山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：4.1核力与核能 跟踪训练（含解析）

4.1核力与核能
1．下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大原子核一定越稳定
B．线状谱和吸收光谱都可以用作光谱分析
C．核力存在于原子核内任意两个核子之间
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
2．以下说法正确的是（ ）
A．射线是高速电子流,来源于原子的核外电子
B．衰变为要经过4次衰变和2次衰变
C．10个经过一个半衰期一定会有5个发生衰变
D．重核裂变后核子的比结合能会增加,轻核聚变后核子的比结合能会减小
3．下列说法正确的是（　　）
A．核力是强相互作用，只表现为核子间的引力作用
B．阴极射线的本质是原子核的一个中子转变成一个质子时释放出的高速电子
C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
D．LC振荡电路产生振荡电流时，电路中的电流和电容器中的电荷量不会同时达到最大值
4．核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的衰变为铀核和新粒子，并释放出光子。已知、的质量分别为，下列说法正确的是（　　）
A．239Pu的衰变方程为
B．核反应过程中的质量亏损为
C．核反应过程中的释放的核能为
D．释放的核能转变为动能、新粒子动能和光子能量
5．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法正确的是
A．核反应方程是
B．聚变反应中的质量亏损 m1+m2-m3
C．辐射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c
D．γ光子的波长
6．核反应 中，放出的能量为E，下列相关说法中，正确的是
A．X来自原子核外的电子
B．该核反应是β衰变，衰变的快慢与物理和化学变化有关
C．核的比结合能大于 核的比结合能
D．反应中的质量亏损为
7．关于原子核的相关知识，下面说法正确的是（　　）
A．原子核内相邻质子之间存在相互排斥的核力
B．原子核的比结合能越小，说明原子核越不稳定
C．温度越高放射性元素的半衰期越小
D．β射线是电子流，表明原子核内除质子中子之外还有电子
8．以下关于原子核的说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期决定于原子的化学状态，与物理状态无关
B．天然放射现象中的β射线，来源于原子的最外层电子
C．β射线的穿透能力比射线强，能穿透几厘米厚的铅板
D．原子核的平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
9．关于核反应方程（ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子），已知的半衰期为T，则下列说法正确的是（　　）
A．没有放射性
B．比少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C．N0个经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为（N0数值很大）
D．的比结合能为
10．某静止的原子核发生核反应且放出能量Q，其方程为，假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，其中Z的速度为v，以下结论正确的是（　　）
A．Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为F：D
B．Y原子核的速度大小为
C．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大（c为光速）
D．Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
11．自然界有四种相互作用，有引力相互作用、___________、强相互作用___________．
12．北京时间2011年3月11日在日本海域发生强烈地震，并引发了福岛核电站产生大量的核辐射，经研究，其中核辐射的影响最大的是铯137（），可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右．请写出铯137发生β衰变的核反应方程：____________________．如果在该反应过程中释放的核能为，则该反应过程中质量亏损为_______．（已知碘（I）为53号元素，钡（）为56号元素）
13．钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为0.097MeV的光子．已知：、和粒子的质量分别为和MeV
（1）写出衰变方程；
（2）已知衰变放出的光子的动量可忽略，求粒子的动能．
14．核能与其他能源相比具有能量大、地区适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
(1)核反应方程式，是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，为待求粒子，为的个数，则为_______，_______。以、、分别表示、、核的质量，、分别表示中子、质子的质量，为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能=______________（用所给字母表示）。
(2)已知有一种同位素，比核多2个中子。某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生衰变时放出的粒子的速度大小为，试求衰变后的残核初速度多大？
参考答案
1．B
【解析】
A．比结合能的大小反应原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；
B．线状谱和吸收光谱都可以用作光谱分析，故B正确；
C．核力是短程力，只存在于邻近的核子之间，故C错误；
D．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。
故选B。
2．B
【解析】
射线是高速电子流，来源于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；衰变为质量数减小16，而质子数减小6，经过一次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，故B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核衰变不适用，选项C错误；重核裂变后核子的比结合能会增加，轻核聚变后核子的比结合能也会增加，选项D错误；故选B.
3．D
【解析】
A．核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，故A错误；
B．β衰变的本质是原子核的一个中子转变成一个质子时释放出的高速电子，而不是阴极射线的本质，故C错误；
C．电磁波可以在介质中传播，所以可以根据电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行传播，即无线传播，故C错误；
D．在LC振荡电路产生振荡电流时，电容器充放电过程就是电场能与磁场能相化过程，电荷量体现电场能，电流体现磁场能，LC回路中的总能量是一定的，所以电路中的电流和电容器中的电荷量不会同时达到最大值，故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
A.根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的衰变方程为，
故A错误；
B.此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，则为：
故B错误；
C.根据质能方程可知，释放的核能为：
释放的核能转变为动能、新粒子（粒子）动能和光子能量，故C错误，D正确。
故选D。
5．B
【解析】
该核反应方程质量数不守恒，A错误；聚变反应中的质量亏损，故B正确；据质能方程，光子能量为E=（m1+m2-m3）c2，故C错误；根据，得光子的波长为：，故D错误．
6．D
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X质量数为0，电荷数为-1，则X为电子，来自原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，选项A错误；该核反应是β衰变，衰变的快慢与物理和化学变化无关，选项B错误；由于在衰变的过程中释放能量，可知核的结合能大于核的结合能，由结合能与比结合能的定义可知，核的比结合能小于核的比结合能。故C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，在该核反应中质量亏损为．故D正确。故选D.
7．B
【解析】
A．原子核内相邻质子之间存在强相互吸引的核力，A错误；
B．原子核比结合能越小，拆开原子核越容易，说明原子核越不稳定，B正确；
C．放射性元素的半衰期是原核的衰变规律，由原子核内部因素决定，即与元素的种类有关，与温度无关，C错误；
D．射线是原子核内中子转变为质子时产生的，不能说明原子核内有电子，选项D错误。
故选B。
8．D
【解析】
A．放射性元素的半衰期与原子的化学状态和物理状态均无关，选项A错误；
B．天然放射现象中的β射线，来源于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；
C．射线的穿透能力比β射线强，选项C错误；
D．原子核的平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项D正确。
故选D。
9．BC
【解析】
A．原子序数大于或等于83的元素都有放射性，A错误；
B．X粒子是电子，它是由中子衰变成一个质子而放出电子，所以此核反应为β衰变，B正确；
C．有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N0个经2T时间发生两次衰变，其中共有个原子核发生了衰变，放出的核能为，选项C正确；
D．ΔE不是原子核分解成自由核子的结合能，则的比结合能不等于，则D错误。
故选BC。
10．AD
【解析】
AB．静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒，设Y的速度为v′，以Y的方向为正方向，则
Fv-Dv′=0
所以
即大小为，负号表示方向与Z的方向相反；
所以Y原子核的动能是Z原子核的动能关系
故A正确，B错误；
C．由于该反应的过程中释放能量，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小。故C错误；
D．由于该反应的过程中释放能量，所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能。故D正确。
故选AD。
11．电磁相互作用； 弱相互作用；
【解析】
四种基本相互作用：万有引力（简称引力）、电磁力、强相互作用和弱相互作用
电磁相互作用是通过交换电磁场的量子（光子）而传递的．宏观的摩擦力、弹力本质上是由电磁力引起的，都是电磁相互作用的宏观表现．
点晴：对于四种基本相互作用我们仅仅了解就行呢，知道哪些力属于哪种相互作用．
12．
【解析】
根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到： ；
根据质能方程E=△mc2，解得：△m=
13．（1）；（2）5.03MeV。
【解析】
（1）衰变方程为
合起来有
（2）上述衰变过程的质量亏损为
放出的能量为
这些核能是轴核的动能、粒子的动能和光子的能量之和
由上式得
设衰变后的轴核和粒子的速度分别为和，则由动量守恒有
又由动能的定义知
联立得
则可得
代入题给数据得
5.03MeV
14．(1)中子，3，；(2)
【解析】
(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可判断，X为中子，且a=3，根据爱因斯坦质能方程，有
(2)某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生α衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒写出衰变方程
设衰变后的残核初速度大小为v，规定放出的α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律，得
0=mv0-（M-m）v
解得