新教材高中物理第五章原子核第3節(jié)核力與結(jié)合能基礎(chǔ)訓(xùn)練含解析新人教版選擇性必修第三冊

PAGEPAGE10第3節(jié)核力與結(jié)合能課堂檢測1.（2021江蘇南通海安中學(xué)高三月考）下列關(guān)于核力與核能的說法正確的是()A.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，任意兩個核子之間都存在核力作用B.原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定C.核力是引起原子核β衰變的原因D.原子核中所有核子單獨(dú)存在時的質(zhì)量總和等于該原子核的總質(zhì)量答案：B解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，但是力的作用范圍很小，每個核子只對相鄰的核子有作用，A項(xiàng)錯誤；原子核的穩(wěn)定程度由比結(jié)合能決定，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B項(xiàng)正確；引起原子核發(fā)生β衰變的原因是弱相互作用，而核力是強(qiáng)相互作用，C項(xiàng)錯誤；原子核中所有核子單獨(dú)存在時的質(zhì)量總和大于該原子核的總質(zhì)量，因?yàn)樽杂珊俗有纬稍雍藭r要釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量要發(fā)生虧損，D項(xiàng)錯誤。2.對公式ΔE=ΔmcA.如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少ΔmB.如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)地增加ΔmC.Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D.在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核的質(zhì)量之差就是Δm答案：C解析：一定的質(zhì)量對應(yīng)一定的能量，物體的能量減少或增加了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少或增加Δm；原子核衰變時，放出能量，一定發(fā)生質(zhì)量虧損。3.（多選）在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結(jié)合成1個C原子，C原子的質(zhì)量是12.0000?u，He原子的質(zhì)量是4.0026?u。已知A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是0.0078?B.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是1.29×C.反應(yīng)過程中釋放的能量是7.26?D.反應(yīng)過程中釋放的能量是1.16×答案：A;B;C解析：由題意可得核反應(yīng)方程為324He→126C。則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078?4.盧瑟福用α粒子轟擊氮核時發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為?714N+?24He→?817O（1）這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量？相應(yīng)的能量變化為多少？（2）若入射氦核以v0=3×10答案：（1）吸收能量;1.2?（2）1.8×解析：（1）由Δm=mN所以這一核反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)吸收能量ΔE=|Δm|（2）以v0的方向?yàn)檎较?，由動量守恒定律可得又v解得v素養(yǎng)視角教材拓展原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系如圖是穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)(Z)與中子數(shù)(N)的關(guān)系，不難看出：較輕的原子核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，其中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。為什么有這樣的現(xiàn)象呢？穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系若質(zhì)子與中子成對地構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。若只增加中子，因?yàn)橹凶优c其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核，其中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會超過核力的作用范圍，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。素養(yǎng)演練1.關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是()A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B.穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C.原子核都是非常穩(wěn)定的D.由于核力的作用范圍有限、核力具有飽和性，不可能無節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在答案：D解析：質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多得越多，A、B錯誤；原子核可以發(fā)生衰變，C項(xiàng)錯誤；由核力作用特點(diǎn)可知，D項(xiàng)正確。課時評價作業(yè)基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練1.（多選）（2021北京昌平臨川學(xué)校高一月考）下列關(guān)于四種基本相互作用的說法正確的是()A.萬有引力把行星、恒星等聚在一起形成太陽系、銀河系和其他星系，故萬有引力只存在于天體之間B.四種基本相互作用是獨(dú)立存在的，有一種相互作用存在時，就一定不存在其他相互作用C.強(qiáng)相互作用和弱相互作用只存在于微觀粒子之間D.四種基本相互作用的規(guī)律有很多相似之處，因此科學(xué)家可能建立一種“統(tǒng)一場論”將四者統(tǒng)一起來答案：C;D解析：宇宙萬物任何兩個物體之間都存在著相互作用的吸引力，這種引力叫作萬有引力，故A項(xiàng)錯誤；四種基本相互作用的規(guī)律既是獨(dú)立的，又是統(tǒng)一的，有一種相互作用存在時，還可以存在其他相互作用，故B項(xiàng)錯誤；強(qiáng)相互作用存在于原子核內(nèi)，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)，弱相互作用是微觀粒子之間的一種作用力，作用距離約10-18m2.（多選）關(guān)于核力，下列說法中正確的是()A.核力是一種特殊的萬有引力B.原子核內(nèi)只有質(zhì)子和質(zhì)子之間有核力作用，而中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間則沒有核力作用C.核力是原子核穩(wěn)定存在的原因D.核力是一種短程強(qiáng)力作用答案：C;D解析：核力是短程力，只存在于相鄰的核子之間，核力是原子核穩(wěn)定存在的原因，質(zhì)子和質(zhì)子間、中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間均有核力作用。3.鐵核的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能大，下列關(guān)于它們的說法錯誤的是()A.鐵核的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能B.鐵核比鈾核穩(wěn)定C.鈾核發(fā)生核變化變成鐵核要放出能量D.鈾核發(fā)生核變化變成鐵核質(zhì)量要虧損答案：A解析：鐵核的比結(jié)合能大，則它穩(wěn)定些，鈾核的比結(jié)合能小，變成鐵核會放出核能，出現(xiàn)質(zhì)量虧損。4.某核反應(yīng)方程?12H+?13H→?24He+X。已知?12A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B.X是中子，該反應(yīng)釋放能量C.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D.X是中子，該反應(yīng)吸收能量答案：B解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可確定X為中子；比較反應(yīng)前后質(zhì)量的關(guān)系，可知是釋放能量。5.（2021江蘇丹陽高級中學(xué)高三月考）心臟起搏器使用“氚電池”供電，利用了氚核?13H發(fā)生βA.氚核衰變放出的β射線是電子流，來源于核外電子B.氚核經(jīng)β衰變后產(chǎn)生?C.氚核經(jīng)β衰變后，產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比氚核的小D.經(jīng)過12.5年后，剩余物質(zhì)的總質(zhì)量變?yōu)槌跏假|(zhì)量的一半答案：B解析：β衰變放出電子，來源于核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子時生成一個電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，故A項(xiàng)錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，則氚核發(fā)生β衰變的衰變方程為?13H→?23He+?-10e，故B6.中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD?，F(xiàn)用光子能量為E的γA.1B.1C.1D.1答案：C解析：根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放的能量為ΔE=(mD-mp7.（2021上海浦東高三一模）原子核A、B結(jié)合成放射性原子核C。核反應(yīng)方程是A+B→C，已知原子核A、B、C的質(zhì)量分別為mA、mB、mC，結(jié)合能分別為EA.原子核A、B、C中比結(jié)合能最小的是原子核CB.原子核A、B結(jié)合成原子核C，釋放的能量ΔE=(C.原子核A、B結(jié)合成原子核C，釋放的能量ΔE=D.大量原子核C經(jīng)歷兩個半衰期時，已發(fā)生衰變的原子核占原來的1答案：B解析：原子核的結(jié)合能是獨(dú)立核子結(jié)合成該核時釋放的能量，原子核A、B結(jié)合成放射性原子核C，要釋放能量，原子核C的比結(jié)合能最大，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的能量ΔE=(m8.（2021吉林油田第十一中學(xué)高三月考）已知氘核的平均結(jié)合能為1.1?MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1?A.釋放出4.9?MeVB.吸收4.9?MeVC.吸收24.0?MeVD.釋放出24.0?MeV答案：D解析：根據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可知兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為?12H+?12H→?29.（2021江蘇如皋中學(xué)高二月考）用放射源釙放出的α射線轟擊鈹?49Be時，能放出一種穿透力強(qiáng)的中性射線，這就是所謂的鈹“輻射”。1932年，英國物理學(xué)家查德威克用鈹“輻射”分別照射（轟擊）氫和氮（氫和氮可視為靜止），測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運(yùn)動的氫核和氮核的速度之比為7:1。查德威克假設(shè)鈹“輻射”是由一種質(zhì)量不為零的中性粒子構(gòu)成的，從而通過上述實(shí)驗(yàn)在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子，為人類確定原子核的結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻(xiàn)。若已知α粒子的質(zhì)量為4.001509?u，中子的質(zhì)量為1.008665?u，鈹核的質(zhì)量為9.01219?u，碳核的質(zhì)量為答案：?解析：根據(jù)題意可寫出發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為?可得核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm=該核反應(yīng)所釋放的核能為ΔE=931.5×0.005034?素養(yǎng)提升練10.為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mcA.E=mcB.根據(jù)ΔE=ΔmcC.一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.E=mc2中的答案：D解析：E=mc2中的E表示物體具有的總能量，m表示物體的質(zhì)量，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤；對于ΔE=Δmc2表示的意義是當(dāng)物體的能量增加或減小ΔE時，它的質(zhì)量也會相應(yīng)地增加或減少Δm，11.核廢水中含有很多放射性元素，其中Cs-137是最具危害的放射性元素，其衰變方程為?55137A.衰變方程中的電子是來自銫的核外電子B.經(jīng)過60年后，廢水中的銫會衰變完C.將核廢水排放到海水中，可以改變銫的衰變快慢D.Ba的比結(jié)合能比Cs的大答案：D解析：衰變方程中的電子來自銫核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子同時生成一個電子，A項(xiàng)錯誤；經(jīng)過兩個半衰期，剩余的銫為原來的14，B項(xiàng)錯誤；半衰期與外界因素?zé)o關(guān)，只與核內(nèi)部自身因素有關(guān)，C項(xiàng)錯誤；反應(yīng)釋放能量，所以Ba的比結(jié)合能比Cs的大，故D12.一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個核，同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、核質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為hA.核反應(yīng)方程是1B.核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=C.輻射出的光子的能量E=(D.γ光子的波長λ=答案：B解析：核反應(yīng)方程要遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，A項(xiàng)錯誤；核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3，B項(xiàng)正確；該反應(yīng)中釋放的核能以光子的形式釋放，光子的能量E=(m13.靜止的氡核?86222Rn放出α粒子后變成釙核?84218Po，α粒子動能為A.2B.0C.111D.109答案：C解析：核反應(yīng)過程中動量守恒，釙核與α粒子動量大小相等，由p=2mEk可求出釙核動能EkPo=210914.（2021山東濟(jì)南歷城二中高三月考）在研究原子核的衰變過程中，發(fā)現(xiàn)U?238發(fā)生衰變產(chǎn)生新核Th?234，其衰變方程為A.該衰變類型為β衰變B.衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒，所以沒有質(zhì)量虧損C.?92238UD.?92238U答案：C解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得衰變方程為?92238U→?90234Th+?24He，該衰變?yōu)棣了プ?，A項(xiàng)錯誤；衰變方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒，但是該反應(yīng)為放能反應(yīng)，有質(zhì)量虧損，B項(xiàng)錯誤；?9223815.（2021山西山大附中月考）已知?88226Ra、?86222Rn、?24He的靜止質(zhì)量分別是226.0254?u、222.0175?u、4.0026?A.?88B.?88226C.因?88226Ra的比結(jié)合能比?86222D.一個靜止的?88226Ra發(fā)生一次α衰變，產(chǎn)生的?86答案：B解析：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象就是質(zhì)量虧損，故A項(xiàng)錯誤；?88226?Ra發(fā)生α衰變釋放出核能，一次衰變釋放的核能E=(226.0254-222.0175-4.0026)×931.5?MeV=4.93695?MeV，故B項(xiàng)正確；原子核的比結(jié)合能越大，說明把它分成單個的核子需要賦予更多的能量，因此原子核更穩(wěn)定，?88226Ra的比結(jié)合能比?86222Rn的小，所以?86222Rn比創(chuàng)新拓展練16.一個靜止的鐳核?88226Ra發(fā)生衰變放出一個粒子變?yōu)殡焙?86222Rn。已知鐳核226質(zhì)量為226.0254?u，氡核222質(zhì)量為222.0163?（1）寫出核反應(yīng)方程；（2）求鐳核衰變放出的能量；（3）若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦隽Ｗ拥膭幽?，求放出粒子的動能。答案：?）?（2）