2022-2024年北京市重点校高二下学期期末物理试题汇编：核力与结合能（含解析）
文档属性
| 名称 | 2022-2024年北京市重点校高二下学期期末物理试题汇编：核力与结合能（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 496.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-01-18 09:26:52 | ||
图片预览
文档简介
2022-2024北京重点校高二（下）期末物理汇编
核力与结合能
一、单选题
1．（2024北京海淀高二下期末）原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．核的比结合能约为5MeV
B．核的结合能约为15MeV
C．核比核更稳定
D．裂变为和的过程中会释放核能
2．（2024北京第十二中学高二下期末）根据近代物理知识，下列说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的核反应方程为
B．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C．一定质量的理想气体，在压强不变时，单位时间内分子与单位面积器壁碰撞次数随温度降低而减少
D．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
3．（2023北京西城高二下期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（ ）
A．核结合能约为7MeV
B．核结合能比核结合能更大
C．两个结合成时释放能量
D．中核子的平均质量比中核子的平均质量小
4．（2023北京海淀高二下期末）原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．核的结合能约为 B．核比的结合能更大
C．核比核更稳定 D．两个核结合成核时吸收能量
5．（2023北京海淀高二下期末）核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果，核能的利用可以有效缓解常规能源的短缺。原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法正确的有（ ）
A．核比核更稳定 B．核比的结合能更大
C．核的结合能约为 D．两个核结合成核时吸收能量
6．（2023北京丰台高二下期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（ ）
A．核比核更稳定
B．核的结合能约为14MeV
C．两个核结合成核时释放能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
7．（2023北京汇文中学高二下期末）将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是（ ）
A．万有引力 B．库仑力 C．核力 D．分子力
8．（2022北京西城高二下期末）下列说法中正确的是（ ）
A．晶体与非晶体的区别在于是否具有各向异性
B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有扩张趋势而引起的结果
C．分子之间存在相互作用的引力和斥力，分子力实质上是属于电磁相互作用
D．结合能越大的原子核越稳定
9．（2022北京海淀高二下期末）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
二、解答题
10．（2023北京海淀高二下期末）太阳能照射到地球上时，由于大气层的反射和吸收等作用，只有约到达地面。现测得在地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上接收到太阳能的平均功率为。已知地球到太阳的距离，真空的光速。
（1）求太阳辐射能量的总功率；
（2）为简单计算，认为太阳辐射频率相同的电磁波，照射到地面时，全部被反射。求太阳光垂直照射地面时产生的光压（压强）大小；
太阳内部进行着多种核聚变反应过程，反应过程可简化为：四个质子聚变为一个氦核，放出2个正电子和2个中微子（符号），同时放出的能量。可认为太阳辐射的能量完全来源于上述核反应。太阳的质量为，质子的质量。
（3）写出这个核聚变的反应方程，并计算每次核聚变的质量亏损；
（4）教材写道“太阳的核反应还能维持几十亿年”。若认为上述核反应还能持续亿年秒，在此过程中，太阳的辐射功率不变。求这段时间内，太阳消耗的质子数占太阳目前质子数的比例，并求出具体数值（结果保留一位有效数字）。假设目前太阳全部由质子组成。
11．（2022北京西城高二下期末）一个静止的放射性原子核发生了一次衰变，放射出的粒子的质量为m。速度的大小为v。分析并计算以下三个问题：
（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程；
（2）若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小；
（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损。
12．（2022北京海淀高二下期末）核子半径是一个重要参数，科学家利用镜像核的结合能之差进行推断。质子数与中子数互换的原子核互为镜像核，例如与。已知和原子核的质量分别是和，中子和质子质量分别是和，，式中c为光速。两个点电荷Q、q的电势能公式为，式中r是它们之间的距离。
（1）试计算与的结合能之差为多少MeV。
（2）已知核子间相互作用的“核力”与电荷几乎没有关系，又知质子和中子的半径近似相等。试说明上面所求的结合能之差主要是由什么原因造成的，并由此结合能之差来估计核子半径r的字母表达式（不必代入数值，静电力常量k、元电荷e、结合能之差、光速c作为已知量。）
（3）除了上述方法，还可以利用不同原子核的半径R与核子数A的关系式来推断核子半径。通过测量不同的原子核，证实：，对不同原子核可视为已知常数。
为了解释这个现象，科学家建立如下模型：核子可以近似地看成是半径r恒定的球体，原子核可以近似地看成半径为R的大球体，核子紧密地包裹在原子核中；为了计算方便，将每个核子所占据的空间视为一个立方体。据此，试用这个简单模型分析核子半径r的表达式。
参考答案
1．B
【详解】AB．由图可知，核的比结合能约为5MeV，核的结合能约为
5MeV×6=30MeV
故A正确，与题意不符；B错误，与题意相符；
C．比结合能越大越稳定，如图所示，核比结合能比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确，与题意不符；
D．裂变为和的过程中会出现质量亏损，释放核能。故D正确，与题意不符。
故选B。
2．D
【详解】A．铀核裂变的核反应的反应物中应该有慢中子参加，然后生成多个中子，反应方程为
选项A错误；
B．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，选项B错误；
C．一定质量的理想气体，在压强不变时，温度降低时体积减小，气体分子数密度增加，分子平均速率减小，气体分子对器壁的平均作用力减小，则单位时间内分子与单位面积器壁碰撞次数增加，选项C错误；
D．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．由题图可知，核的比结合能约为7MeV，氦核的核子数为4，因此结合能约为4×7MeV=28MeV，故A错误；
B．由题图可知，核比结合能约为5 MeV，则有核结合能约为6×5 MeV=30 MeV，可知核结合能比核结合能小，故B错误；
C．两个结合成时，产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知，因此释放能量，故C正确；
D．由题图可知，中核子的比结合能比中核子的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，因此中核子的平均质量比中核子的平均质量大，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．核的比结合能约为，核的结合能约为
故A错误；
B．由图像可知，核比的比结合能略大，但与核子数之比为，核比的结合能小，故B错误；
C．比结合能越大，原子核越稳定，由图像可知，核比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确；
D．两个比结合能小的核结合成比结合能大的核时，会释放能量，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】A．由图可知核的比结合能大于核的比结合能，则核比核更稳定，故A正确；
B．原子核的质量数越大，原子核的结合能越大，则核比的结合能更小，故B错误；
C．由图可知核的比结合能约为，则核的结合能约为，故C错误；
D．两个核结合成核时释放能量，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】A．比结合能越大，核越稳定，He核比Li核比结合能大，则更稳定，故A错误；
B．根据图像知He核的比结合能约为7MeV，所以结合能为
故B错误；
C．由题图可知，H的比结合能约为1MeV，则H核结合能为2MeV；He核的比结合能为7MeV，结合能为28MeV，则两个H核结合成He核时放出能量，故C正确；
D．由题图图像可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小， 故D错误。
故选C。
7．C
【详解】将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是核力。
故选C。
8．C
【详解】A．表现出各向同性的是多晶体与非晶体，表现出各向异性的是单晶体，晶体与非晶体的区别在于是否具有固定熔点，A错误；
B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，B错误；
C．分子之间同时存在相互作用的引力和斥力，分子力本质上是属于电磁相互作用，C正确；
D．结合能越大的原子核不一定越稳定，比结合能越大的原子核越稳定，D错误。
故选C。
9．B
【详解】A．根据结合能的定义可知，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，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；
B．重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；
C．原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；
D．比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
故选B。
10．（1）；（2）；（3），；（4）
【详解】（1）根据题意可知地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上太阳能辐射的平均功率为
以地球到太阳的距离为一个球面，太阳辐射到该球面上的总功率即为所求太阳辐射能量的总功率，故可得
（2）设单位时间内射到地面单位面积上的光子数为N，频率为，总能量为，可得
可得每个光子的动量为
在时间内，面积为地面上的光子全部被反射，根据动量定理可得
解得光压为
（3）核聚变的反应方程为
根据质能方程，可知每次核聚变的质量亏损为
（4）经过亿年后消耗的质子质量为
故可得
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）该衰变的核反应方程
（2）由动量守恒定律可知
解得衰变后新核的速度大小
（3）该衰变过程释放的核能
根据质能方程
可得
12．（1）0.763MeV；（2）与的结合能差主要来自它们的电势能差；；（3）
【详解】（1）根据爱因斯坦质能关系，的结合能为
的结合能为
因此与的结合能之差
代入数据得，可得
≈0.763MeV
（2）的两个质子之间有库仑斥力，而没有，所以与的结合能差主要来自它们的电势能差。中两个质子间的电势能
若这个电势能等于上述结合能差，即
则有
（3）粗略地说，原子核中每个核子占据的空间体积是(2r)3，根据这个简单的模型，核子数为A的原子核的体积近似为
V=A(2r)3=8Ar3①
另一方面，当A较大时，有
②
由①②得
核力与结合能
一、单选题
1．（2024北京海淀高二下期末）原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．核的比结合能约为5MeV
B．核的结合能约为15MeV
C．核比核更稳定
D．裂变为和的过程中会释放核能
2．（2024北京第十二中学高二下期末）根据近代物理知识，下列说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的核反应方程为
B．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C．一定质量的理想气体，在压强不变时，单位时间内分子与单位面积器壁碰撞次数随温度降低而减少
D．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
3．（2023北京西城高二下期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（ ）
A．核结合能约为7MeV
B．核结合能比核结合能更大
C．两个结合成时释放能量
D．中核子的平均质量比中核子的平均质量小
4．（2023北京海淀高二下期末）原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．核的结合能约为 B．核比的结合能更大
C．核比核更稳定 D．两个核结合成核时吸收能量
5．（2023北京海淀高二下期末）核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果，核能的利用可以有效缓解常规能源的短缺。原子核的比结合能（平均结合能）曲线如图所示，下列说法正确的有（ ）
A．核比核更稳定 B．核比的结合能更大
C．核的结合能约为 D．两个核结合成核时吸收能量
6．（2023北京丰台高二下期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（ ）
A．核比核更稳定
B．核的结合能约为14MeV
C．两个核结合成核时释放能量
D．核中核子的平均结合能比核中的大
7．（2023北京汇文中学高二下期末）将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是（ ）
A．万有引力 B．库仑力 C．核力 D．分子力
8．（2022北京西城高二下期末）下列说法中正确的是（ ）
A．晶体与非晶体的区别在于是否具有各向异性
B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有扩张趋势而引起的结果
C．分子之间存在相互作用的引力和斥力，分子力实质上是属于电磁相互作用
D．结合能越大的原子核越稳定
9．（2022北京海淀高二下期末）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
二、解答题
10．（2023北京海淀高二下期末）太阳能照射到地球上时，由于大气层的反射和吸收等作用，只有约到达地面。现测得在地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上接收到太阳能的平均功率为。已知地球到太阳的距离，真空的光速。
（1）求太阳辐射能量的总功率；
（2）为简单计算，认为太阳辐射频率相同的电磁波，照射到地面时，全部被反射。求太阳光垂直照射地面时产生的光压（压强）大小；
太阳内部进行着多种核聚变反应过程，反应过程可简化为：四个质子聚变为一个氦核，放出2个正电子和2个中微子（符号），同时放出的能量。可认为太阳辐射的能量完全来源于上述核反应。太阳的质量为，质子的质量。
（3）写出这个核聚变的反应方程，并计算每次核聚变的质量亏损；
（4）教材写道“太阳的核反应还能维持几十亿年”。若认为上述核反应还能持续亿年秒，在此过程中，太阳的辐射功率不变。求这段时间内，太阳消耗的质子数占太阳目前质子数的比例，并求出具体数值（结果保留一位有效数字）。假设目前太阳全部由质子组成。
11．（2022北京西城高二下期末）一个静止的放射性原子核发生了一次衰变，放射出的粒子的质量为m。速度的大小为v。分析并计算以下三个问题：
（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程；
（2）若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小；
（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损。
12．（2022北京海淀高二下期末）核子半径是一个重要参数，科学家利用镜像核的结合能之差进行推断。质子数与中子数互换的原子核互为镜像核，例如与。已知和原子核的质量分别是和，中子和质子质量分别是和，，式中c为光速。两个点电荷Q、q的电势能公式为，式中r是它们之间的距离。
（1）试计算与的结合能之差为多少MeV。
（2）已知核子间相互作用的“核力”与电荷几乎没有关系，又知质子和中子的半径近似相等。试说明上面所求的结合能之差主要是由什么原因造成的，并由此结合能之差来估计核子半径r的字母表达式（不必代入数值，静电力常量k、元电荷e、结合能之差、光速c作为已知量。）
（3）除了上述方法，还可以利用不同原子核的半径R与核子数A的关系式来推断核子半径。通过测量不同的原子核，证实：，对不同原子核可视为已知常数。
为了解释这个现象，科学家建立如下模型：核子可以近似地看成是半径r恒定的球体，原子核可以近似地看成半径为R的大球体，核子紧密地包裹在原子核中；为了计算方便，将每个核子所占据的空间视为一个立方体。据此，试用这个简单模型分析核子半径r的表达式。
参考答案
1．B
【详解】AB．由图可知，核的比结合能约为5MeV，核的结合能约为
5MeV×6=30MeV
故A正确，与题意不符；B错误，与题意相符；
C．比结合能越大越稳定，如图所示，核比结合能比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确，与题意不符；
D．裂变为和的过程中会出现质量亏损，释放核能。故D正确，与题意不符。
故选B。
2．D
【详解】A．铀核裂变的核反应的反应物中应该有慢中子参加，然后生成多个中子，反应方程为
选项A错误；
B．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，选项B错误；
C．一定质量的理想气体，在压强不变时，温度降低时体积减小，气体分子数密度增加，分子平均速率减小，气体分子对器壁的平均作用力减小，则单位时间内分子与单位面积器壁碰撞次数增加，选项C错误；
D．生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．由题图可知，核的比结合能约为7MeV，氦核的核子数为4，因此结合能约为4×7MeV=28MeV，故A错误；
B．由题图可知，核比结合能约为5 MeV，则有核结合能约为6×5 MeV=30 MeV，可知核结合能比核结合能小，故B错误；
C．两个结合成时，产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知，因此释放能量，故C正确；
D．由题图可知，中核子的比结合能比中核子的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，因此中核子的平均质量比中核子的平均质量大，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．核的比结合能约为，核的结合能约为
故A错误；
B．由图像可知，核比的比结合能略大，但与核子数之比为，核比的结合能小，故B错误；
C．比结合能越大，原子核越稳定，由图像可知，核比核比结合能大，所以核比核更稳定。故C正确；
D．两个比结合能小的核结合成比结合能大的核时，会释放能量，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】A．由图可知核的比结合能大于核的比结合能，则核比核更稳定，故A正确；
B．原子核的质量数越大，原子核的结合能越大，则核比的结合能更小，故B错误；
C．由图可知核的比结合能约为，则核的结合能约为，故C错误；
D．两个核结合成核时释放能量，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】A．比结合能越大，核越稳定，He核比Li核比结合能大，则更稳定，故A错误；
B．根据图像知He核的比结合能约为7MeV，所以结合能为
故B错误；
C．由题图可知，H的比结合能约为1MeV，则H核结合能为2MeV；He核的比结合能为7MeV，结合能为28MeV，则两个H核结合成He核时放出能量，故C正确；
D．由题图图像可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小， 故D错误。
故选C。
7．C
【详解】将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是核力。
故选C。
8．C
【详解】A．表现出各向同性的是多晶体与非晶体，表现出各向异性的是单晶体，晶体与非晶体的区别在于是否具有固定熔点，A错误；
B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，B错误；
C．分子之间同时存在相互作用的引力和斥力，分子力本质上是属于电磁相互作用，C正确；
D．结合能越大的原子核不一定越稳定，比结合能越大的原子核越稳定，D错误。
故选C。
9．B
【详解】A．根据结合能的定义可知，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，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；
B．重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；
C．原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；
D．比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
故选B。
10．（1）；（2）；（3），；（4）
【详解】（1）根据题意可知地球表面垂直太阳光方向每平方米面积上太阳能辐射的平均功率为
以地球到太阳的距离为一个球面，太阳辐射到该球面上的总功率即为所求太阳辐射能量的总功率，故可得
（2）设单位时间内射到地面单位面积上的光子数为N，频率为，总能量为，可得
可得每个光子的动量为
在时间内，面积为地面上的光子全部被反射，根据动量定理可得
解得光压为
（3）核聚变的反应方程为
根据质能方程，可知每次核聚变的质量亏损为
（4）经过亿年后消耗的质子质量为
故可得
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）该衰变的核反应方程
（2）由动量守恒定律可知
解得衰变后新核的速度大小
（3）该衰变过程释放的核能
根据质能方程
可得
12．（1）0.763MeV；（2）与的结合能差主要来自它们的电势能差；；（3）
【详解】（1）根据爱因斯坦质能关系，的结合能为
的结合能为
因此与的结合能之差
代入数据得，可得
≈0.763MeV
（2）的两个质子之间有库仑斥力，而没有，所以与的结合能差主要来自它们的电势能差。中两个质子间的电势能
若这个电势能等于上述结合能差，即
则有
（3）粗略地说，原子核中每个核子占据的空间体积是(2r)3，根据这个简单的模型，核子数为A的原子核的体积近似为
V=A(2r)3=8Ar3①
另一方面，当A较大时，有
②
由①②得
同课章节目录