广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.4核力与结合能 课时训练（含解析）

4.4核力与结合能
1．2019年1月3日，“嫦娥四号”探测器完成了人类历史上的首次月背软着陆。“嫦娥四号”的核电池利用放射性同位素Pu衰变供电；静止的Pu衰变为铀核U和X粒子，产生热能并放出频率为ν的γ光子。已知：Pu、U和X粒子的质量分别为mPu、mU和mX，普朗克常数为h，光速为c。则下列说法正确的是
A．X粒子是He
B．U的比结合能比Pu的大
C．释放出的γ光子能量为(mPu—mU—mX)c2
D．若γ光子照射到某金属并发生光电效应，则光电子的最大初动能为hν
2．下列说法不正确的是（ ）
A．、和三种射线中，γ射线的穿透能力最强
B．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
C．卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为
D．质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个粒子，所释放的核能为
3．下列与粒子相关的说法中正确的是
A．天然放射性现象中产生的α射线速度与光速相当，贯穿能力很强
B．比结合能越小的原子核中核子结合的越牢固
C．(铀238)核放出一个α粒子后就变为(钍234)
D．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
4．下列说法正确的是__________
A．质量数越小的原子核，比结合能越大
B．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型
C．德国物理学家普朗克提出了量子假说，并成功解释了光电效应现象
D．氡的半衰期为3.8天，若取40个氡原子核，则经过7.6天剩下10个氡原子核
5．以下说法正确的是（ ）
A．黑体辐射的强度与频率的关系:随着温度的升高,各种频率的辐射强度都增加,辐射强度极大值向频率较低的方向移动
B．结合能越大,原子核结构一定越稳定
C．光子不仅具有能量,而且也具有动量
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时都可以被氢原子吸收
6．下列说法正确的是
A．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
B．某些原子核能够放射出粒子，说明原子核内有粒子
C．原子核的结合能越大，原子核越稳定
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一定能使该金属发生光电效应
7．下列说法正确的是（　　）
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，若从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功W越小
C．原子核内的某一核子与其它核子间都有核力作用
D．氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子的动能增加，原子的电势能减小
8．下列说法中正确的是　　
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
B．铀核衰变成新核和粒子，衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合
C．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态有关系
D．用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
9．有中子轰击原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为的质量分别、、、为m1、m2、m3、m4，原子核的半衰期为T，其比结合能小于原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（ ）
A．原子核比原子核更稳定
B．原子核中含有56个中子
C．裂变时释放的能量为（m1-2m2-m3-m4）c2
D．质量为m含铀矿石，经过一个半衰期后该矿石的质量剩下m/2
10．铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋2n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的有________．
A．X粒子是中子
B．X粒子是质子
C．U、Sr、Xe相比， Sr的比结合能最大，最稳定
D．U、Sr、Xe相比，U的质量数最多，结合能最大，最稳定
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．静止的锂核（）俘获一个速度为10.7×l06m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新的粒子．其中一个粒子为氦核（），它的速度大小为8×l06m/s，方向与反应前中子的速度方向相同．则：
（1）写出核反应方程：
（2）求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向：
（3）通过计算说明此反应过程中是否产生了质童亏损：
14．一个锂核质量为11.6505×10﹣27kg）受到一个质子（质量为1.6736×10﹣27kg）的轰击，变成两个 α粒子（质量为6.6466×10﹣27kg）．
（1）写出核反应方程式
（2）此过程是吸热还是放热？热量为多少？
参考答案
1．B
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X粒子质量数为4，电荷数为2，为，选项A错误；因反应放出能量，可知的比结合能比 的大，选项B正确；反应释放的总能量为(mPu-mU-mX)c2，因为有热量放出，则释放出的γ光子能量小于(mPu-mU-mX)c2，选项C错误. 若γ光子照射到某金属并发生光电效应，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能小于hν，选项D错误；
2．D
【解析】
A.、和三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．故A正确．
B.放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性．故B正确．
C.根据物理学史的知识可知卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为．故C正确．
D.一个粒子包含两个两个质子和两个中子，所以质子和中子结合成一个粒子，所释放的核能为
3．C
【解析】
天然放射性现象中产生的射线，只有γ射线速度与光速相当，贯穿能力很强，α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱，选项A错误；比结合能越大的原子核中核子结合的越牢固，选项B错误；铀(238）核放出一个α粒子，电荷数少2，质量数少4，则电荷数为90，质量数为234，变为钍234，故C正确。高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为，故D错误。故选C。
4．B
【解析】
A、中等大小的原子核，比结合能最大，原子核最稳定，故A错误；
B、 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故B正确；
C、德国物理学家普朗克提出了，认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，并利用能量子假说成功解释了黑体辐射的强度按波长分布的规律，爱因斯坦提出光子学，成功解析了光电效应，故C错误；
D、半衰期是一个统计规律，适用于大量原子核，不适用于数量很少的原子核，故D错误。
【点睛】
本题考查了知识点较多，考查了比结合能、原子核式结构模型、量子的假说和半衰期等，需要同学们在平时学习过程中注意掌握，同时要熟练应用。
5．C
【解析】
随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动，故A错误；比结合能越大，原子核结构一定越稳定，故B错误；康普顿效应深入地揭示了光的粒子性，遵守能量守恒和动量守恒，它表明光子不仅具有能量而且具有动量，故C正确；当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D错误．所以C正确，ABD错误．
6．A
【解析】
根据质量数守恒与电荷数守恒可知，选项A的核反应方程式中，可以判断X的质量数为0，电荷数为：z=55-56=-1，所以X为电子，故A正确；原子核能够放射出β粒子，是由于原子核内发生β衰变，其中的中子转化为质子而放出的电子，故B错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故C错误；根据玻尔理论可知，氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时减小的能量大于氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时减小的能量，所以氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量，根据光电效应发生的条件可知，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也不能使该金属发生光电效应，故D错误。故选A。
7．BD
【解析】
元素的放射性不受化学形态影响，说明射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，故A错误；B、由Ekm=hγ-W0可知在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，若从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功W越小，故B正确；核力属于短程力，只有相近的才有作用力，故C错误；氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子的速度增加，动能增加，原子的电势能减小，故D正确；故选BD。
8．BD
【解析】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故A错误；
B．衰变后的产物相对于衰变前要稳定，所以铀核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，故B正确；
C．放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，故C错误；
D．射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故D正确；
【点睛】
本题考查了核反应、半衰期、结合能、射线特点等基础知识点，比较简单，关键要熟悉教材，掌握并牢记这些基础知识点．
9．AC
【解析】
A、比结合能的大小反应原子核的稳定程度，原子核的比结合能小于原子核的比结合能，所以?原子核比原子核更稳，故A正确；
B、由原子核的组成特点可知原子核中含有56个质子，中子数为：个，故B错误；
C、由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得裂变时释放的能量为：，故C正确；
D、经过一个半衰期后，铀的质量剩下，矿石中其他元素质量不变，故D错误；
故选AC。
10．AC
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，选项A正确，B错误；根据图像可知、、 相比的比结合能最大，最稳定；的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，选项C正确，D错误；故选AC.
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）
（2）方向与反应前中子速度方向相反
（3）质量亏损
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒，书写核反应方程；Li俘获中子发生核反应的过程，动量守恒，根据动量守恒定律求解未知粒子X的速度大小和方向；表示出反应前后得总动能进行比较解答；
解：(1)
(2)用m1、m2和m3分别表示中子()、氦核()和氚核（ )的质量，用v1、v2和v3分别表示中子、氦核和氚核的速度，由动量守恒定律得，则有，代入数值，得，即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应前中子的速度方向相反；
(3)反应前的总动能
反应后的总动能
经计算知
故可知反应中发生了质量亏损．
14．（1）； （2）△E=17.3MeV
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程，算出亏损质量，依据E=mc2，可以求得释放的核能；轰击前后能量守恒．反应后生成α粒子的总动能等于核反应过程中释放出的核能与碰撞前质子的动能之和．
【详解】
（1）根据题意可知该反应的核反应方程式：
（2）根据质能方程得：△E=（mLi+mp﹣2mα）c2
代入数据得：△E=17.3MeV，所以此过程释放能量．
【点睛】
本题比较简单考查了核反应方程、核能计算等基础知识，越是简单基础问题，越要加强理解和应用，为解决复杂问题打下基础．