5.3 核力与结合能 同步练习-2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册(含解析)

5.3、核力与结合能一、选择题（共17题）1．根据有关放射性方面的知识可知，下列说法正确的是()A．随着气温的升高，氡的半衰期会变短B．许多元素能自发地放出射线，使人们开始认识到原子是有复杂结构的C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时，放出的能量为(m1＋m2－m3)c22．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为H＋H→He＋n，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3。假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（）A．核反应后氦核与中子的动量相同B．该核反应释放的能量为E＝（m2+m3-2m1）c2C．核反应后氦核的动能为D．核反应后中子的动能为3．钴核（）放出一个粒子后衰变成一个镍核（），并伴随产生了射线。已知钴核、粒子、镍核的质量分别为、、，下列说法正确的是（）A．核反应中释放的能量为B．放出的射线的穿透本领比粒子弱C．放出的粒子是钻原子核内中子转化而来D．若有16个钴原子核，经过一个半衰期后只剩下8个钻原子核4．下列关于原子和原子核的说法正确的是（）A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核外B．某放射性元素的半衰期为3小时，4个该元素的原子核经过3小时之后变成2个C．卢瑟福通过粒子散射实验发现了质子D．平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固5．已知Ra、Rn、He的静止质量分别是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV.当Ra发生α衰变时，下列说法正确的是（）A．Ra的质量等于组成它的核子的质量之和B．Ra发生一次α衰变释放的核能为4.93695MeVC．因Ra的比结合能比Rn小，所以Ra比Rn更稳定D．一个静止的发生一次α衰变，产生的Rn和He的速度之比约为111∶26．“四种基本相互作用”指的（）A．万有引力，弹力，摩擦力，重力B．引力相互作用，电磁相互作用，强相互作用，弱相互作用C．斥力相互作用，电磁相互作用，强相互作用，弱相互作用D．性质力，效果力，动力，阻力7．下列有关核反应方程的说法正确的是（）A．居里夫妇发现放射性磷的反应方程式为B．查德威克发现中子的方程式为C．太阳内部的热核反应，产物X是电子D．是铀核裂变方式之一，其产物的结合能比的结合能大8．1932年考克饶夫特（J•D•Cockroft）和瓦尔顿（E•T•S•Walton）发明了世界上第一台粒子加速器——高压倍压器，他们将质子（）加速到0.5MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9MeV的氦核，这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应．下列说法正确的是（）A．X是63LiB．X由组成C．上述核反应中出现了质量亏损D．上述核反应的类型是裂变9．放射性同位素钍232经、衰变会生成氧，其衰变方程为，其中（）A．， B．， C．， D．，10．下列关于核力与核能的说法正确的是（）A．核力是引起原子核β衰变的原因B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定11．关于核反应方程，其中X为原子核的质量数，则下列说法正确的是（）A．该反应属于衰变 B．中含有144个中子C．的平均结合能比大 D．该反应新生成的粒子不具有放射性12．已知的半衰期为T，关于核反应方程（为释放出的核能，为新生成的粒子）下列说法正确的是（）A．比少1个中子，此反应为衰变B．N0个（N0数值足够大），经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为C．的比结合能为D．与其他元素形成的化合物的半衰期小于T13．随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识，下列说法正确的是（）A．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象B．原子核中，质子与质子间有核力，质子和中子间没有核力C．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固D．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的14．太空中的射线暴是从很远的星球发射出来的，当某次射线暴发生时，数秒内释放的能量大致相当于当前太阳质量全部发生亏损时所释放的能量。已知太阳光从太阳传到地球需要的时间为t，地球绕太阳公转的周期为T，真空中的光速为c，万有引力常量为G。则这次射线暴发生时所释放的能量△E为（）A． B．C． D．15．下列说法正确的是（）A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型B．是核聚变反应C．结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定D．1个经过、衰变形成的过程中，共有6个中子转变为质子16．下列说法正确的是（）A．爱因斯坦利用自己提出的能量量子化理论解释了光电效应B．比结合能越大的原子核，原子核越稳定C．一个氢原子从的激发态跃迁到基态时，能辐射6种不同频率的光子D．天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构17．在粒子散射实验中，当粒子最接近金核时，（）A．粒子动能最小 B．粒子受到的库仑力最大C．粒子电势能最小 D．粒子与金核间有核力作用二、填空题18．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子轰击静止的，生成两个动能均为8.9MeV的。（1MeV＝1.6×10－13J）（1）上述核反应方程为________。（2）质量亏损为________kg。19．一个静止的钚核自发衰变成一个铀核和另一个原子核X，并释放出一定的能量。其核衰变方程为：。(1)方程中的X核符号为______。(2)钚核的质量为239.0521u，铀核的质量为235.0439u，X核的质量为4.0026u，已知1u相当于931.5的能量，则该衰变过程放出的能量是______。（保留两位小数）20．一个中子和一个质子能结合成一个氘核，请写出该核反应方程式：______；已知中子的质量是mn，质子的质量是mp，氘核的质量是mD，光在真空的速度为c，氘核的结合能的表达式为___________．21．完成下列内容

(1)请写出铀23892U发生α衰变生成钍23490Th的核反应方程______________________(2)若在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为________(真空中的光速为c)．

(3)放射性元素X的半衰期是2天，2g该元素经过4天还剩________g．三、综合题22．两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞，引起反应：。（1）此核反应中放出的能量为多少?(氘核质量为2.0136u，氚核质量为3.0156u，质子质量为1.0073u，1u的质量对应931.5MeV的能量，结果保留三位小数)；（2）若放出的能量全部变为新生核的动能，求新生的质子与氚核的动能之比；（3）若放出的能量全部变为新生核的动能，则质子具有的动能是多少?(保留三位有效数字)23．地球上存在3个天然放射系，即钍系、铀系和锕系，它们的母体半衰期很长，其中大多数成员具备a放射性，少数具有β放射性，一般都伴随γ辐射，经过不断衰变最终都变成稳定的铅同位素，其中钍系与铀系的衰变过程如下所示。钍系∶，铀系∶，已知的质量分别为m1、m2、m3、m4、m5，光速用c表示。（1）写出钍系衰变过程中X粒子的种类；（2）求钍系衰变成稳定的铅同位素的过程中发生β衰变的次数并写出推导过程；（3）求铀系衰变成稳定的铅同位素的过程中放出的能量。24．北京奥运会场馆周围80℅-90℅的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90℅的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术。科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（）转化成一个氦核（）和两个正电子（）并放出能量。（已知质子质量mP=1.0073u，α粒子的质量mα=4.0015u，电子的质量me=0.0005u。1u的质量相当于931.5MeV的能量．）（1）写出该热核反应方程；（2）一次这样的热核反应过程中的质量亏损；（3）释放出多少MeV的能量？（结果保留四位有效数字）参考答案：1．D【详解】:A、半衰期与环境因素无关;气温升高,氡的半衰期不变.故A错误;B、能自发地放出射线,使人们通过天然放射现象,开始认识到原子核是有复杂结构的,故B错误;C、衰变时所释放的电子来源于原子核中子转变质子而放出的,故C错误;D、当氢核与中子结合为氘核时,则质量亏损为;由质能方程可以知道,放出的能量为,所以D选项是正确的;综上所述本题答案是：D2．C【详解】A．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞，根据动量守恒定律知，反应前的总动量为零，则反应后总动量为零，即氦核和中子的动量大小相等，方向相反，故A错误；B．根据爱因斯坦质能方程得△E=△mc2=(2m1−m2−m3)c2故B错误；CD．反应后氦核和中子的总动能来自释放的核能以及反应前氘核的总动能之和，则反应后氦核和中子的总动能为：2Ek+E，根据动量守恒知，氦核和中子的动量大小相等，方向相反，由可知，氦核和中子的动能之比为1：3，则核反应后中子的动能氦核的动能故C正确，D错误。故选C。3．C【详解】A．根据质能方程可知核反应中释放的能量为，A错误；B．根据三种射线的特点可知，射线的穿透本领比粒子强，B错误；C．根据β衰变的本质可知，β粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，C正确；D．半衰期是对大量原子衰变的统计结果，对少数原子没有意义，D错误。故选C。4．D【详解】A．β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时产生一个电子，这个电子以β射线的形式释放出去，同时辐射出γ光子，故A错误；B．半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故B错误；C．卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，通过α粒子轰击氮核发现质子，故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，故D正确。故选D。5．B【详解】A．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象就是质量亏损，故A错误；B．Ra发生α衰变释放出核能，一次衰变释放的核能故B正确；C．原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要赋予更多的能量，因此原子核更稳定，Ra的比结合能比Rn小，所以Rn比Ra更稳定，故C错误；D．由衰变时动量守恒可知，Rn和的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故Rn和的速度之比约为2∶111，故D错误。故选B。6．B【详解】自然界有四种基本的相互作用力：万有引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用．ACD错误B正确；故选B．7．D【详解】A．居里夫妇发现放射性磷的反应方程式为，选项A错误；B．查德威克发现中子的方程式为，选项B错误；C．太阳内部的热核反应，产物X是，是电子，选项C错误；D．是铀核裂变方式之一，原子核的核子数越多其结合能越大，所以其产物的结合能比的结合能大，选项D正确。故选D。8．C【详解】根据质量与电荷数守恒，则有：；

在X是．故AB错误；由于质子（）加速到0.5MeV的能量去撞击静止的原子核，可知碰撞前系统的动能为0.5MeV，而碰撞后系统的动能为2×8.9MeV=17.8MeV，系统的动能增大，根据爱因斯坦质能方程可知上述核反应中出现了质量亏损．故C正确；由题，结合核反应的特点可知，上述核反应的类型是人工核反应．故D错误．故选C．9．D【详解】由质量数和电荷数守恒可得解得，故选D。10．B【详解】A．弱相互作用是引起原子核衰变的原因，故A错误；B．核子结合成原子核时释放能量，发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确；C．核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故C错误；D．原子核的平均结合能越大，原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。故选B。11．B【详解】A．该反应属于衰变，故A错误；B．的质量数为（个）中含有的中子数为（个）故B正确；C．衰变过程中释放能量，新核更稳定，因此新核的比结合能较大，故C错误；D．具有放射性，它能放出一个电子而衰变成镤核，故D错误。故选B。12．A【详解】A．由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0，电荷数是-1，为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，故A正确；B．经2T时间还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为，故B错误；C．的比结合能是234个核子结合成Th234时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量△E，所以的比结合能不是，C错误；D．半衰期与原子核所处物理环境和化学状态均无关，则与其他元素形成的化合物的半衰期依然为T，故D错误。故选A。13．C【详解】A．玻尔理论成功地引入了量子的概念解释了氢光谱，但保留了太多的经典理论，他没有建立量子理论,故A错误；B．核力是指原子核中核子之间的力，原子核中质子和中子都是核子，相互之间都有核力，故B错误；C．比结合能是指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所以比结合能越大，原子核越牢固，所以C正确；D．β衰变中产生的β射线实际上是原子核内.的中子变成质子和电子，产生的电子是从核内发出的,并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的,故D错误。故选C。14．B【详解】设地球绕太阳运动轨道半径为r，地球质量为m，根据万有引力公式得又联立解得根据题意，射线暴发生时，能量大致相当于当前太阳质量全部发生亏损所释放的能量，即根据爱因斯坦质能方程解得，故B正确，ACD错误。故选B。15．AD【详解】A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，A正确；B．核聚变是两个轻核相聚碰撞，结合成质量较大的原子核的过程，故可知是核裂变反应，B错误；C．比结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定，C错误；D．1个经过、衰变形成的过程中，根据质量数和电荷数守恒知，发生了8次α衰变，发生6次β衰变，β衰变的实质即为中子转化为中子同时释放电子，D正确。故选AD。16．BD【详解】A．普朗克提出的能量量子化理论，爱因斯坦解释了光电效应，选项A错误；B．比结合能越大的原子核，原子核越稳定，选项B正确；C．一个氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子，选项C错误；D．天然的放射性现象产生的射线均来自原子核内部，所以天然的放射性现象使人类认识到原子核内部具有复杂的结构，选项D正确。故选BCD。17．AB【详解】AC．在粒子最接近金核时，即已经到了不能再靠近的位置，此时它的速度必为最小，动能最小。由于粒子能量守恒，此时它应该是电势能最大。A正确，C错误；B．根据库仑力公式，距离最小时受到的库仑力最大，B正确；D．核力是核子之间的强相互作用，它只发生在某个原子核内相邻的几个核子之间，因此粒子与金核间是不可能有核力的。D错误。故选AB。18．

3.08×10-29kg【详解】（1）由题意知核反应方程为（2）由题意得核反应放出的能量为根据质能方程解得19．

5.22【详解】(1)根据