5.3 核力与结合能（习题）（含解析）人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

第五章 原子核
3　核力与结合能
同步练习
一、单选题
1．下列说法正确的是（　　）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B．光电效应能否发生取决于光照强度的强弱
C．平均结合能越大，原子核越稳定
D．射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
2．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
D．钋（）是氡（）的衰变产物之一，故钋（）的比结合能大于氡（）的比结合能
3．有以下几种说法，其中不正确的是（　　）
A．天然放射现象的发现揭示原子有复杂的结构
B．卢瑟福首先发现了质子
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
D．比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能
4．由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，标志着我国站在了世界核聚变研究的前端。设可控热核反应前氘核（）的质量为，氚核（）的质量为，反应后氦核（）的质量为，中子（）的质量为，已知真空中的光速为c。下列说法中正确的是（　　）
A．核反应放出的能量为
B．上述核反应过程中原子核的比结合能减小
C．这种热核反应释放出氦核，是衰变
D．这种装置的核反应原理与我国大亚湾核电站所使用核装置的原理相同
5．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，其电势能将减小
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．钋（）是氡（）的衰变产物之一，故钋（）的比结合能大于（）的比结合能
D．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
6．下列关于近代物理内容的叙述，正确的是（　　）
A．康普顿效应揭示了光具有粒子性
B．原子核发生一次β衰变，该原子就失去一个核外电子
C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为光的光强太弱
7．如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图象，由此可知（　　）
A．若原子核D和E结合成原子核F，原子核的比结合能一定会减小
B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量
C．若原子核A分裂成原子核B和C，原子核的比结合能一定会减小
D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要释放能量
8．关于原子核的变化，下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
D．因为在核反应中释放能量，有质量亏损，所以系统只有质量数守恒，能量守恒定律在此不适用
9．放射性元素的原子核往往需要经历一系列的衰变和衰变才能达到稳定的状态，如。若、、和的质量分别用m1、m2、m3和m4表示。则下列说法正确的是（　　）
A．在中，a=6，b=4
B．衰变过程中释放出的射线比β射线的穿透能力强
C．20个核经过2个半衰期后还剩5个核
D．一个核衰变成一个核释放的核能为
二、多选题
10．关于人类对微观世界的认识历程，下列说法正确的有（　　）
A．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
B．粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
D．已知Np经过一系列的α衰变和β衰变后变成Bi，此衰变过程共发生了7次a衰变和4次β衰变
11．下列说法正确的是（　　）
A．核力是强相互作用力，只有吸引力没有排斥力；具有饱和性，只有相邻核子间才有核力
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大于原来重核的结合能
C．由弱相互作用引起的β衰变，一个中子变为了质子和电子
D．比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定
12．对于核力，以下说法正确的是（ ）
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核子之间的距离小于m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于m时核力的变化规律更清楚
三、填空题
13．氘核和氚核()结合成氦核()的核反应方程如下：，要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg.
四、解答题
14．一个静止的氡核Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核Po，同时放出能量为E=0.26 MeV的光子。假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量。已知M氡=222.08663 u、mα=4.0026 u、M钋=218.0766 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。
（1）写出上述核反应方程；
（2）求出发生上述核反应放出的能量；
（3）确定钋核与α粒子的动能。
15．用中子轰击锂核（）发生核反应，产生氚和α粒子并放出4.8MeV的能量。
(1)写出核反应方程式；
(2)求上述反应中的质量亏损为多少（保留两位有效数字）。
试卷第1页，总3页
参考答案
1．C
【详解】
A.半衰期与温度无关，放射性物质的温度升高，半衰期不变，故A错误；
B. 光电效应能否发生取决于光的频率，无光的强度无关，故B错误；
C. 比结合能越大，原子核越稳定，故C正确；
D. 射线是原子的核内中子分裂成的，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．氢原子从能级跃迁至时辐射的光子能量大于从跃迁至辐射的光子能量，故A错；
B．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克发现了中子，故B错；
C．玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，故C错；
D．衰变产物新核更稳定，比结合能更大，故D对。
故选D。
3．A
【详解】
A．天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构，故A错误；
B．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核后，射出一种全新的粒子，他将其命名为质子，故B正确；
C．黑体辐射随着波长越短温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故C正确；
D．比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故D正确。
故选A。
4．A
【详解】
A．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是
核反应过程中存在质量亏损，因此
m1+m2＞m3+m4
核反应过程中的质量亏损
释放的核能为
A正确；
B．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能增大， B错误；
C．这种热核实验反应是核聚变反应，而不是自发发生的α衰变，C错误；
D．这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，D错误。
故选A。
5．C
【详解】
A．氢原子吸收一个光子后，电子向高轨道跃迁，克服电场力做功，氢原子的电势能增大，故A错误；
B．查德威克发现了中子，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B错误；
C．钋（）是氡（）的衰变产物之一，则钋（）比氡（）稳定，所以钋（）的比结合能大于（）的比结合能，故C正确；
D．玻尔理论只能解释氢原子光谱规律，对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释其光谱现象，其局限性在于保留了经典粒子的观念，仍把电子的运动看作经典力学描述的轨道运动，故D错误。
故选C。
6．A
【详解】
A．光电效应、康普顿效应揭示了光既有能量，又有动量，说明光具有粒子性，A正确；
B．原子核的β衰变过程是中子转变为质子而释放出电子的过程，核外电子没有参与该反应中，B错误；
C．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，与结合能的大小无关，C错误；
D．能否发生光电效应与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，D错误。
故选A。
7．D
【详解】
AB．若原子核D和E结合成原子核F，核子的平均质量减小，所以该反应质量亏损，结合过程要释放能量，所以原子核的比结合能一定会增大。AB错误；
CD．若原子核A分裂成原子核B和C，核子的平均质量减小，所以该反应质量亏损，分裂过程一定要释放能量，原子核的比结合能一定会增大。C错误，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
A．放射性元素的半衰期仅与核内部结构有关，与外部条件无关，故A错误；
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误；
C．核（92U）衰变为铅核（82Pb）的过程中，每经过一次α衰变质子数减少2，质量数减少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；设经过x次α衰变，y次β衰变，由质量数和核电荷数守恒则有
4x+206=238
92=82+2x-y
解得
x=8，y=6
说明要经过8次α衰变和6次β衰变，故C正确；
D．在核反应中质量守恒，能量也守恒，在核反应后只是物质由静质量变成动质量，核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】
A．根据电荷数守恒和质量数守恒，可知
，
故A正确；
B．衰变过程中释放出的射线比β射线的电离能力强，穿透能力弱，故B错误；
C．半衰期是统计学规律，对于大量原子核衰变时才适用，对于个别原子核没有意义，故C错误；
D．根据质能方程可得，一个核衰变成一个核释放的核能为
故D错误。
故选A。
10．BD
【详解】
A．比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，A错误；
B．由卢瑟福对α粒子散射实验现象的分析所得出的结论说明，在α粒子散射实验中，少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，B正确；
C．衰变过程满足动量守恒，所以衰变后钍核与氦核动量大小相等，方向相反，而动能
所以质量大的钍核动能更小，C错误；
D．设Np变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有
所以解得
D正确。
故选BD。
11．BCD
【详解】
A．核力在核子间距离较大时，表现为吸引力，核子间距离较小时，表现为排斥力，A错误；
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的平均比结合能比衰变前大，核子数不变，因此结合能之和一定大于原来重核的结合能。B正确；
C．由弱相互作用引起的β衰变，一个中子变为了质子和电子，C正确；
D．比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，D正确。
故选BCD。
12．BC
【详解】
AB．核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在m之内，核力比库仑力大得多。
故A错误；B正确；
C．核力在大于m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
故C正确；
D．人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒。
故D错误。
故选BC。
13．放出 减少 3.1×10－29
【解析】
氘核和氚核结合成氦核的核反应是聚变反应，聚变反应放出能量，发生质量亏损，减少的质量
14．（1）；（2）；（3），
【详解】
（1）根据质量数和电荷数守恒，有
（2）质量亏损为
根据质能方程，有
（3）衰变过程动量守恒，故钋核与α粒子动量大小相等，方向相反，根据公式有
可知钋核与α粒子的动能和质量成反比，有
释放能量为，有
15．(1)；(2)8.5×10-30kg
【详解】
(1)
(2)根据质能方程，可得
Δm==kg≈8.5×10-30kg