2022年高中物理同步講義（人教版選修性必修第3冊）：第21講 核力與結(jié)合能（解析版）

第21講核力與結(jié)合能目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)。知道四種基本相互作用。2.能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷守恒寫出核反應(yīng)方程。1.知道核力的概念、特點和四種基本相互作用。2.了解結(jié)合能和比結(jié)合能的概念。3.認(rèn)識原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行相關(guān)的計算。知識精講知識精講知識點01核力與四種基本相互作用1．核力：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核．這種作用稱為強相互作用。2．強相互作用的特點(1)強相互作用是短程力，作用范圍只有約10－15m。(2)距離增大時，強相互作用急劇減?。^10－15m，相互作用不存在。3．弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。4．四種基本相互作用【知識拓展】1．核力(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)；(2)核力是短程力，約在10－15m數(shù)量級時起作用，距離大于0.8×10－15m時為引力，距離小于0.8×10－15m時為斥力，距離超過1.5×10－15m時核力幾乎消失。(3)核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。2．四種基本相互作用的作用尺度(1)在原子核內(nèi)，強相互作用將核子束縛在一起；(2)在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體；(3)萬有引力主要作用于宏觀和宇宙尺度上，是萬有引力使行星繞著恒星運行，并且聯(lián)系著星系團(tuán)。【即學(xué)即練1】下列的若干敘述中，正確的是（）A．玻爾根據(jù)光的波粒二象性，大膽提出假設(shè)，認(rèn)為實物粒子也具有波動性B．由黑體輻射強度與波長的關(guān)系，溫度越高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移C．將核子束縛在原子核內(nèi)的核力，是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用D．湯姆遜首先發(fā)現(xiàn)了電子，從而說明原子核內(nèi)有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)【答案】C【分析】A．德布羅意根據(jù)光的波粒二象性，大膽提出假設(shè)，認(rèn)為實物粒子也具有波動性，選項A錯誤；B．由黑體輻射強度與波長的關(guān)系，溫度越高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項B錯誤；C．將核子束縛在原子核內(nèi)的核力，是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用，選項C正確；D．湯姆遜首先發(fā)現(xiàn)了電子，從而說明原子內(nèi)有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，選項D錯誤。故選C?！炯磳W(xué)即練2】科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用.我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實質(zhì)上是屬于A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用【答案】B【分析】分子力作用范圍約在數(shù)量級上.強相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在和之內(nèi)，在分子力作用范圍內(nèi)強相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范圍內(nèi)引力相互作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠(yuǎn)大于萬有引力，引力相互作用可以忽略不計，因此分子力本質(zhì)上屬于電磁相互作用.A．引力相互作用，與結(jié)論不相符，選項A錯誤；B．電磁相互作用，與結(jié)論相符，選項B正確；C．強相互作用和弱相互作用的共同作用，與結(jié)論不相符，選項C錯誤；D．四種基本相互作用的共同作用，與結(jié)論不相符，選項D錯誤；故選B.知識點02結(jié)合能與質(zhì)量虧損（一）結(jié)合能1．結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。2．比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定．中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。（三）質(zhì)量虧損1．質(zhì)能方程：物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系是：E＝mc2。2．質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象?！局R拓展】1.結(jié)合能和比結(jié)合能結(jié)合能把原子核分成核子時吸收的能量或核子結(jié)合成原子核時放出的能量比結(jié)合能等于原子核的結(jié)合能與原子核中核子個數(shù)的比值，它反映了原子核的穩(wěn)定程度比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示從圖中可看出，中等大小的核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等大小的核的比結(jié)合能要小2.質(zhì)量虧損核能的計算（1）質(zhì)量虧損Δm的理解：所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。2．質(zhì)能方程E＝mc2的理解(1)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。(2)運用質(zhì)能方程時應(yīng)注意單位．一般情況下，公式中各量都應(yīng)取國際單位制單位。但在微觀領(lǐng)域，用國際單位制單位往往比較麻煩，習(xí)慣上常用“原子質(zhì)量單位”和“電子伏特”作為質(zhì)量和能量的單位，1u對應(yīng)931.5MeV能量。【即學(xué)即練3】2021年5月28日，中科院合肥物質(zhì)研究院的EAST裝置，首次使中國“人造太陽”等離子體的電子溫度達(dá)到1.2億度，維持了101秒。已知中國“人造太陽”中的核反應(yīng)方程是，H的比結(jié)合能為1.09MeV，H的比結(jié)合能為2.78MeV，由此可知He的比結(jié)合能為（）A．7.03MeV B．5.56MeV C．4.36MeV D．3.87MeV【答案】A【分析】設(shè)He的比結(jié)合能為，根據(jù)放能的核反應(yīng)發(fā)生規(guī)律是：生成物釋放的結(jié)合能與反應(yīng)物吸收的結(jié)合能之差，有解得故選A。【即學(xué)即練4】下列說法中正確的是（）A．比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能增大，原子總能量減小C．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．放射性元素衰變的快慢不僅與原子核內(nèi)部自身的因素有關(guān)，還跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)【答案】A【分析】A．比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定，選項A正確；B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，根據(jù)可知，電子的動能減小，原子能級變大，總能量變大，選項B錯誤；C．β射線為原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的負(fù)電子，選項C錯誤；D．放射性元素衰變的快慢僅與原子核內(nèi)部自身的因素有關(guān)，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，選項D錯誤。故選A。能力拓展能力拓展考法01質(zhì)能方程【典例1】靜止在勻強磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質(zhì)量數(shù)為A，電荷數(shù)為Z，核X、核Y和α粒子的質(zhì)量分別為mX、mY和mα，假設(shè)核反應(yīng)過程中釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和Y核的動能。α粒子在磁場中運動的半徑為R。則（）A．衰變方程可表示為B．核反應(yīng)中釋放的核能為（mx-my-mα）c2C．Y核在磁場中運動的半徑為D．Y核的動能為【答案】C【分析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，衰變方程為故A錯誤；B．此反應(yīng)中放出的總能量反應(yīng)放出的能量不是Y核的結(jié)合能，故B錯誤；C．核反應(yīng)前后系統(tǒng)動量守恒，即新核和α粒子在磁場中做圓周運動時，洛倫茲力提供向心力，有聯(lián)立兩式可知核Y和α粒子在磁場中運動的半徑之比α粒子在磁場中運動的半徑為R，所以核Y在磁場中運動的半徑故C正確；D．核X發(fā)生衰變前后，根據(jù)能量守恒定律有又由于聯(lián)立兩式整理得核Y的動能代入△E可知D錯誤。故選C?？挤?2原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能【典例2】核電池可通過半導(dǎo)體換能器，將放射性同位素衰變過程釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。一靜止的核衰變?yōu)楹撕托铝Ｗ樱⑨尫懦靓霉庾?。已知、的質(zhì)量分別為、，下列說法正確的是（）A．的衰變方程為B．釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)榈膭幽?、新粒子的動能和γ光子能量C．的結(jié)合能比的結(jié)合能更大D．核反應(yīng)過程中釋放的核能為【答案】B【分析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，的衰變方程為故A錯誤；BD．根據(jù)質(zhì)能方程可知，釋放的核能為釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)榈膭幽?、新粒子的動能和γ光子能量，故B正確，D錯誤；C．比的核子數(shù)少，則結(jié)合能比的結(jié)合能小，但的比結(jié)合能比的比結(jié)合能更大，故C錯誤；故選B。分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為→＋。下列說法正確的是（）A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量【答案】B【分析】B．衰變過程中滿足動量守恒定律，所以衰變后釷核的動量與α粒子的動量等大反向，故B正確；A．由動能和動量的關(guān)系式Ek＝mv2＝可知，由于釷核的質(zhì)量大于α粒子的質(zhì)量，所以釷核的動能小于α粒子的動能，故A錯誤；C．半衰期的定義是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，并不是其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間，故C錯誤；D．由于該反應(yīng)放出能量，所以一定會發(fā)生質(zhì)量虧損，衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，故D錯誤。故選B。2．下列對物理知識的理解正確的有（）A．射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住B．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等C．放射性元素釙的半衰期為138天，的釙經(jīng)276天，已發(fā)生衰變的質(zhì)量為D．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為、、，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個粒子釋放的能量是【答案】A【分析】A．射線在空氣中的射程只有幾厘米，只要一張紙就能擋住。故A正確；B．根據(jù)德布羅意波長計算表達(dá)式，有質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，當(dāng)它們動能相等時，質(zhì)子的動量大于電子，所以質(zhì)子的德布羅意波長比電子小。故B錯誤；C．放射性元素釙的半衰期為138天，的釙經(jīng)276天，發(fā)生兩次衰變，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼乃姆种唬寻l(fā)生衰變的質(zhì)量為。故C錯誤；D．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為、、，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個粒子釋放的能量是。故D錯誤。故選A。3．1919年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為：。該核反應(yīng)過程中吸收的能量為Q。設(shè)X粒子的比結(jié)合能為E1，氮核的比結(jié)合能為E2，氧核的比結(jié)合能為E3，則下列說法正確的是（）A．在核反應(yīng)過程中，X表示粒子B．核反應(yīng)過程中吸收的能量可以表示為C．核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損可以表示為D．若X粒子以動能Ek轟擊靜止的，若Ek=Q，則該核反應(yīng)可以發(fā)生【答案】B【分析】A．根據(jù)核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，可知X表示粒子，A錯誤；B．比結(jié)合能為：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)比，單獨核子無結(jié)合能，則有解得B正確；C．由愛因斯坦方程解得又故C錯誤；D．若X粒子以動能Ek轟擊靜止的，說明X粒子具有動量，由動量守恒可知，反應(yīng)后的總動量不為零，生成物也具有動量，故也有動能，該生成物的動能為Ek1，則有Ek1+Q>Ek，D錯誤。故選B。4．下列說法錯誤的是（）A．液晶一種特殊的化合物，具有各向異性B．非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，但有確定的熔化熱C．核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，可為引力也可為斥力D．在完全失重狀態(tài)下，一固定容器中裝有能浸潤其器壁的液體時，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體將會沿器壁流散【答案】B【分析】A．液晶一種特殊的化合物，具有各向異性，所以A正確，不符合題意；B．非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也沒有確定的熔化熱，所以B錯誤，符合題意；C．核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，可為引力也可為斥力，所以C正確，不符合題意；D．在完全失重狀態(tài)下，一固定容器中裝有能浸潤其器壁的液體時，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體將會沿器壁流散，所以D正確，不符合題意；故選B。5．“玉兔號”月球車上有一種小型核能電池，以提供月球車長時間處于黑夜工作時需要的電能，核能電池中核反應(yīng)方程為，下列說法正確的是（）A．X是中子 B．X的電離能力比粒子強C．該核反應(yīng)為重核的裂變反應(yīng) D．的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大【答案】D【分析】A．根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X為β粒子（即電子），故A錯誤；B．β粒子的電離能力比α粒子弱，故B錯誤；C．該反應(yīng)為重核的β衰變，故C錯誤；D．核反應(yīng)生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定，則比穩(wěn)定，所以的比結(jié)合能比的比結(jié)合能大，故D正確。故選D。6．下列說法正確的是（）A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小B．光電效應(yīng)能否發(fā)生取決于光照強度的強弱C．平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定D．射線是原子的核外電子電離后形成的電子流【答案】C【分析】A.半衰期與溫度無關(guān)，放射性物質(zhì)的溫度升高，半衰期不變，故A錯誤；B.光電效應(yīng)能否發(fā)生取決于光的頻率，無光的強度無關(guān)，故B錯誤；C.比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故C正確；D.射線是原子的核內(nèi)中子分裂成的，故D錯誤。故選C。7．有關(guān)原子核方面的知識，下列說法正確的是（）A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小C．射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．所有的核反應(yīng)都存在質(zhì)量虧損【答案】A【分析】A．比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定，故A正確；B．半衰期是由放射性元素本身決定的，壓力、溫度對放射性元素的半衰期沒有影響，故B錯誤；C．β射線的本質(zhì)是原子核內(nèi)部一個中子變成一個質(zhì)子和電子產(chǎn)生的，故C錯誤；D．放出能量的核反應(yīng)存在質(zhì)量虧損，吸收能量的核反應(yīng)存在質(zhì)量增加，故D錯誤。故選A。8．近代物理和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人類的生產(chǎn)和生活方式推動了人類文明與進(jìn)步。關(guān)于近代物理知識下列說法正確的是（）A．若氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光有可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)B．查德威克預(yù)言了中子的存在，盧瑟福通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子C．玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規(guī)律，其局限性在于保留了經(jīng)典粒子的觀念D．釙（）是氡（）的衰變產(chǎn)物之一，故釙（）的比結(jié)合能大于氡（）的比結(jié)合能【答案】D【分析】A．氫原子從能級躍遷至?xí)r輻射的光子能量大于從躍遷至輻射的光子能量，故A錯；B．盧瑟福預(yù)言了中子的存在，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，故B錯；C．玻爾理論只成功解釋了氫原子光譜規(guī)律，故C錯；D．衰變產(chǎn)物新核更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，故D對。故選D。9．下列說法正確的是（）A．湯姆孫通過α粒子散射實驗，提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)B．一群處于n=4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生4種譜線C．結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定D．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒【答案】D【分析】A．盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)，故A錯誤；B．一群處于n=4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生種譜線，故B錯誤；C．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故C錯誤；D．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，故D正確。故選D。10．在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核（原子序數(shù)較大）發(fā)生了一次α衰變．放射出的α粒子（）在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動，其半徑為R．以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量，以M表示新核的質(zhì)量．設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能．則下列說法正確的是A．新核做圓周運動的半徑一定大于RB．若α粒子在磁場中做逆時針的圓周運動，則新核在磁場中做順時針的圓周運動C．該衰變過程的質(zhì)量虧損為M－mD．該衰變過程的質(zhì)量虧損為【答案】D【分析】A.因為衰變前原子核靜止，根據(jù)動量守恒可知，衰變后產(chǎn)生的新核和α粒子總動量為零，動量大小相等，方向相反，根據(jù)可知，新核帶電量大，新核半徑小，所以新核做圓周運動的半徑一定小于R，A錯誤．B.因為新核和α粒子運動方向相反，而都帶正電，根據(jù)左手定則可以判斷兩粒子圓周運動方向相同，B錯誤．CD.根據(jù)可知，α粒子的動量，所以反應(yīng)釋放能量：，根據(jù)愛因斯坦方程，聯(lián)立上式解得：．C錯誤，D正確．題組B能力提升練1．運動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的質(zhì)量分別是M、m，α粒子的動能為E，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速。則在上述核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損是（）A． B．EC．E D．E【答案】B【分析】核反應(yīng)中動量守恒，有mvα=MvXα粒子的動能為根據(jù)能量守恒得由愛因斯坦質(zhì)能方程得聯(lián)立解得故選B。2．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少．核泄漏中的钚是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素的半衰期為24100年，其衰變方程為，下列有關(guān)說法正確的是（）A．X原子核中含有90個質(zhì)子B．100個經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C．由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)，衰變過程總質(zhì)量增加D．衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力【答案】D【分析】A．根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，設(shè)X的電荷數(shù)為m，質(zhì)量數(shù)為n，則解得X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，則有92質(zhì)子，A錯誤；B．半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，B錯誤；C．由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)衰變過程總質(zhì)量減小，C錯誤；D．衰變發(fā)出的γ放射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。故選D。3．放射性的應(yīng)用非常廣泛，幾乎遍及各行各業(yè)。在農(nóng)業(yè)上，常用于輻射育種、刺激增產(chǎn)、輻射防治蟲害和食品輻照保藏與保鮮等；在醫(yī)學(xué)上，常用于腫瘤的放射治療。一個發(fā)生核反應(yīng)放出一個粒子后衰變成一個，并輻射出光子。已知的半衰期為5.27年，該反應(yīng)中、粒子、的質(zhì)量分別為、、。下列說法正確的是（）A．核反應(yīng)中釋放的能量為B．核反應(yīng)中釋放出的光子的電離能力比粒子強C．光子的能量越高，其頻率越大，動量越大D．若有16個原子核，經(jīng)過5.27年后一定剩下8個原子核【答案】C【分析】A．根據(jù)質(zhì)能方程可知核反應(yīng)中釋放的能量為（m1-m2-m3）c2，故A錯誤；B．根據(jù)三種射線的特點與穿透性，可知光子的穿透本領(lǐng)比粒子強，故B錯誤；C．光子能量越高，由可知，對應(yīng)的頻率越高，由知，對應(yīng)的波長越短，由得，對應(yīng)的動量越大，故C正確；D．半衰期具有統(tǒng)計意義，對少數(shù)的原子沒有意義，故D錯誤。故選C。4．關(guān)于原子核中的核力與結(jié)合能，下列說法中正確的是（）A．核力是短程力，作用范圍在內(nèi)，核力比庫侖力小得多B．原子核中，質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，質(zhì)子與中子間沒有核力C．結(jié)合能是指由核子構(gòu)成原子核時而具有的能量D．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固【答案】D【分析】A．核力是短程力，作用范圍在內(nèi)，核力比庫侖力大得多，A錯誤；B．原子核中，核子（質(zhì)子或中子）與相鄰的核子間都有核力作用，B錯誤；C．結(jié)合能是指由核子構(gòu)成原子核時釋放的能量，C錯誤；D．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，D正確。故選D。5．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是（）A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小B．有6個放射性元素的原子核，當(dāng)有3個發(fā)生衰變所需的時間就是該元素的半衰期C．在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子數(shù)不變但存在質(zhì)量虧損D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（）的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變【答案】C【分析】A．半衰期由原子核本身決定，與溫度無關(guān)，故A錯誤；B．半衰期是針對大量原子核而言才具有的規(guī)律，故B錯誤；C．在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子數(shù)不變，因為衰變釋放能量，根據(jù)可知，反應(yīng)前后存在質(zhì)量虧損，故C正確；D．由質(zhì)量數(shù)守恒知經(jīng)過8次α衰變，再由電荷數(shù)守恒知可知經(jīng)過6次β衰變，故D錯誤。故選C。6．不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的，如圖所示是按照實際測量結(jié)果畫的原子核的比結(jié)合能曲線，由此可知下列說法正確的是（）A．發(fā)生重核裂變時只會吸收能量，發(fā)生輕核聚變時只會放出能量B．兩個核聚變結(jié)合成核的過程會放出能量C．、、三者相比，的比結(jié)合能最大D．核的結(jié)合能大于核的結(jié)合能，因此核更穩(wěn)定【答案】B【分析】A．發(fā)生重核裂變時，核子的比結(jié)合能變大，會放出能量，同樣輕核聚變時，核子的比結(jié)合能變大，也會放出能量，A錯誤；B．兩個核聚變結(jié)合成核的過程，比結(jié)合能變大，會放出能量，B正確；C．由圖像可知，、、三者相比，的比結(jié)合能最大，C錯誤；D．雖然核的結(jié)合能大于核的結(jié)合能，但核的比結(jié)合能小于核的比結(jié)合能，因此核更穩(wěn)定，D錯誤。故選B。7．一個氘核和一個氚核發(fā)生核反應(yīng)生成一個氦核的反應(yīng)方程是，此反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為。已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c。若1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應(yīng)生成氦，則在這個核反應(yīng)中釋放的能量為（）A． B． C． D．【答案】A【分析】根據(jù)質(zhì)能方程，一個氘核和一個氚核發(fā)生核反應(yīng)，放出的能量為因此1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應(yīng)，釋放的能量為故選A。8．下列說法正確的是（）A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B．通過加壓升溫等方法可以改變原子核的半衰期C．Np經(jīng)衰變后變成Bi，此過程一共發(fā)生了7次α衰變和3次β衰變D．根據(jù)玻爾理論，氫原子從低能級躍遷到高能級時，核外電子的動能與氫原子的能量均減小【答案】A【分析】A．比結(jié)合能越大，將核子分解需要的能量越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，A正確；B．半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B錯誤；C．設(shè)經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得解得C錯誤；D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從低能級躍遷到高能級時，吸收能量，原子的能量增大，核外電子的軌道半徑增大；根據(jù)庫侖力提供向心力可知電子的動能減少，D錯誤。故選A。9．下列對于原子核的理解，正確的是（）A．射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住B．原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定C．放射性元素針的半衰期為138天，的釙經(jīng)276天，已發(fā)生衰變的質(zhì)量為D．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為、、，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個粒子，釋放的能量是【答案】A【分析】A．射線的電離最強，穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住，故A正確；B．原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故B錯誤；C．放射性元素針的半衰期為138天，的釙經(jīng)276天，還剩下則已發(fā)生衰變的質(zhì)量為，故C錯誤；D．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為、、，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個粒子，由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，釋放的能量是故D錯誤。故選A。10．下列關(guān)于近代物理知識的描述中，正確的是（）A．光電效應(yīng)中，光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比B．在天然放射現(xiàn)象中，產(chǎn)生的射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的C．氧的半衰期為3.8天，10個氡核經(jīng)過3.8天一定會有5個發(fā)生衰變D．兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成，若釋放的核能為，則的比結(jié)合能為【答案】D【分析】A．由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子的最大初動能與入射光子的頻率是一次函數(shù)關(guān)系，A錯誤；B．衰變中產(chǎn)生的射線實際上是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子釋放出的電子，B錯誤；C．半衰期是對大量的原子核滿足統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)的原子核沒有任何意義，C錯誤；D．比結(jié)合能指的是結(jié)合能與核子數(shù)之比，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成，釋放的核能為，則的結(jié)合能為，比結(jié)合能為，D正確。故選D。題組C培優(yōu)拔尖練1．太陽的能量來源是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看作是4個氫核（H）結(jié)合成1個氦核同時放出2個正電子。下表中列出了部分粒子的質(zhì)量（取1u=×10－26kg）：粒子名稱質(zhì)子（p）α粒子正電子（e）中子（n）質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087以下說法正確的是（）A．核反應(yīng)方程為4H→He＋2eB．4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為0.0266kgC．4個氫核結(jié)合成1個氦核時的質(zhì)量虧損約為4.43×10－29kgD．聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為4.0×10－12J【答案】ACD【分析】A．由核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒得4H→He＋2e，A正確；BC．反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為B錯誤，C正確；D．由質(zhì)能方程得D正確。故選ACD。2．一個靜止的原子核發(fā)生衰變，核反應(yīng)中放出的能量為，其方程為，假設(shè)釋放的能量全都轉(zhuǎn)化為新核和的動能，其中的速度為，以下結(jié)論正確的是（）A．原子核的動能與原子核的動能之比為B．原子核的速度大小為C．原子核和原子核的質(zhì)量之和比原子核的質(zhì)量大D．和的結(jié)合能之和一定大于的結(jié)合能【答案】AD【分析】AB．靜止的原子核發(fā)生衰變的過程中動量守恒，設(shè)的速度大小為，根據(jù)動量守恒定律得解得根據(jù)動能和動量關(guān)系可知，動量相等動能與質(zhì)量成反比，即原子核的動能與原子核的動能之比為故A正確，B錯誤；C．由于該反應(yīng)的過程中釋放能量，所以原子核和原子核的質(zhì)量之和比原子核的質(zhì)量小，故C錯誤；D．由于該反應(yīng)的過程中釋放能量，所以和的結(jié)合能之和一定大于的結(jié)合能，故D正確。故選AD。3．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚（Pu）是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X+He+，下列有關(guān)說法正確的是（）A．X原子核中含有92個質(zhì)子B．100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩佘50個C．由于衰變時釋放巨大能量，則衰變過程總質(zhì)量增加D．衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力【答案】AD【分析】A．根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，設(shè)X的電荷數(shù)為m，質(zhì)量數(shù)為n，則解得X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，則有92質(zhì)子，A正確；B．半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，B錯誤；C．由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)衰變過程總質(zhì)量減小，C錯誤；D．衰變發(fā)出的γ放射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。故選AD。4．下列有關(guān)近代物理內(nèi)容的敘述，正確的是（）A．氫原子要從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，只能輻射特定頻率的光子B．結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定C．的半衰期是5天，12g經(jīng)過15天后還有1.5g未衰變D．放射性元素放射出的、和三種射線中，電離能力最強的是射線【答案】AC【分析】A．根據(jù)玻爾氫原子模型的相關(guān)理論，電子軌道和能量都是量子化的，而在“躍遷”過程中要遵循h(huán)ν=Em－En故只能輻射特定頻率的光子，故A正確；B．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合能越大，原子核不一定穩(wěn)定，故B錯誤；C．的半衰期是5天，12g經(jīng)過15天后，發(fā)生3次衰變，則還有1.5g未衰變，故C正確；D．α射線是高速的氦核粒子流，β射線是高速的電子流，γ射線是能量很高的電磁波（不帶電），在三種射線中，α射線的電離能力最強，穿透能力最弱；γ射線不帶電，沒有電離能力，但穿透能力最強，故D錯誤。故選AC。5．靜止的原子核X，分裂成運動的新核Y和Z，同時產(chǎn)生能量均為E向相反方向運動的2個光子。已知X、Y、Z的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，光速為c，下列說法正確的是（）A．反應(yīng)放出的核能B．反應(yīng)放出的核能C．新核Y的動能D．新核Y的動能【答案】AD【分析】AB．反應(yīng)的質(zhì)量虧損為放出的核能選項A正確，B錯誤；CD．根據(jù)動量守恒定律知，初狀態(tài)總動量為零，則末狀態(tài)兩個新核的動量大小相等，方向相反，有m2v2=m3v3根據(jù)知根據(jù)能量守恒得，新核Y的動能選項C錯誤，D正確。故選AD。6．2021年4月13日，日本政府以“沒有更好的選擇”為理由，正式?jīng)Q定向海洋排放逾125萬噸福島核電站內(nèi)儲存的對生物和環(huán)境有害的核廢水，引發(fā)鄰國及國際社會普遍質(zhì)疑和批評。這些核廢水中含有大量的以及等放射性核素，的半衰期大約為12.5年，則（）A．發(fā)生衰變的衰變方程為（其中X為某新核）B．的平均結(jié)合能小于的平均結(jié)合能C．核廢水排放到海水中，可以減小放射性元素的半衰期D．100個經(jīng)過12.5年后一定還剩余50個【答案】AB【分析】A．衰變是釋放出電子，所以發(fā)生衰變的衰變方程為（其中X為某新核），故A正確；B．由原子核的平均結(jié)合能的曲線可知，的平均結(jié)合能小于的平均結(jié)合能，故B正確；C．半衰期與外界環(huán)境無關(guān)，只與原子核本身有關(guān)，故C錯誤；D．衰變是概率統(tǒng)計，并非絕對，所以100個經(jīng)過12.5年后不一定還剩余50個，故D錯誤。故選AB。7．2021年4月13日日本政府不計后果決定將福島核廢水排放入海，引起國際社會的共同譴責(zé)，核廢水即使經(jīng)處理，但還是含有氚、鍶-90、銫-137、碘-129等放射性元素，核廢水一旦排海將在57天內(nèi)擴散至太平洋大半個區(qū)域，10年后蔓延至全球海域。其中是最具危害的放射性元素，半衰期為30年。它能通過衰變放射出射線，并衰變?yōu)樾潞?，用表示其元素符號。其下列說法正確的是（）A．銫發(fā)生衰變的衰變方程為B．20個銫核發(fā)生衰變時，經(jīng)過60年，一定還有5個銫核未發(fā)生衰變C．銫發(fā)生衰變時，射線來自原子核外的電子電離而產(chǎn)生D．的比結(jié)合能比大【答案】AD【分析】A．根據(jù)衰變方程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得銫發(fā)生衰變的衰變方程為A正確；B．衰變是概率統(tǒng)計，并非絕對，所以20個銫核發(fā)生衰變時，經(jīng)過60年，不一定還有5個銫核未發(fā)生衰變，B錯誤；C．衰變方程中的電子來自于銫的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子同時生成一個電子，C錯誤；D．衰變過程中，釋放出核能，故可的比結(jié)合能比大，D正確。故選AD。8．原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．核比核更穩(wěn)定B．結(jié)合能越大，質(zhì)量數(shù)越大，原子核越穩(wěn)定C．核比核結(jié)合能小，比結(jié)合能大D．結(jié)合能是核子結(jié)合成原子核而具有的能量【答案】AC【分析】A．由圖可知核比核的比結(jié)合能大，比結(jié)合能越大，越穩(wěn)定，則核比核更穩(wěn)定，故A正確；B．結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之比越大，則原子核越穩(wěn)定，結(jié)合能越大，質(zhì)量數(shù)越大，他們之比不一定大，故B錯誤；C．核的結(jié)合能為核的結(jié)合能結(jié)合題圖可得核比核結(jié)合能小，比結(jié)合能大，故C正確；D．原子核的結(jié)合能等于把其完全分解成自由核子所需的最小能量，故D錯誤。故選AC。9．以下說法正確的是（）A．原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長的光子，已知。那么原子從a能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收波長為的光子B．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3。質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是：（m1+m2-m3）c2C．盧瑟福通過實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：He+N→O+HD．射線的穿透能力最弱，只能穿出一張紙【答案】ACD【分析】A．已知λ1＞λ2，所以γ1