广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.4核力与结合能 同步练习（含解析）

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4.4核力与结合能
1．一静止的钠核发生衰变，衰变方程为，假设释放的核能全部转化为Mg和Y的动能，下列说法正确的是
A．中的A为24，与的中子数相同
B．衰变后的动量大小大于的动量大小
C．衰变后的动能小于的动能
D．钠核的比结合能大于镁核的比结合能
2．关于宇宙，下列说法中正确的是（）
A．越亮的恒星，寿命一定越长
B．地球是宇宙中唯一有卫星的行星
C．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上
D．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应
3．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（　　）
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
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小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
4．下列叙述正确的是（ ）
A．放射性物质的温度升高，则半衰期减小
B．结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
C．某放射性原子核经过两次α衰变和一次β衰变，核内中子数减少5个
D．根据玻尔理论，氢原子在辐射光子的同时，轨道半径也在连续地减小
5．2018年8月23日报道，国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS?)项目通过国家验收，投入正式运行，并将对国内外各领域的用户开放．有关中子的研究，下面说法正确的是( )
A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
B．卢瑟福发现中子的核反应方程
C．在中子轰击下生成的过程中，原子核中平均核子质量变小
D．β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转变为质子时所产生的
6．关于原子核，下列说法不．正．确．的是（ ）
A．在原子核中，质量数越大的原子核，结合能越大,原子核中的核子结合的越牢固
B．一个处于n=4能级的氢原子，向较低能级跃迁时最多能放出3种不同频率的光
C．的半衰期是5天，100克经过10天后剩下的的质量为25克
D．β衰变所释放的电子来自原子核外的电子
7．关于下列四幅图的说法，正确的是（　　）
A．甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为α射线
B．乙图中，用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，发现原来闭合的验电器指针张开，此时锌板和验电器均带正电
C．丙图为α粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型
D．丁图为核反应堆示意图，它是利用了铀核聚变反应所释放的能量
8．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是(???? )
A．重核裂变成和要吸收能量
B．核的结合能约为2MeV
C．中等质量的原子核最不稳定
D．两个核结合成核要释放能量
9．下列说法正确的是（ ）
A．图1：J.J.汤姆孙认为阴极射线本质是带负电的粒子流并求出其比荷
B．图2：卢瑟福根据绝大多数α粒子大角度散射实验结果提出原子的核式结构模型
C．图3：中等大小原子核的比结合能最大，其中核子结合得牢固，原子核最稳定
D．图4：自然界中较轻的原子核内质子数与中子数大致相等，稳定的重原子核内质子数比中子数多
10．不同的原子核，其核子的平均质量m（原子核的质量除以核子数）与原子序数Z的关系如图所示．下列说法中正确的是（ ）
A．随原子序数的增大核子的平均质量先减小后增大
B．原子核E的比结合能比原子核F的比结合能大
C．原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
D．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
11．一个静止的怀核自发衰变成一个铀核和另一个原子核,并释放出一定的能量.其核衰变方程为: .
(1)方程中的核符号为_____________.
(2)钚核的质量为,铀核的质量为,核的质量为,已知相当于的能量,则该衰变过程放出的能量是___________.(保留两位小数)
12．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的发生核反应，产生中子()和正电子()，即中微子，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母)
A．0和0 B．0和1
C．1和0 D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即 .
已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________________________．
(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小______．
13．铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核，已知铍核Be质量为9.012 190 u，α粒子质量为4.002 600 u，中子质量为1.008 665 u.
(1)写出核反应方程；
(2)算出释放的能量． 1u相当于931.5Mev的能量，1u等于一个碳12原子核的质量的十二分之一
14．一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u)后衰变成钍核型（原子质量为228.0287u）．已知：原子质量单位1u=1.67×10-27kg，1u相当于931MeV（计算结果均保留两位小数）
（1）写出核衰变反应方程
（2））并计算该核反应释放出的核能
（3）求钍核和α粒子的动能之比（动量大小相等方向相反）
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
原子核的衰变满足质量数和电荷数守恒，由电荷数守恒可判断Y应为电子，钠核发生的是衰变，由质量数守恒可知A=24，其中的中子数为24-12=12，的中子数为13，A项错误；一静止的钠核放出一个电子衰变成镁核，根据系统动量守恒知衰变后镁核的动量大小等于电子的动量大小，动量与动能的关系式，镁核的质量远大于电子的质量，所以衰变后镁核的动能小于电子的动能，B项错误，C项正确；衰变过程释放能量，可知镁核的比结合能大于钠核的比结合能，D项错误．
2．C
【解析】
恒星的寿命取决于恒星的质量，寿命越长说明恒星的质量越小，这是因为质量越小压力就越小，这种情况下恒星内部的核反应就更缓慢，故A错误；宇宙有卫星的行星很多，在太阳系中除了地球有月亮这个卫星外，十年前就已经发现火星有2个卫星、木星有16个卫星、土星有18个卫星、天王星有18个卫星、海王星有8个卫星，只有金星和水星还没有发现卫星，故B错误；银河系的中心有一个突起的核，称为核球，另外还有银盘和银晕，银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上，故C正确；在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生核聚变，释放巨大的核能，故太阳能发光、放热，故D错误．所以C正确，ABD错误．
3．C
【解析】
【详解】
A、原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量，而原子核的比结合能等于原子核结合能对其中所有核子的平均值。故A错误；
B、重原子核衰变成粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能。故B错误；
C、铯原子核与铅原子核都是中等质量的原子核，铯原子核（）的比结合能比铅原子核（）的比结合能略大，而铅原子核中的核子数比铯原子核的核子数多一半，所以铯原子核（）的结合能一定小于铅原子核（）的结合能，故C正确；
D、比结合能表示原子核结合松紧程度和稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定。故D错误。
4．C
【解析】
【详解】
A项：半衰期的大小与外界环境没有关系，放射性物质的温度升高，则半衰期不变，故A错误；
B项：比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固，故B错误；
C项：放射性原子核经过2次α衰变，质量数少8个，而质子数少4个，那么中子数少4个，而再经过一次β衰变，中子数减小一个，则核内中子数减少5个，故C正确；
D项：氢原子从激发态向基态跃迁时，氢原子将辐射光子，放出不连续的能量，轨道半径也不连续，故D错误。
5．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、所有粒子都具有波粒二象性，故A正确；
B、查德威克发现中子的核反应是：，故B错误；
C、裂变反应释放出能量，根据质能方程知，在中子轰击下生成和的过程中，释放大量的能量，由质量亏损，原子核中的平均核子质量变小，故C正确；
D、β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转变为质子时产生的，故D正确；
故选ACD．
6．AD
【解析】
【详解】
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A说法错误；一个处于 n=4 能级的氢原子，那么向较低能级跃迁时最多能放出 3 种不同频率的光，故B说法正确；的半衰期是5天，经过10天，即经过2个半衰期，未衰变的质量为25g，故C说法正确；β衰变所释放的电子来自原子核，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，故D说法错误。
7．BC
【解析】
试题分析：在图甲中根据左手定则和粒子偏转方向可知，沿轨迹1运动的射线带负电，应为β射线，故选项A错误；当用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，时由于用电器指针张开，说明发生了光电效应现象，即有光电子逸出，锌板因失去电子而带正电，此时与其相连的用电器上有部分电子移向锌板，两者都带正电，故选项B正确；丁图所示的核反应堆示意图，是利用了铀核裂变反应释放能量，故选项D错误；选项C说法正确。
考点：本题主要考查了对三种射线特征、光电效应现象、卢瑟福α粒子散射实验、核反应堆的掌握与理解问题，属于中档偏低题。
8．BD
【解析】
【详解】
A.因为重核的比结合能小于裂变产物的结合能，所以该反应释放能量，A错误。
B.根据图像可知的比结合能约为1MeV，所以的结合能，B正确。
C.中等质量的原子核比结合能最大，最稳定，C错误。
D.根据图像可知的比结合能大于两个的比结合能，所以反应释放能量，D正确。
9．AC
【解析】
【详解】
A项：汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，最终发现了电子，故A正确；
B项：卢瑟福通过分析少数α粒子的大角度散射实验数据，提出了原子的核式结构模型，故B错误；
C项：中等质量的原子核的比结合能最大，因此这些原子核是最稳定的，故C正确；
D项：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，在稳定的重原子核中，质子数比中子数少，故D错误。
10．AD
【解析】
【详解】
（1）由图象可知，随原子序数的增大核子的平均质量先减小后增大，A正确；
（2）由图象可知，原子核E的核子的平均质量大于原子核F核子的平均质量，若从E核转变为F，必然存在核子的质量亏损，释放能量，比结合能增加，故原子核F的比结合能更大，B错误；
（3）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，C错误；
（4）由图象可知，A裂变成原子核B和C时，核子的平均质量变小，核子发生了质量亏损，释放出核能，D正确；
故本题选AD
【点睛】
根据图象判断出各原子核质量关系，然后判断发生核反应时质量变化情况，结合质能方程分析判断．
11．； ；
【解析】
【详解】
[1]．根据质量数和电荷数守恒可得，故为；
[2]．该核反应的质量亏损
；
释放能量
．
12．A； 反应过程中动量守恒且总动量为零，若只放出一个光子，说明反应后总动量不为零，这与动量守恒定律相违背
【解析】
【详解】
（1）发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数分都是0，A项正确；
（2）由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，由E=△mc2，故一个光子的能量为，代入数据得=8.2×10﹣14J；正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒．
（3）物质波的波长为，要比较波长，需要将中子和电子的动量用动能表示出来，即，因为，所以，故．
13．(1)Be＋He→C＋n；　(2)5.71 MeV；
【解析】
(1)核反应方程式：Be＋He→C＋n.
(2)由题意得质量亏损Δm＝(9.012 190 u＋4.002 600 u)－(12.000 00 u＋1.008 665 u)＝0.006 125 u．由ΔE＝Δm×931.5 MeV得：释放的能量：ΔE＝0.006 125×931.5 MeV≈5.7 MeV.
14．）① ；②5.49MeV．③1：57．
【解析】
【详解】
(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得：
(2)质量亏损
根据爱因斯坦质能方程得：
(3)根据动量守恒定律得，钍核和α粒子动量大小相等，方向相反，有
因为
则
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