江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.4核力与结合能 质量检测（含解析）

4.4核力与结合能
1．下列说法正确的是________．
A．阴极射线的存在说明原子核是可分的
B．玻尔理论很好地解释了原子光谱的成因
C．原子的核式结构模型可以解释原子的稳定性
D．U235裂变产生的新核的比结合能比U235的比结合能大
2．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是
A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
B．乙图中，若氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出A光，只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n=1跃迁到n=2
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．丁图中，汤姆孙通过对阴极射线的研究揭示了原子核内还有复杂结构
3．下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能越大，原子核越稳定
B．某些原子核能够放射出β粒子，说明原子核内有β粒子
C．核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，X为电子
D．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光能可能使该金属发生光电效应
4．下列说法正确的是
A．与是同位素，具有放射性，所以它们的化合物的性质并不相同
B．核力是原子核内质子与质子之间的力，中子和中子之间并不存在核力
C．在裂变反应中，的结合能比和都大，但比结合能没有和大
D．α、β、γ三种射线都是带电粒子流
5．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．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收能量
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
6．下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．光电效应揭示了光具有波动性
C．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的动能减少，电势能减少，原子的总能量减少
D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变
7．关于近代物理内容的表述，下列说法正确的是 　　　　
A．比结合能越大的原子核越稳定
B．卢瑟福发现了电子，并提出原子的核式结构模型
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布规律与黑体的温度有关
D．原子核发生β衰变时，β射线是原子内部核外电子释放出来的
8．下列说法正确的是
A．温度越低，压强越大，放射性元素的半衰期越小
B．原子核的比结合能越大，其核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．玻尔认为，氢原子核外电子从某能级向另一能级跃迁的过程中原子的能量不变
D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定大于α粒子的质量
9．下列说法正确的是（ ）
A．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
B．放射性物质的温度升高，则半衰期减小
C．用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，不可能使氘核分解为一个质子和一个中子
D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少3个
10．下列说法正确的是（ ）
A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应
B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的
C．由玻尔理论可知一群处于n=3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子
D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加
11．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．能量与质量成________，所以质能方程又可写成________．
12．用质子轰击锂核，生成2个α粒子，若用mp表示质子的质量，m表示锂核质量，ma表示α粒子质量，则此反应中释放的能量=________.
13．1932年查德威克用α粒子去轰击铍核发现了中子，并产生一个新核．已知铍核的质量为9.01219u，α粒子的质量为4.00260u，新核的质量为12.00000u，中子的质量为1.008665u．求：(1)写出核反应方程；(2)计算放出的能量．（1 u相当于931.5Mev，结果保留两位有效数字）
14．用质子流轰击固态的重水D2O，当质子和重水中的氘核发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能如果达到核反应所需要的能量，将发生核反应生成核．
(1)写出质子流轰击固态的重水D2O的核反应方程；
(2)若在匀强磁场中，某一质子在做匀速圆周运动途中与某一静止氘核发生核反应，当质子具有最小动能E1=1.4MeV时，恰好能发生核反应．试求此核反应前后质子和生成核在磁场中做匀速圆周运动半径之比和等效电流强度之比．在解答此问题，可近似认为生成核的质量是质子质量3倍．
(3)用氘核轰击普通水的固态冰（认为是和静止的质子发生碰撞）时，也能发生同样的核反应．求氘核的最小动能E2．解答此问题时可以认为氘核质量近似等于质子质量的2倍．
参考答案
1．D
【解析】
根据结合能与比结合能的关系判断比结合能的变化；卢瑟福提出了原子的核式结构模型，并能很好解释了氢原子光谱的不连续性；波尔的原子模型，解释了氢原子光谱的实验规律.
【详解】
A、阴极射线的存在即电子的发现说明原子是可分的，而不是证明了原子核是可分的；故A错误.
B、玻尔理论回答了氢原子稳定存在的原因，成功地解释了氢原子和类氢原子的光谱现象，但是玻尔的原子模型却无法说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构；故B错误.
C、玻尔提出的原子模型可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，并不是卢瑟福提出的原子核式结构模型；故C错误.
D、我国核电站采用了重核裂变，用中子轰击U235，产生的新核更稳定，则比结合能比较大；故D正确.
故选D.
【点睛】
本题考查原子结构、原子核的结构、比结合能、氢原子光谱等，都是识记性内容，关键是记住．
2．A
【解析】
A、甲图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，是该反应的过程中要放出能量，故A正确；
B、根据能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，若氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出A光，只要有用波长等于A光波长的光照射，才能使氢原子从n=1跃迁到n=2，故B错误；
C、?卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故C错误；
D、丁图中，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误；
故选A。
【点睛】
卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型；在聚变反应的过程中要释放能量；汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构。
3．C
【解析】
原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项A错误；某些原子核能够放射出β粒子，这是核内的中子转化为质子时放出的负电子，不能说明原子核内有β粒子，选项B错误；核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，X电荷数为-1，质量数为零，所以为电子，选项C正确；若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，而氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光子的能量小于从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量，则不能使该金属发生光电效应，选项D错误；故选C.
4．C
【解析】
同位素的核外电子数量相同，因此同位素组成的化合物性质是相同的；核力是强相互作用的一种表现，原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力；核子数越多其结合能也越大，越接近铁元素的比结合能越大；α射线、β射线都是带电粒子流，而γ射线是电磁波不带电．
【详解】
同位素的核外电子数量相同，所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质，故A错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核内相邻的的质子和质子之间、质子和中子之间、中子和中子之间均存在核力，故B错误；核子数越多其结合能也越大，所以的结合能比和都大，越接近铁元素的比结合能越大，所以的比结合能比和都小，故C正确；α射线实质是带正电的氦核、β射线实质是带负电的电子流都是带电粒子流，而γ射线是电磁波不带电，故D错误．故选C．
5．B
【解析】
β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，电子释放出来，不是来自核外电子。故A错误。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，根据可知，电子的动能减小，但原子要吸收能量，总能量增大，选项B正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，释放核能。故C错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，选项D错误；故选B.
6．D
【解析】
A．比结合能越大的原子核越稳定，故A错误；
B．光电效应的规律只能用光子学说解释，揭示了光具有粒子性，故B错误；
C．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，释放出光子，总能量减小，库仑力做正功，电子的动能增大，电势能减小。故C错误；
D．半衰期的大小与温度无关。故D正确。
故选D。
7．AC
【解析】
A、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，A正确；
B、汤姆生发现了电子，卢瑟福提出原子的核式结构模型，B错误；
C、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布规律与黑体的温度有关，随着温度的升高，辐射强度的极大值向频率比较高，即波长较短的方向移动，C正确；
D、β衰变是原子核内中子转化而来，D错误．
故选AC．
【点睛】
本题考查了普朗克的黑体辐射理论，卢瑟福原子核实结构模型等，知识点多，难度小，关键是记住基础知识．
8．BD
【解析】
根据玻尔理论，可知，原子能量的量子化；比结合能越大时，原子核越稳定；外界环境的变化不会影响半衰期；根据质能方程，结合质量亏损，从而即可求解．
【详解】
放射性物质的温度与压强不论如何变化，半衰期总不变，故A错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B正确；波尔理论：氢原子核外电子从某能级向另一能级跃迁的过程中，会释放或吸收能量的，则原子的能量会变化，故C错误；根据质能方程，及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于原子核的质量，故D正确；故选BD。
9．ACD
【解析】
根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项A正确；放射性物质的半衰期与外界因素无关，选项B错误；核子结合成原子核与原子核分解为核子是逆过程，质量的变化相等，能量变化也相等，故用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，还要另给它们分离时所需要的足够的动能（光子方向有动量），所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子，故C正确；根据质量数和电荷数守恒，某放射性原子核经过2次α衰变质子数减少4，一次β衰变质子数增加1，故核内质子数减少3个，D正确；故选ACD.
10．CD
【解析】
能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；由玻尔理论可知一群处于n=3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射种频率的光子，选项C正确；两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确。故选CD.
11．E＝mc2 越大 越多 正比 ΔE＝Δmc2
【解析】
物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：E＝mc2；由此可见，物体质量越大，其蕴含的能量越多．能量与质量成正比，所以质能方程又可写成ΔE＝Δmc2．
12．
【解析】
核反应过程中有能量放出，因此有质量亏损，根据ΔE＝Δmc2，而Δm＝mp+m-2mα，所以
ΔE＝（mp+m-2mα）c2
答案：（mp+m-2mα）c2
13．解：（1）核反应方程为:（2分）
（2）
【解析】
（1）核反应方程为:
（2）核反应的质量亏损: 4.00260u+9.01219u-1.008665u-12.0000u=0.006125u
由质能方程可得与质量亏损相当的能量：
14．(1)；(2)；；(3)
【解析】
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得:
(2)设质子、氘核的质量分别为、，当质子和氘核发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大，由动量守恒：
解得：
根据牛顿第二定律则有：
可得：
此核反应前后质子和生成核在磁场中做匀速圆周运动半径之比：
在磁场中做匀速圆周运动的等效电流强度：
此核反应前后质子和生成核在磁场中做匀速圆周运动的等效电流强度之比：
(3)质子轰击氘核损失的动能：
解得：
同理可得，氘核轰击质子系统损失的动能：
由于用质子轰击氘核和用氘核轰击质子核反应相同，故发生核反应所需的能量相同，由题意：
根据题意可得：
联立解得：