是核力,选项B正确;核力是短程力,作用范围约10-15 m,选项C错误;原子核与电子之间的万有引力远小于它们之间的电磁力,选项D错误。
归纳总结
核力的特点
　　(1)核力是强相互作用的一种表现。在原子核的尺度内,核力比库仑力大得多。
　　(2)核力是短程力,作用范围在原子核尺度内。
　　(3)核力与核子是否带电无关。
2.D　组成原子核的核子越多,它的结合能越大,比结合能未必越大,选项A错误;比结合能越大,原子核越稳定,选项B错误;单个核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量相同,选项C错误;根据结合能定义可知,原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能,选项D正确。
知识拓展
比结合能与原子核的稳定性
　　(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。
　　(2)核子数较少的轻核和核子数较多的重核,比结合能都比较小,中等核子数的原子核,比结合能较大,更稳定。
　　(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,会释放核能。
3.C　由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知,X为α粒子,故A错误;衰变过程会放出能量,故B错误;组成原子核的核子越多,它的结合能就越大,知Pu的结合能大于U的结合能,故C正确;由于衰变过程放出能量,生成物更稳定,比结合能更大,故U的比结合能比Pu的更大,故D错误。故选C。
4.D　根据核反应过程中释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能之差,可得Ne的结合能为E=28.4 MeV+128 MeV+4.73 MeV=161.13 MeV,则Ne的比结合能为ENe=≈8.06 MeV,选项D正确。
易混易错
(1)原子核的结合能=原子核的比结合能×核子数。
　　(2)释放能量→总结合能增加;吸收能量→总结合能减小。
　　(3)反应后生成的所有新核的总结合能与反应前系统内所有原子核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。
5.B　原子核的核子数越多,结合能越大,因此O核的结合能比Li核的结合能更大,A错误;由图可知H核的比结合能约为1 eV,则两个H核的结合能约为4 eVHe核的比结合能约为7 eV,则He核的结合能约为28 eV,可知,两个H核结合成He核时要释放能量,B正确;能量与质量之间存在着一定的对应关系,两者都反映物体的属性,彼此之间不存在转化关系,C错误;比结合能越大,核子平均质量越小(破题关键)U核的比结合能比Ba核的比结合能小,所以U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大,D错误。故选B。
方法技巧
比结合能曲线的理解
　　从图中可看出,中等质量原子核的比结合能最大,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的比结合能小。
6.C　两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞,根据动量守恒定律,反应前的总动量为零,则反应后总动量为零,即氦核和中子的动量大小相等,方向相反,A错误;由比结合能的概念可知,该核反应释放的核能为E=3E2-4E1,B错误;反应后氦核和中子的总动能来自释放的核能以及反应前氘核的总动能(破题关键),则反应后氦核和中子的总动能为Ek总=2Ek+E,核反应后氦核和中子的动量大小相等,方向相反,根据动能与动量的关系Ek=,可知氦核和中子的动能之比为1∶3,则核反应后氦核的动能为Ek1==,C正确;比结合能等于结合能除以核子数,氦核的结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量,并不是该反应放出的能量E,所以氦核He)的比结合能不等于,D错误。
7.C　根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知,核反应方程为ThPae+ΔE,故X为电子,A错误;该核反应放出能量,有质量亏损,则m1>m2+m3,B错误;根据质能方程,核反应放出的能量为ΔE=(m1-m2-m3)c2,C正确;10 Th核经过3.6 min即3个半衰期,剩余的Th核的质量为m=m0=10× g=1.25 g,D错误。故选C。
8.DI衰变产生β射线是因为原子核内中子转化为质子和电子,大量电子从原子核释放出来形成β射线,A错误;大量放射性元素经过两个完整的半衰期后,还剩原来数量的四分之一的原子核没有衰变,B错误;原子核衰变时虽然有质量亏损,但质量数守恒,C错误;该反应质量亏损为Δm=mI-mXe-me=131.037 21 u-131.031 86 u-0.000 549 u=0.004 801 u,由此可知,该核反应释放能量,D正确。故选D。
9.B　设中子的质量为mn,质子的质量为mp,α粒子的质量为mα,碳原子核的质量为mC,根据质能方程得ΔE1=28.30 MeV=[2(mn+mp)-mα]c2,ΔE2=7.26 MeV=(3mα-mC)c2,ΔE3=(6mn+6mp-mC)c2,联立各式解得ΔE3=92.16 MeV,选项B正确。
10.D　由能量守恒,可知核反应放出的能量为ΔE=2Ek2-Ek1,根据质能方程ΔE=Δmc2,解得此核反应中的质量亏损为Δm=,故选D。
方法技巧
计算核能的两种方法
　　(1)根据质能方程ΔE=Δmc2计算核能。
　　(2)利用平均结合能(比结合能)来计算核能,原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。若核反应释放能量,则反应前所有原子核的总结合能小于反应后生成的所有新核的总结合能,即二者之差为负值,该差值的绝对值等于该核反应所释放的核能;若核反应吸收能量,则反应前所有原子核的总结合能大于反应后生成的所有新核的总结合能,二者之差为正值,该差值等于该核反应所吸收的能量。
11.AD　由题可知Pu的衰变方程为PuUHe+γ,A正确;一个Pu核发生衰变后质量亏损为Δm=239.052 1 u-235.043 9 u-4.002 6 u=0.005 6 u,B错误;由于Pu静止时衰变为铀核U和α粒子,满足动量守恒,则有mUvU-mαvα=0(破题关键),由于放出能量为0.097 MeV的γ光子,结合上述质量亏损有0.005 6×931.5 MeV=mU+mα+0.097 MeV,结合动能与动量的关系Ek=,解得EkU=mU=0.085 7 MeV,Ekα=mα=5.034 MeV,C错误,D正确。故选A、D。
12.答案　92.2 MeV
解析　6个中子的总质量6mn=6×1.008 665 u=6.051 990 u
6个氢原子的总质量
6mH=6×1.007 825 u=6.046 950 u
碳12原子的质量mC=12.000 000 u
6个氢原子和6个中子结合成碳12原子核,质量亏损Δm=6mn+6mH-mC=0.098 940 u
碳12原子核的结合能ΔE=Δm×931.5 MeV≈92.2 MeV
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)