四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.1原子核的组成与核力 同步练习（含解析）

3.1原子核的组成与核力
1．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系.下列与原子核有关的说法正确的是
A．原子核的结合能越大,原子核就越稳定
B．由图可知,原子核D与E聚变成原子核F时,要吸收热量
C．A裂变时产生的γ射线能使某金属表面逸出光电子,则增大γ射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能
D．核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的
2．如图所示，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．核的结合能约为15MeV
B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时要放出能量
D．核裂变成核和核过程中，核子的平均质量增加
3．以下关于近代物理的叙述中，正确的是
A．β射线是电子流，是原子的外层电子受激发而辐射产生的
B．放射性元素的半衰期与外界的温度、压强、是否是化合态都有关
C．一群处于量子数为4能级的原子向各较低能级跃时可释放6种不同频率的光子
D．中子与质子结合成氘核时吸收能量
4．一个铀原子核中有（　　）
A．238个核子 B．238个质子 C．146个质子 D．92个中子
5．下列说法正确的是
A．中子和质子结合成氘核，若亏损的质量为，则需要吸收的能量
B．衰变中放出的射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子
D．发生光电效应时，人射光的光照强度越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
6．以下叙述正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小
D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能
7．在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可选用作为中子减速剂的物质是（ ）
A．氢 B．镉 C．氧 D．水
8．不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列说法正确的是
A．原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要大
B．原子核D和E聚变成原子核F时有质量亏损，要放出能暈
C．原子核A裂变成原子核B和C时有质量亏损，要放出能量
D．原子核A裂变成原子核B和C时亏损的质量转化成能量
9．以下说法正确的是(　 　)
A．费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置,首次通过可控制的链式反应实现了核能释放
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．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
D．在重核裂变的过程中存在质量亏损，原子核的质量转变成能量释放出来
10．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ）
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．比结合越大，原子核越不稳定
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
11．核子数等于_______________与_______________之和。即_______________.
12．由于原子核的核子之间存在强大的核力,核结构发生变化时,需要克服_______________做功,或者说_______________对外做功,这就会涉及能量的变化。
13．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应产生一个核和一个粒子，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u．(1 u＝931.5 MeV)，求：
(1)写出核反应方程；
(2)核反应中释放的核能；
(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，反应中产生的粒子和氦核的动能．
参考答案
1．D
【解析】
A.原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关，故A错误；
B.原子核D和E聚变成原子核F，有质量亏损，释放核能，故B错误；
C.根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与光的强度无关，所以增大γ射线强度不能增大光电子逸出的最大初动能，故C错误；
D.根据α衰变的本质可知，核衰变时α射线时由核内2个质子与2个中子结合在一起从核中被抛射出来形成的，故D正确。
2．C
【解析】
A. 比结合能是指把原子核内核子分开平均每个核子需要的能量，核的比结合能约为5 MeV，核的核子数为6，核的结合能约为30MeV，故A错误；
B. 比结合能越大，原子核越稳定，由图知，核比核的比结合能小，核更稳定，故B错误；
C. 两个核结合成核时有质量亏损，要放出能量，故C正确；
D. 核裂变成核和核过程中，有质量亏损，要释放能量，组成原子核的核子的平均质量会减小，故D错误。
3．C
【解析】
A.β射线是电子流，是从原子核内一个中子转化成一个质子而来的，故A项与题意不相符；
B.半衰期是元素本身的性质，与外界所有条件无关，故B项与题意不相符；
C.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，依据，能辐射出6种不同频率的光，故C项与题意相符；
D. 中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损，释放能量，故D项与题意不相符。
4．A
【解析】
一个铀原子核的质量数是238，核子数是238，核外电子数=质子数是92，中子数=质量数-质子数=238-92=146.
A．描述与分析相符，故A正确.
B．描述与分析不符，故B错误.
C．描述与分析不符，故C错误.
D．描述与分析不符，故D错误.
5．C
【解析】
A．核子结合成原子核的过程中存在质量亏损，该过程会释放能量，故选项A错误；
B．衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的，故选项B错误；
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子，故选项C正确；
D．光子的能量由光的频率决定，与光照强度无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能就越大，故选项D错误。
6．D
【解析】
A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能与频率有关，与光强无关.故选项A不符合题意.
B.放射性元素的半衰期是统计概念，需要对大量原子核才有意义.故选项B不符合题意.
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大.故选项C不符合题意.
D.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能.故选项D符合题意.
7．D
【解析】
试题分析：在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂，D正确
考点：核反应堆
【名师点睛】了解核反应堆的原理及减速剂的作用；在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂。
8．BC
【解析】
A．原子核的平均核子质量越小则越不容易分裂，则比结合能越大，因此原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要小。故A错误；
B．由图象可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能，故B正确；
CD．由图象可知，A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，但不是质量转化为能量，故C正确，D错误；
9．AB
【解析】
A. 费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能释放，选项A正确；
B. 一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，该过程中要释放能量，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；
C. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项C错误；
D. 在重核裂变的过程中存在质量亏损，从而放出能量，但不能说是由原子核的质量转变成能量，选项D错误。
10．AB
【解析】
A.原子的结合能等于核子在结合成原子核的过程中释放的能量，也是把原子核分解成核子所需吸收的最小能量，A正确
B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确
C.比结合能越大，结合过程中核子平均释放能量越大，原子核越稳定，C错误
D.自由核子组成原子核时，根据爱因斯坦质能方程其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误
11．质子数 中子数
【解析】
[1][2][3]核子数等于质子数与中子数之和，即
12．核力 核力
【解析】
[1][2]由于原子核的核子之间存在强大的核力,核结构发生变化时,需要克服核力做功，或者说核力对外做功,这就会涉及能量的变化。
13．(1)＋→＋ (2) 2.14 MeV (3)2.13 MeV　0.71 MeV
【解析】
(1)核反应方程为：＋→＋.
(2)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn
由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：
ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14 MeV
(3)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0；反应前后系统的总能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因为mHe∶mn＝3∶1，所以
vHe∶vn＝1∶3
由以上各式代入已知数据得：
EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV