四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.4原子核的结合能 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：3.4原子核的结合能 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 279.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:15:14 | ||
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文档简介
3.4原子核的结合能
1．一静止的原子核发生衰变，变成另一个新的原子核Y，衰变后测得粒子的速率为v，已知粒子的质量为m0，原子核Y的质量为M，下列说法正确的是（ ）
A．原子核Y的符号表示为
B．的比结合能一定大于Y核的比结合能
C．原子核Y的速率为
D．原子衰变过程中释放的核能为
2．如图为原子核的比结合能曲线。根据该曲线，下列说法正确的是（
）
A．核比核更稳定
B．
核的结合能约为
7MeV
C．两个
核结合成核时释放能量
D．质量数越大的原子核越稳定
3．一个中子与原子核A发生核反应，生成物为一个氘核，核反应放出的能量为Q，则原子核A和氘核的比结合能分别为（ ）
A．，Q
B．，
C．，Q
D．，
4．原子核A、B结合成放射性原子核C．核反应方程是A+B→C，已知原子核A、B、C的质量分别为、、，结合能分别为、、，以下说法正确的是（
）
A．原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C
B．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量
C．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量
D．大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的
5．是核电站的重要核燃料，
是铀核裂变形式之一，裂变生成物、的比结合能分别为8.4
MeV、8.
7
MeV，则下列说法正确的是
A．k=3
B．k=9
C．比更稳定
D．的结合能比的结合能大
6．下列说法正确的是
A．诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子
B．U的半衰期约为7亿年，随着地球温度的升高，其半衰期将变短
C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量
D．结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定
7．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是以下说法正确的是（ ）
A．该反应质量数守恒，没有质量亏损
B．的中子数比的多91个
C．的比结合能比的大
D．的结合能比的大
8．如图是核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中错误的是( )
A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C．图中原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
D．图中原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
9．下列说法正确的是
A．查德威克发现了中子，并第一次实现了人工合成放射性同位素
B．比结合能越小，原子核越稳定
C．由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，其电势能减小，核外电子的动能增大
D．天然放射现象中出现的α射线是高能量的电磁波，电离本领强
10．下列有关原子和原子核的认识，正确的是（ ）
A．平均结合能越大，原子核越稳定
B．氢原子辐射光子后，电子绕核运动的动能增大
C．卢瑟福通过粒子散射实验的研究，发现了中子.
D．光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
11．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.
12．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。
13．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？
参考答案
1．C
【解析】
A．注意区分质量数和质量的物理意义，质量数和质量不能混淆，原子核Y的符号表示为，A错误；
B．因反应放出核能，则的比结合能小于Y核的比结合能，B错误；
C．根据动量守恒可得
得
C正确；
D．因原子核Y也有动能，则衰变过程中释放的核能大于，D错误．
故选C。
2．C
【解析】
A．核的比结合能大于核的比结合能，因此核更稳定，A错误；
BC．核的比结合能约为7MeV，核的比结合能约为1MeV，则两个核结合成核时释放能量，B错误，C正确；
D．中等质量数的原子核比较稳定，D错误。
故选C。
3．D
【解析】
核反应过程中，质量数和电荷数守恒，一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为；比结合能是原子核的结合能与核子数的比值，若该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为，故D正确，ABC错误。
故选D。
4．B
【解析】
ABC．某原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量，原子核A、B结合成放射性原子核C，要释放能量，原子核C的比结合能最大，释放的能量
根据质能方程得
故AC错误，B正确；
D．原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，未发生衰变的原子核占原来的，D错误。
故选B。
5．C
【解析】
AB．由质量数守恒可知，
235+1=136+90+k×1，
可得：
，
故A错误，B错误；
C．中等质量的原子核，比结合能最大，由质量数与比结合能大小的关系图像可知，的比结合能比的比结合能大，因此比更稳定，故C正确；
D．核子数与比结合能的乘积为原子核的结合能，由此可以判断，的结合能比的结合能小，故D错误。
故选：C。
6．A
【解析】
A．放射性同位素可以作为示踪原子，诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子，故A正确；
B．半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的
物理或化学状态无关，故B错误；
C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，根据爱因斯坦质能方程可知要释放核能，故C错误；
D．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。
故选A。
7．D
【解析】
A．核反应质量数守恒准确，但此反应释放核能有质量亏损，故A错误；
B．的中子数为143，中子数为88，中子数相差55，故B错误；
C．重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故C错误；
D．核子数越多，结合能越大，故D正确。
故选D。
8．C
【解析】
（1）粒子散射实验否定了汤姆逊提出的“枣糕”原子模型，逐步意识到原子是空心的结构．在卢瑟福粒子散射实验中，绝大多数粒子的运动方向几乎不变，只有极少数粒子发生了大角度散射，因此卢瑟福提出了原子的核式结构模型，极好的解释了这个现象，故A选项正确；
（2）天然放射性元素的衰变过程中电荷数守恒，质量数守恒，放出射线有，，三种．其中只有射线不带电，则它在磁场中运动一定不发生偏转，B项正确；
（3）核聚变必须借助超高温高压才能发生，但在核聚变的过程中，有质量亏损，会放出核能，因此C项错误；
（4）核裂变过程也会放出核能，故D正确；
故本题选C．
9．C
【解析】
A项：查德威克发现了中子，居里夫妇第一次实现了人工合成放射性同位素，故A错误；
B项：比结合能越大，原子核越稳定，故B错误；
C项：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，电子运动的轨道减小，该过程中电场力做正功，电势能减小，由库仑定律提供向心力：可知，电子的动能增大，故C正确；
D项：天然放射现象中出现的α射线是高速的粒子流，电离能力最强，故D错误。
10．AB
【解析】
A．平均结合能越大，原子核越稳定，故A正确；
B．氢原子辐射光子后，原子的能级降低，电子的轨道半径减小，根据
则可得动能为
可知电子绕核运动的动能增大，故B正确；
C．卢瑟福通过粒子散射实验的研究，建立了原子的核式结构理论，故C错误；
D．光电效应现象中，根据
则光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故D错误。
故选AB。
11．17.6
【解析】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.
12．109
【解析】根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝
kg≈109
kg.
13．(1)放出能量
7.97
MeV(2)7.97
MeV
2.66
MeV(3)1.92×1021
Hz
【解析】(1)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)氚核的结合能即为ΔE＝7.97
MeV.
它的比结合能为≈2.66
MeV.
1．一静止的原子核发生衰变，变成另一个新的原子核Y，衰变后测得粒子的速率为v，已知粒子的质量为m0，原子核Y的质量为M，下列说法正确的是（ ）
A．原子核Y的符号表示为
B．的比结合能一定大于Y核的比结合能
C．原子核Y的速率为
D．原子衰变过程中释放的核能为
2．如图为原子核的比结合能曲线。根据该曲线，下列说法正确的是（
）
A．核比核更稳定
B．
核的结合能约为
7MeV
C．两个
核结合成核时释放能量
D．质量数越大的原子核越稳定
3．一个中子与原子核A发生核反应，生成物为一个氘核，核反应放出的能量为Q，则原子核A和氘核的比结合能分别为（ ）
A．，Q
B．，
C．，Q
D．，
4．原子核A、B结合成放射性原子核C．核反应方程是A+B→C，已知原子核A、B、C的质量分别为、、，结合能分别为、、，以下说法正确的是（
）
A．原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C
B．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量
C．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量
D．大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的
5．是核电站的重要核燃料，
是铀核裂变形式之一，裂变生成物、的比结合能分别为8.4
MeV、8.
7
MeV，则下列说法正确的是
A．k=3
B．k=9
C．比更稳定
D．的结合能比的结合能大
6．下列说法正确的是
A．诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子
B．U的半衰期约为7亿年，随着地球温度的升高，其半衰期将变短
C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量
D．结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定
7．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是以下说法正确的是（ ）
A．该反应质量数守恒，没有质量亏损
B．的中子数比的多91个
C．的比结合能比的大
D．的结合能比的大
8．如图是核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中错误的是( )
A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C．图中原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
D．图中原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
9．下列说法正确的是
A．查德威克发现了中子，并第一次实现了人工合成放射性同位素
B．比结合能越小，原子核越稳定
C．由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，其电势能减小，核外电子的动能增大
D．天然放射现象中出现的α射线是高能量的电磁波，电离本领强
10．下列有关原子和原子核的认识，正确的是（ ）
A．平均结合能越大，原子核越稳定
B．氢原子辐射光子后，电子绕核运动的动能增大
C．卢瑟福通过粒子散射实验的研究，发现了中子.
D．光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
11．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.
12．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。
13．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？
参考答案
1．C
【解析】
A．注意区分质量数和质量的物理意义，质量数和质量不能混淆，原子核Y的符号表示为，A错误；
B．因反应放出核能，则的比结合能小于Y核的比结合能，B错误；
C．根据动量守恒可得
得
C正确；
D．因原子核Y也有动能，则衰变过程中释放的核能大于，D错误．
故选C。
2．C
【解析】
A．核的比结合能大于核的比结合能，因此核更稳定，A错误；
BC．核的比结合能约为7MeV，核的比结合能约为1MeV，则两个核结合成核时释放能量，B错误，C正确；
D．中等质量数的原子核比较稳定，D错误。
故选C。
3．D
【解析】
核反应过程中，质量数和电荷数守恒，一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为；比结合能是原子核的结合能与核子数的比值，若该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为，故D正确，ABC错误。
故选D。
4．B
【解析】
ABC．某原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量，原子核A、B结合成放射性原子核C，要释放能量，原子核C的比结合能最大，释放的能量
根据质能方程得
故AC错误，B正确；
D．原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，未发生衰变的原子核占原来的，D错误。
故选B。
5．C
【解析】
AB．由质量数守恒可知，
235+1=136+90+k×1，
可得：
，
故A错误，B错误；
C．中等质量的原子核，比结合能最大，由质量数与比结合能大小的关系图像可知，的比结合能比的比结合能大，因此比更稳定，故C正确；
D．核子数与比结合能的乘积为原子核的结合能，由此可以判断，的结合能比的结合能小，故D错误。
故选：C。
6．A
【解析】
A．放射性同位素可以作为示踪原子，诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子，故A正确；
B．半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的
物理或化学状态无关，故B错误；
C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，根据爱因斯坦质能方程可知要释放核能，故C错误；
D．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。
故选A。
7．D
【解析】
A．核反应质量数守恒准确，但此反应释放核能有质量亏损，故A错误；
B．的中子数为143，中子数为88，中子数相差55，故B错误；
C．重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故C错误；
D．核子数越多，结合能越大，故D正确。
故选D。
8．C
【解析】
（1）粒子散射实验否定了汤姆逊提出的“枣糕”原子模型，逐步意识到原子是空心的结构．在卢瑟福粒子散射实验中，绝大多数粒子的运动方向几乎不变，只有极少数粒子发生了大角度散射，因此卢瑟福提出了原子的核式结构模型，极好的解释了这个现象，故A选项正确；
（2）天然放射性元素的衰变过程中电荷数守恒，质量数守恒，放出射线有，，三种．其中只有射线不带电，则它在磁场中运动一定不发生偏转，B项正确；
（3）核聚变必须借助超高温高压才能发生，但在核聚变的过程中，有质量亏损，会放出核能，因此C项错误；
（4）核裂变过程也会放出核能，故D正确；
故本题选C．
9．C
【解析】
A项：查德威克发现了中子，居里夫妇第一次实现了人工合成放射性同位素，故A错误；
B项：比结合能越大，原子核越稳定，故B错误；
C项：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，电子运动的轨道减小，该过程中电场力做正功，电势能减小，由库仑定律提供向心力：可知，电子的动能增大，故C正确；
D项：天然放射现象中出现的α射线是高速的粒子流，电离能力最强，故D错误。
10．AB
【解析】
A．平均结合能越大，原子核越稳定，故A正确；
B．氢原子辐射光子后，原子的能级降低，电子的轨道半径减小，根据
则可得动能为
可知电子绕核运动的动能增大，故B正确；
C．卢瑟福通过粒子散射实验的研究，建立了原子的核式结构理论，故C错误；
D．光电效应现象中，根据
则光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故D错误。
故选AB。
11．17.6
【解析】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.
12．109
【解析】根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝
kg≈109
kg.
13．(1)放出能量
7.97
MeV(2)7.97
MeV
2.66
MeV(3)1.92×1021
Hz
【解析】(1)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)氚核的结合能即为ΔE＝7.97
MeV.
它的比结合能为≈2.66
MeV.