5.3 核力与结合能-【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第三册）

5.3 核力与结合能 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.3.2 知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 3.3.4 认识原子核的结合能。 物理观念：知道四种基本相互作用，知道核力的性质。认识原子核的结合能和比结合能的概念。 科学思维：建立微观模型，思考什么作用使质子和中子可以有机地组合成一个稳定的整体。能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 科学探究：什么作用使质子和中子可以有机地组合成一个稳定的整体。 科学态度与责任：改变原子核是人们获取核能的基本途径。 ( 0 2 思维导图 ) 核力——结合能——比结合能 质量亏损——释放核能 ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、核力与四种相互作用 1．四种相互作用力 2．核力特点 (1) 相互作用 (2) 程力 二、结合能 1．结合能：核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 2．比结合能：原子核的结合能与 之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能 ，原子核中核子结合得越牢固，原子核越 。 三、质量亏损 1．质能方程：E＝ 。 2．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm。由质量亏损释放的核能ΔE＝ 。 3．核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。 (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。 (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“ ”表示反应方向。 4．核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。 5．对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】核力特点及结合能 【典型例题1】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 【典型例题2】2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子-中子相互作用导致粒子形成的概率显著增强的现象。以下说法正确的是（　　） A．铀核发生核反应方程为，是核裂变反应 B．若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同 C．产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线 D．新核（）的结合能大于铀核的结合能 【对点训练1】下列说法正确的是（　　） A．原子核的质量越大，比结合能越小 B．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子 C．核力属于强相互作用，原子核内，核力比库仑力小 D．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会释放核能 【对点训练2】目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（　　） A．m=92，n=4，比的中子数多4 B．的结合能小于与的结合能之和 C．400个钚238经过176年还剩下100个 D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变 【题型二】比结合能与质量亏损问题 【典型例题3】（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（　　） A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能 B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C．比更稳定，结合能更大 D．平均核子质量小于 【典型例题4】科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（　　） A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害 B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小 C．发生衰变时，会发生质量亏损 D．新核X的中子数是206，电荷数是83 【对点训练3】重核裂变的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋xn，已知U、Xe、Sr的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则(　　) A.该核反应方程中x＝3 B.U的中子数为143 C.该核反应中质量增加 D.U的比结合能比Xe小，U比Xe更稳定 【对点训练4】1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为Li＋H―→Be―→2X。已知H、Li、X的质量分别为m1＝1.007 28 u、m2＝7.016 01 u、m3＝4.001 51 u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中(　 ) A．质量亏损Δm＝4.021 78 u B．释放的核能ΔE＝c2 C．铍原子核内的中子数是5 D．X表示的是氚原子核 【题型三】核能释放及对比问题 【典型例题5】2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（　　） A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2 C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c2 【典型例题6】下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是(　　) A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B．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 C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 【对点训练5】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为 8.919 MeV的α粒子(He)，其核反应方程式为：H＋Li―→He＋He。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.002 603 u,1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为(　 ) A．0.5 MeV B．8.4 MeV C．8.9 MeV D．17.3 MeV 【对点训练6】截止到2022年9月份，用来储存福岛核废水的储存罐将会全部用完，日本已经确定将福岛第一核电站核污水排入大海。核废水中包含氘、钴60、锶90、碘129、铀235等60多种高污染核素，这些放射性物质直接排入大海，会对太平洋周边海域造成极大的危害。氚经过β衰变放出的电子被人体吸入是有害的，其他核素的半衰期更长，危害更大，例如锶90的半衰期约为28年，碘129的半衰期约为1570万年，这些核素与海洋生物具有很强的亲和力，对人类具有很强的危害性。下列判断正确的是（　　） A．氚的β衰变方程为 B．β衰变的实质为 C．钴60的比结合能小于碘129的比结合能 D．温度升高，分子热运动剧烈程度增加，铀235的半衰期会缩短 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(   ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力 B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力 C．核子间存在着强大的核力 D．核子间存在着复杂的磁力 2．关于核力，下列说法正确的是（　　） A．核力的作用范围只有约m B．核力本质上属于电磁相互作用 C．中子和中子之间不会有核力作用 D．核力减小是发生衰变的原因 3．（多选）具有放射性，静止的发生α衰变时，产生同时伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是（　　） A．的结合能为(m1-m2-m3)c2 B．高温高压可加快的衰变 C．用威尔逊云室探测放出的射线，α射线的径迹直而清晰，γ射线的径迹几乎看不到 D．射出的γ光子是的能级跃迁所产生的 4．下列说法正确的是(　　) A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 B．比结合能越大，原子核越不稳定 C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 5．(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　 ) A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 6．(多选)铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有(　　) 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 【素养提升】 7．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是(　　) A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量 B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量 C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量 D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量 8．现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（　　） A．该核反应属于裂变反应 B．此过程的核反应方程为 C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比 D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV 9．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C核，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg.则下列说法正确的是(1 u相当于931 MeV)(　　) A．反应过程中的质量亏损是0.078 u B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J 10．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力 B．反应产物x为 C．x核的质量为 D．x的比结合能为 11．(多选)下列说法正确的是(　　) A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应 B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的 C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子 D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加 12.（多选）太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（　　） A．波长为的光子能量为 B．的比结合能小于的比结合能 C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤 D．波长为的光子的频率为 13.1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。若某次碰撞可看作对心正碰,α粒子初速度v0,碰后释放的核能全部转化为动能,新核与质子同方向运动,且垂直磁场方向,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为 1∶17。 (1)写出核反应方程; (2)求出质子的速度大小(质子、中子的质量均为m); (3)求出新核与质子的质量和比α粒子与氮核的质量和小多少。 14.（多选）已知、、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。当发生α衰变时，下列说法正确的是（　　） A．的质量等于组成它的核子的质量之和 B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeV C．因的比结合能比小，所以比更稳定 D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2 【能力培优】 15.(多选)一静止的氡核(Rn)发生了如下的核反应Rn→Po＋He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(He)和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是(　　) A.该反应中氡核Rn发生的是α衰变 B.反应后产生的新核钋Po的比结合能小于反应前氡核Rn的比结合能 C.氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同 D.该反应产生的质量亏损Δm＝ 16．如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（　　） A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加 B．192 g放射性同位素经过148天全部完成衰变 C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为 D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.3 核力与结合能 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.3.2 知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 3.3.4 认识原子核的结合能。 物理观念：知道四种基本相互作用，知道核力的性质。认识原子核的结合能和比结合能的概念。 科学思维：建立微观模型，思考什么作用使质子和中子可以有机地组合成一个稳定的整体。能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 科学探究：什么作用使质子和中子可以有机地组合成一个稳定的整体。 科学态度与责任：改变原子核是人们获取核能的基本途径。 ( 0 2 思维导图 ) 核力——结合能——比结合能 质量亏损——释放核能 ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、核力与四种相互作用 1．四种相互作用力 2．核力特点 (1)强相互作用 (2)短程力 二、结合能 1．结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 三、质量亏损 1．质能方程：E＝mc2。 2．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm。由质量亏损释放的核能ΔE＝Δmc2。 3．核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。 (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。 (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。 4．核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV/u计算。因1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。 5．对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。 (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】核力特点及结合能 【典型例题1】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 【答案】B 【解析】弱相互作用是引起原子核衰变的原因，故A错误；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；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；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。 【典型例题2】2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子-中子相互作用导致粒子形成的概率显著增强的现象。以下说法正确的是（　　） A．铀核发生核反应方程为，是核裂变反应 B．若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同 C．产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线 D．新核（）的结合能大于铀核的结合能 【答案】C 【解析】铀核发生核反应的方程为 此反应为衰变，选项A错误；若静止的轴核发生衰变，根据动量守恒定律可知产生的新核速度方向与粒子速度方向相反，选项B错误；产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线，选项C正确；新核（）的比结合能大于铀核的比结合能，新核（）的结合能小于铀核的结合能。D错误。故选C。 【对点训练1】下列说法正确的是（　　） A．原子核的质量越大，比结合能越小 B．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子 C．核力属于强相互作用，原子核内，核力比库仑力小 D．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会释放核能 【答案】D 【解析】比结合能为原子核的结合能与核子数的比值，中等大小的核的比结合能最大，也最稳定，A错误； B．查德威克在粒子轰击铍核实验中首次发现了中子，B错误；核力是强相互作用，原子核尺度内，核力比库仑力大得多，C错误；比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会有质量亏损，放出核能，D正确。故选D。 【对点训练2】目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（　　） A．m=92，n=4，比的中子数多4 B．的结合能小于与的结合能之和 C．400个钚238经过176年还剩下100个 D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变 【答案】B 【解析】 与的中子数之差为 A错误； 衰变释放能量，的结合能小于与的结合能之和，B正确；半衰期是统计规律，对少量不适用，C错误； 半衰期与温度、浓度及其所受的压力无关，它的半衰期不会改变，D错误。故选B。 【题型二】比结合能与质量亏损问题 【典型例题3】（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（　　） A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能 B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C．比更稳定，结合能更大 D．平均核子质量小于 【答案】BD 【解析】比结合能大于，所以可以通过聚变成释放能量，故A错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B正确；比比结合能更大，更稳定，但结合能小于结合能，故C错误；比结合能大，所以平均核子质量小，故D正确。故选BD。 【典型例题4】科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（　　） A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害 B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小 C．发生衰变时，会发生质量亏损 D．新核X的中子数是206，电荷数是83 【答案】C 【解析】半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件没有关系，AB错误；发生衰变时，会放出能量，根据质能方程可知有质量亏损，C正确；连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X的质量数为206，电荷数为83，则新核X的中子数为123，D错误。故选C。 【对点训练3】重核裂变的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋xn，已知U、Xe、Sr的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则(　　) A.该核反应方程中x＝3 B.U的中子数为143 C.该核反应中质量增加 D.U的比结合能比Xe小，U比Xe更稳定 答案　B 【对点训练4】1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为Li＋H―→Be―→2X。已知H、Li、X的质量分别为m1＝1.007 28 u、m2＝7.016 01 u、m3＝4.001 51 u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中(　 ) A．质量亏损Δm＝4.021 78 u B．释放的核能ΔE＝c2 C．铍原子核内的中子数是5 D．X表示的是氚原子核 解析：选B　根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为Li＋H―→Be―→2He，则Z＝4，A＝8，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故C、D错误；核反应质量亏损为Δm＝m1＋m2－2m3＝0.020 27 u，则释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2，故A错误，B正确。 【题型三】核能释放及对比问题 【典型例题5】2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（　　） A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2 C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c2 【答案】B 【解析】核聚变方程为 根据质能方程，可知核反应释放的能量 故选B。 【典型例题6】下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是(　　) A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B．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 C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 解析:选D　核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；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，例如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，其结合能比重核小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确． 【对点训练5】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为 8.919 MeV的α粒子(He)，其核反应方程式为：H＋Li―→He＋He。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.002 603 u,1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为(　 ) A．0.5 MeV B．8.4 MeV C．8.9 MeV D．17.3 MeV 解析：选A　该反应放出能量ΔE＝(1.007 825 u＋7.016 004 u－2×4.002 603 u)×931 MeV/u≈17.34 MeV，入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，故A正确。 【对点训练6】截止到2022年9月份，用来储存福岛核废水的储存罐将会全部用完，日本已经确定将福岛第一核电站核污水排入大海。核废水中包含氘、钴60、锶90、碘129、铀235等60多种高污染核素，这些放射性物质直接排入大海，会对太平洋周边海域造成极大的危害。氚经过β衰变放出的电子被人体吸入是有害的，其他核素的半衰期更长，危害更大，例如锶90的半衰期约为28年，碘129的半衰期约为1570万年，这些核素与海洋生物具有很强的亲和力，对人类具有很强的危害性。下列判断正确的是（　　） A．氚的β衰变方程为 B．β衰变的实质为 C．钴60的比结合能小于碘129的比结合能 D．温度升高，分子热运动剧烈程度增加，铀235的半衰期会缩短 答案：B 解析：由原子核衰变时质量数和电荷数都守恒可知，氚的β衰变方程为A错误；β衰变的实质为核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子，转化方程是B正确；中等大小的核的比结合能较大，因此钴60的比结合能大于碘129的比结合能，C错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件无关，所以铀235的半衰期不会改变，D错误。 故选B。 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(   ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力 B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力 C．核子间存在着强大的核力 D．核子间存在着复杂的磁力 答案：C 解析：核子间存在着强大的核力，故核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，答案为C． 2．关于核力，下列说法正确的是（　　） A．核力的作用范围只有约m B．核力本质上属于电磁相互作用 C．中子和中子之间不会有核力作用 D．核力减小是发生衰变的原因 答案：A 解析：核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约m，选项A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起衰变的原因，选项D错误。故选A。 3．（多选）具有放射性，静止的发生α衰变时，产生同时伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是（　　） A．的结合能为(m1-m2-m3)c2 B．高温高压可加快的衰变 C．用威尔逊云室探测放出的射线，α射线的径迹直而清晰，γ射线的径迹几乎看不到 D．射出的γ光子是的能级跃迁所产生的 【答案】CD 【解析】(m1-m2-m3)c2是核反应过程中释放的能量，或者是结合能的增量，并不是的结合能，A错误；高温高压无法改变半衰期，所以无法加快的衰变，B错误；威尔逊云室利用过饱和蒸汽探测射线，α射线电离能力强，易使蒸汽凝结而形成径迹，故径迹直而清晰，γ射线电离能力很弱，几乎看不到径迹，C正确；反应后新原子核处于较高能级，向低能级跃迁而射出γ光子，D正确。故选CD。 4．下列说法正确的是(　　) A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 B．比结合能越大，原子核越不稳定 C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 解析：选A　光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。 5．(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　 ) A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 解析：选BC　由题图可知，He的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV×4＝28 MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时，会释放能量，C正确；由题图可知，U的比结合能(即平均结合能)比Kr的小，D错误。 6．(多选)铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有(　　) 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 答案　AC 解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定，U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误. 【素养提升】 7．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是(　　) A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量 B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量 C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量 D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量 答案：A 解析：D、E平均核子质量大于F平均核子质量，D、E结合成F，出现质量亏损，要释放能量，A对，B错；C、B结合成A，F、C结合成B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错． 8．现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（　　） A．该核反应属于裂变反应 B．此过程的核反应方程为 C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比 D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV 【答案】D 【解析】该核反应属于衰变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，知该过程核反应方程为 故B错误；设衰变后，铀核速度为，粒子的速度为，根据动量守恒有 由 可得 故C错误；由能量守恒定律知，铀核与粒子的总动能 结合 有 解得 故D正确。故选D。 9．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C核，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg.则下列说法正确的是(1 u相当于931 MeV)(　　) A．反应过程中的质量亏损是0.078 u B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J 答案：BC 解析：由题意可得核反应方程为3He→C.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u≈1.29×10－29 kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12 J．因为质量亏损1 u相当于931 MeV，所以ΔE＝0.007 8×931 MeV＝7.26 MeV.故B、C正确． 10．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力 B．反应产物x为 C．x核的质量为 D．x的比结合能为 答案：D 解析：要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，A错误；.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为3，电荷数为2，所以反应产物x应为，B错误；由爱因斯坦质能方程得到解得C错误；根据解得D正确。故选D。 11．(多选)下列说法正确的是(　　) A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应 B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的 C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子 D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加 答案　CD 解析　能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射C＝3种频率的光子，选项C正确；两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确． 12.（多选）太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（　　） A．波长为的光子能量为 B．的比结合能小于的比结合能 C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤 D．波长为的光子的频率为 【答案】AB 【解析】根据，而，则入射光子的能量为，故A正确；反应过程放出能量，说明产物的能量低，更稳定，而比结合能越大，越稳定，说明的核子比结合能小于的比结合能，故B正确；射线具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤，而不是中子，所以C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：。所以光子的频率 故D错误。故选AB。 13.1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。若某次碰撞可看作对心正碰,α粒子初速度v0,碰后释放的核能全部转化为动能,新核与质子同方向运动,且垂直磁场方向,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为 1∶17。 (1)写出核反应方程; (2)求出质子的速度大小(质子、中子的质量均为m); (3)求出新核与质子的质量和比α粒子与氮核的质量和小多少。 解析:(1)由质量数守恒及电荷数守恒可得核反应方程为NHeOH。 (2)α粒子、新核的质量分别为4m、17m,质子的速度为v,选取α粒子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得4mv0=17m×+mv,解得v=2v0。 (3)核反应中放出的核能为 ΔE=×17m×()2+mv2-×4m。 由爱因斯坦质能方程有ΔE=Δmc2 联立解得Δm=。 答案:(1)NHe→OH　(2)2v0 (3) 14.（多选）已知、、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。当发生α衰变时，下列说法正确的是（　　） A．的质量等于组成它的核子的质量之和 B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeV C．因的比结合能比小，所以比更稳定 D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2 答案：BC 解析：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，因为核子组合成原子核时强力做正功释放能量，故A错误；发生α衰变释放出核能，一次衰变释放的核能E=(226.0254－222.0175－4.0026)×931.5MeV＝4.93695MeV故B正确；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，的比结合能比小，所以更稳定，故C正确；由衰变时动量守恒可知，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，故和的速度之比约为2∶111，故D错误。故选BC。 【能力培优】 15.(多选)一静止的氡核(Rn)发生了如下的核反应Rn→Po＋He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(He)和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是(　　) A.该反应中氡核Rn发生的是α衰变 B.反应后产生的新核钋Po的比结合能小于反应前氡核Rn的比结合能 C.氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同 D.该反应产生的质量亏损Δm＝ 答案　AD 解析　由核反应方程Rn→Po＋He可知，该反应中氡核Rn发生的是α衰变，故A正确；由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故B错误；核子数等于质子数加中子数，则氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，由于是同种元素，所以它们的化学性质相同，故C错误；由题意可知，释放的核能全部转化为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，根据Ek＝，则释放的核能ΔE＝＋＝，由爱因斯坦质能方程可得Δm＝＝，故D正确. 16．如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（　　） A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加 B．192 g放射性同位素经过148天全部完成衰变 C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为 D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大 【答案】C 【解析】探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度减小，A错误；192 g放射性同位素经过，148天（2个半衰期），剩余的质量为原来的，B错误；衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为，C正确；核反应方程式中生成物比反应物稳定，与之对应的是衰变后的产物X的比结合能比写的比结合能大，D错误。 故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$