山东省济南中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 课时训练（含解析）

4.1核力与核能
1．下列说法正确的是（　　）
A．衰变为要经过4次α衰变和2次β衰变
B．原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．的半衰期是5天，4个原子核经过10天后剩下1个原子核
D．不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量守恒和电荷量守恒
2．下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是
A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力
B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小
C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能
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
3．有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析提出原子核是可再分的
B．核反应方程中的X表示中子
C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定
D．放射性元素衰变的快慢跟原子所处的化学状态和外部条件有关
4．关于下列物理问题的理解，正确的是（　　）
A．康普顿研究X射线被较轻物质（石墨）散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分，所以康普顿效应说明光具有波动性
B．光电效应实验中，用某一频率的光照射金属，电压不变时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
C．原子核内有质子间的相互排斥，但能够处于稳定状态，是因为核子间的万有引力作用
D．氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能
5．下面列举的事例中正确的是（　　）
A．居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了正电子
B．卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象
C．爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2
D．玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象
6．已知氘核质量为，质子质量为，中子质量为，光速为c；在质子和中子结合成氘核的过程中（　　）
A．吸收的能量为 B．吸收的能量为
C．释放的能量为 D．释放的能量为
7．在科学技术研究中，关于原子定态、原子核变化的过程中，下列说法正确的是
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
8．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．铯原子核()的结合能小于铅原子核()的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E.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
9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（　　）
A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的 动能减小，但原子的能量增大
C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度增大
10．如图是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图象，通过该图象可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为8Mev，的核子平均结合能约为7Mev，根据该图象判断，下列说法正确的是（　　）
A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大
B．核最稳定
C．由图象可知，两个核结合成核会释放出能量
D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约112Mev的能量
11．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。
12．(1) 如图所示是某原子的能级图,a、b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光. 在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是 _____________.
(2) 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为 _____________. 该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为 _____________.
(3) A、B 两种光子的能量之比为2 :1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EkA 、EkB ，求A、B 两种光子的动量之比________和该金属的逸出功.___________
13．用中子轰击铀核（），其中的一个可能反应是分裂成钡（）和氪（）两部分，放出3个中子。各个核和中子的质量如下（计算结果在小数点后保留两位小数）：
mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg；
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg。
(1)试写出核反应方程
(2)求出反应中释放的核能。
(3)我国第一座核电站——秦山核电站总装机容量达到650万千瓦，求秦山核电站一年需要消耗多少千克的裂变原料？
14．氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料．呼吸时氡气会随气体进入肺脏，氡衰变时放出射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．若有一静止的氡核发生衰变，放出一个速度为、质量为m的粒子和一个质量为M的反冲核钋此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为粒子和钋核的动能。
（1）写衰变方程；
（2）求出反冲核钋的速度；计算结果用题中字母表示
（3）求出这一衰变过程中的质量亏损。计算结果用题中字母表示
参考答案
1．A
【解析】
A. 衰变为质量数减小16，电荷数减小6，则
4x=16，2x-y=6
解得
x=4，y=2
即经过4次α衰变和2次β衰变，选项A正确；
B. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项B错误；
C. 半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适应，选项C错误；
D. 不管是轻核聚变还是重核裂变，都要满足质量数守恒和电荷数守恒，但是质量会亏损，选项D错误。
故选A。
2．C
【解析】
核力与万有引力性质不同．核力只存在于相邻的核子之间；比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度；
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能。
【详解】
A项：维系原子核稳定的力是核力，核力可以是核子间的相互吸引力，也可以是排斥力，故A错误；
B项：核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，故B错误；
C项：比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会亏损质量，放出核能，故C正确；
D项：自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等该原子核的结合能，故D错误。
故选：C。
【点睛】
本题考查对核力的理解．核力是自然界四种基本作用力之一，与万有引力性质、特点不同，同时考查了结合能和比结合能的区别，注意两个概念的联系和应用，同时掌握质量亏损与质能方程。
3．C
【解析】
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析提出原子的核式结构模型，A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒，在核反应方程
中的X表示电子，B错误；
C．原子核的比结合能越大，原子结合到一起越稳定，C正确；
D．放射性元素衰变的快慢非常稳定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D错误。
故选C。
4．D
【解析】
A．康普顿根据X射线的光子与晶体中的电子碰撞时，既满足能量守恒又满足动量守恒，从而成功解释了实验现象，所以康普顿效应说明光有粒子性，A项错误；
B．光电效应实验中，遏止电压和光的强度无关，与入射光的频率有关，B项错误；
CD．原子核内有质子间的相互排斥，但能够处于稳定状态，是因为核子间的核力作用，电磁力远远大于万有引力，C项错误D项正确。
故选D。
5．C
【解析】
A． 居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了发现了放射性磷P和中子，故A错误；
B． 玻尔的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象，故B错误；
C． 爱因斯坦指出了物体的能量与它的质量的关系为E=mc2，故C正确；
D． 普朗克建立了量子理论，故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
在质子和中子结合成氘核的过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知此过程中要释放能量，则有
故ABC错误，D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．放射性元素的半衰期是由原子核决定的，温度、压强、是否与其他元素化合都不能改变原子核，因此采用物理或化学方法不能改变半衰期，故A错误；
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时，能量减少，会放出光子，故B正确；
C．从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线良好的穿透能力，故C错误；
D．核子结合成原子核时，质量亏损，因此原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，故D错误。
故选B。
8．ABC
【解析】
A.两个或几个自由状态的核子结合在一起时释放的能量或原子核分成自由核子所需要吸收的能量叫结合能；故A正确.
B.一重原子核衰变成α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，故B正确.
C.铅原子的核子数大于铯原子的核子数，由结合能的概念可知铅原子的结合能大于铯原子的结合能，故C正确.
D.原子核的平均结合能越大，表示原子核的核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误.
E.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故E错误.
9．BD
【解析】
A．原子核发生一次β衰变，原子核内的一个中子转化为质子，而原子外层电子数不变，选项A错误；
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的 动能减小，但原子的能量增大，选项B正确；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；
D．根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，电子轨道半径减小，所受的库仑力变大，则核外电子运动的加速度增大，选项D正确。
故选BD。
10．BCD
【解析】
A．有图可知，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，所以A错误；
B．核的平均结合能最大，是最稳定的，所以B正确；
C．两个平均结合能小的结合成平均结合能大的时，会释放出能量，所以C正确；
D．把分成质子和中子需要提供的能量约为
将质子和中子结合成一个所放出的能量约为
则将分为4个需要提供的能量约为
故要多提供的能量为
所以D正确。
故选BCD。
11．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。
12．c Q/2 2:1 EkA-2EkB
【解析】
（1）从第3能级跃迁到第1能级，能级差最大，知a光的频率最大，波长最短，从第3能级跃迁到第2能级，能级差最小，知b光的光子频率最小，波长最长，所以波长依次增大的顺序为a、c、b．故C正确，ABD错误．
（2）根据电荷数守恒、质量数守恒得，，该反应释放的能量为Q，则结合能为Q，所以氘核的比结合能为Q/2．
（3）光子的频率与能量成正比，则A、B两种光子的频率之比为2：1；由光子能量公式和动量公式知，A、B两种光子的动量之比等于A、B两种光子的能量之比为2：l；由EKA=EA-W和EKB=EB-W；联立得W=EkA-2EkB；
13．(1) (2) 3.22×10-11J??；(3)2.48×103kg
【解析】
(1)核反应方程
(2)一个铀发生反应的质量亏损
△m=mu+mn-mBa-mKr-3?mn=mu-mBa-mKr-2?mn
=390.313 9×10－27-234.001 6×10－27-152.604 7×10－27-2×1.674 9×10－27
=0.3578×10－27kg
一个铀核裂变释放能量为
△E=△mc2=0.3578×10－27×(3×108)2J=3.22×10-11J???
(3)秦山核电站一年需要消耗裂变原料
14．（1）；（2），负号表示方向与离子速度方向相反；（3）
【解析】
（1）由质量数和核电荷数守恒定律可知，核反应方程式为
（2）核反应过程动量守恒，以离子的速度方向为正方向
由动量守恒定律得
解得，负号表示方向与离子速度方向相反
（3）衰变过程产生的能量
由爱因斯坦质能方程得
解得