5.3 核力与结合能 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

5.3 核力与结合能 同步练习 一、单选题 1．自然界中铀中99.28%是U238，U238发生衰变产生新核，其衰变方程为。则下列说法正确的是（　　） A．X是粒子 B．X的电离能力很强 C．光子由原子的跃迁产生 D．的比结合能大于的比结合能 2．下列说法中正确的是（　　） A．晶体与非晶体的区别在于是否具有各向异性 B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有扩张趋势而引起的结果 C．分子之间存在相互作用的引力和斥力，分子力实质上是属于电磁相互作用 D．结合能越大的原子核越稳定 3．核子平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数Z的关系如题图所示。图中A、B、C、D、E、F为6种不同的原子核，则（　　） A．重核A分裂成核B和C，会释放能量 B．铁Fe原子核的核子平均质量最小，原子核最不稳定 C．轻核D和E结合成核F，需要吸收能量 D．轻核D和E结合成核F，核反应前后满足质量数守恒和质量守恒 4．氦核作用能将恒星中的氦转换成重元素，其中粒子融合到核中的核反应方程为。已知α粒子的结合能为，核的结合能为，该反应释放的能量为，则的比结合能约为（　　） A． B． C． D． 5．下列说法正确的是（　　） A．四种基本相互作用是指：重力、弹力、电场力、磁场力 B．地面上的物体具有的重力势能是物体和地球共有的 C．电容器的电容与电容器的带电量有关 D．通电导线在磁场中受到的安培力为零，导线所在处的磁感应强度一定为零 6．如图所示，两个分子A和B，设开始时它们相距无穷远，取分子相距无穷远时势能为零。现让分子B逐渐靠近分子A，则在这个过程中，下列说法正确的是（　　） A．分子间一直表现为引力，分子势能一直减小 B．当分子间距离等于平衡距离时，分子间作用力为零，分子势能也为零 C．当分子间距离小于后，继续靠近，分子力做正功，分子势能增大 D．分子间的作用力是由分子内部带电粒子的相互作用引起的 7．俄乌战争以来，欧洲最大的核电站——扎波罗热核电站备受关注。其在受到攻击后可能会发生灾难性的核泄漏，释放大量放射性，的半衰期为30年，衰变后产生，并放出了粒子Y，同时释放能量。下列说法正确的是（　　） A．粒子Y为中子 B．的质量等于与粒子Y质量之和 C．通过改变环境温度可以让的半衰期发生变化 D．的结合能小于的结合能 8．结合以下图像，下列说法正确的是（　　） A．根据图甲，原子核与原子核相比，前者核子的平均质量大，后者结合能大 B．如图乙所示的光电效应实验，若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大 C．由图丙可知，一群处于n=3的原子向低能级跃迁时，会辐射出3种频率的光子，这3种频率的光子都不能被n=3的原子吸收 D．德国物理学家维恩，英国物理学家瑞利根据热学和电磁学的知识对黑体辐射规律进行了解释，其理论与如图丁所示的实验规律吻合 9．下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（　　） A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．原子序数大的原子核里，质子数比中子数多 C．质子和中子之间有库仑力 D．由于核力的作用范围是有限的，不可能无节制地增大原子核而使其仍稳定存在 10．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如的核子比结合能约为8MeV，的核子比结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大 B．核的比结合能比大，因此比更稳定 C．把分成4个要吸收约16MeV的能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多吸收约16MeV的能量 二、多选题 11．下列说法正确的是（　　） A．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，它具有饱和性。 B．在核反应堆中利用慢化剂（如石墨、重水等）来减慢核反应的速度 C．普朗克引入了能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 D．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质长得多，放射性废料容易处理，因此凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质 E．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能 12．下列关于四种基本相互作用的说法正确的是（　　） A．万有引力把行星、恒星等聚在一起形成太阳系、银河系和其他星系，故万有引力只存在于天体之间 B．四种基本相互作用是独立存在的，有一种相互作用存在时，就一定不存在其他相互作用 C．强相互作用和弱相互作用只存在于微观粒子之间 D．四种基本相互作用的规律有很多相似之处，因此科学家可能建立一种“统一场论”将四者统一起来 13．下列说法正确的是（  ） A．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量 B．用紫光照射某金属表面时发生光电效应，改用红光照射时也一定能发生光电效应 C．黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移动 D．改变压强、温度可改变放射性元素的半衰期 14．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（    ） A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C．铯原子核（）的结合能小于铅原子核（）的结合能 D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能 15．下列说法正确的是（  ） A．组成原子核的核子越多，原子核越稳定 B．衰变为经过4次衰，2次β衰变 C．在LC振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大 D．在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大 三、填空题 16．核力与四种基本相互作用 (1)核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为 。 (2)强相互作用的特点 ①强相互作用是短程力，作用范围只有约 m。 ②距离增大时，强相互作用急剧 。超过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衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 ②弱相互作用是 力，其力程只有 m。 (4)四种基本相互作用 17．一个静止在匀强磁场中的铀核，经一次衰变后，产生钍核。 (1)试写出上述衰变的核反应方程 ； (2)一个静止的铀核发生衰变，以的速度释放一个粒子，求钍核的速度大小 ； (3)若铀核的质量为，粒子的质量为，产生的钍核的质量为，真空光速为，一个铀核发生衰变释放的结合能大小为 。 (4)发生衰变后放出的粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图所示的8字型轨迹，大圆是 （选填“A．钍核”、“B．粒子”）的运动轨迹，并在图中标出小圆粒子的运动方向 。 四、解答题 18．如果要把分成8个质子和8个中子，需给它多少能量？要把它分为4个，需给它多少能量？已知的核子平均结合能是7.98 MeV，的核子平均结合能是7.07 MeV. 19．如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的大致曲线。 （1）从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比，比结合能有什么特点？比结合能的大小反映了什么？ （2）比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？ 20．仔细观察下列图片，回答问题： (1)电场力和磁场力可以统称为电磁相互作用。我们知道，宏观物体中包含了大量带负电的电子和带正电的原子核。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等从本质上讲起源于什么基本力？ (2)除以上力，迄今为止我们还学过什么基本相互作用力？ (3)我们知道原子核是由中子和质子构成的。如图甲所示，在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？ (4)物理学家发现，原子核中的核子间存在一种核力，使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核（图乙），这种作用称为强相互作用。用质子、中子或α粒子轰击原子核，只有非常靠近原子核才可能发生核反应，否则只发生散射，如图丙，说明这种力有什么特点？ (5)物理学家发现，在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因（图丁）。宏观世界中觉察不到这种力，说明了什么？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《5.3 核力与结合能 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C A D B D D A D C 题号 11 12 13 14 15 答案 ACE CD AC ABC BD 1．B 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是粒子，故A错误； B．粒子电离能力很强，故B正确； C．光子由原子核的跃迁产生的，故C错误； D．衰变产生的新核更稳定，因此的比结合能小于到的比结合能，故D错误。 故选B。 2．C 【详解】A．表现出各向同性的是多晶体与非晶体，表现出各向异性的是单晶体，晶体与非晶体的区别在于是否具有固定熔点，A错误； B．在太空实验室里，水滴的形状是一个完美的球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，B错误； C．分子之间同时存在相互作用的引力和斥力，分子力本质上是属于电磁相互作用，C正确； D．结合能越大的原子核不一定越稳定，比结合能越大的原子核越稳定，D错误。 故选C。 3．A 【详解】A．重核A分裂成核B和C，裂变后平均核子质量减小，质量有亏损，会释放能量，故A正确； B．比结合能越大越稳定，Fe的比结合能最大，故B错误； C．轻核D和E结合成核F，平均核子质量减小，质量有亏损，会释放能量，故C错误； D．轻核D和E结合成核F，核反应前后满足质量数守恒和电荷数守恒，平均核子质量减小，质量有亏损，以能量的形式释放出来，故D错误。 故选A。 4．D 【详解】根据核反应过程中，释放的能量等于生成物的结合能与反应物的结合能之差可得，的结合能为 则的比结合能约为 故选D。 5．B 【详解】A．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，选项A错误； B．地面上的物体具有的重力势能是和地球共有的，选项B正确； C．电容器的电容是由电容器本身决定的，与电容器的带电量无关，选项C错误； D．安培力的大小取决于磁感应强度、电流及二者间的夹角，故通电导线在磁场中受到的安培力为零，导线所在处的磁感应强度不一定为零，选项D错误。 故选B。 6．D 【详解】A．当时分子力为引力，时为斥力，势能先减小后增大，故A错误； B．平衡位置势能是最小的，但不为零，而是小于零，故B错误； C．距离小于后，分子力为斥力，继续靠近时力做负功，势能增大，故C错误。 D．分子间作用力本质是电磁相互作用，由内部带电粒子（电子，原子核）引起，故D正确。 故选D。 7．D 【详解】A．由于衰变前后质量数、电荷数守恒，所以Y为电子，故A错误； B．由于衰变过程中有能量放出，所以质量有亏损，即的质量大于与粒子Y质量之和，故B错误； C．半衰期只由原子核自身决定，改变环境温度半衰期不发生变化，故C错误； D．衰变过程释放能量，反应后的比反应前的更稳定，则的比结合能小于的比结合能，故D正确。 故选D。 8．A 【详解】A．由图甲可知，原子核与原子核相比，前者比结合能较小，核子的平均质量大；结合能等于比结合能乘以核子数，后者结合能较大，故A正确； B．若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能 Ekm=hν−W0 不变；增大该单色光入射的强度，单位时间内射出的光电子数增多，所以光电流增大，电流表示数增大，故B错误； C．由 C=3 可知，一群处于n=3的原子向低能级跃迁时，会辐射出3种频率的光子，这三种光子的能量都大于1.51eV，都能被n=3的原子吸收，故C错误； D．德国物理学家维恩，英国物理学家瑞利根据热学和电磁学的知识对黑体辐射规律进行了解释，其理论与如图丁所示的实验规律不能吻合，被当时的科学家称为“紫外灾难”，故D错误； 故选A。 9．D 【详解】A．原子核中质子数和中子数不一定相等。例如，氢原子核（1H）仅含1个质子，不含中子；碳-14（14C）含6个质子和8个中子，中子数多于质子数。故A错误； B．原子序数大的原子核中，中子数通常多于质子数。例如，铀-238（238U）含92个质子和146个中子，中子数明显更多。故B错误； C．质子带正电，中子不带电，库仑力仅存在于带电粒子之间，因此质子和中子之间无库仑力。核子间的作用力为核力（强相互作用）。故C错误； D．核力是短程力，而质子间的库仑斥力是长程力。当原子核增大时，所有质子间的库仑斥力总和不断增大，而核力具有饱和性，当库仑斥力的累积效应超过核力时，原子核变得不稳定。故D正确。 故选D。 10．C 【详解】A．有图像可知，原子核质量数比较小时，随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大，质量数比较大时，随着质量数增加，原子核的比结合能减小，A错误； B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，核的比结合能比大，因此比更稳定，B错误； C．把分成8个中子和8个质子需要吸收的能量为 把2个质子与2个中子组合成一个氦核需要释放的能量为 所以把分成4个要吸收 C正确； D．把分成8个质子和8个中子需要吸收128MeV的能量，把分成4个需要吸收16MeV的能量，所以把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多吸收约112MeV的能量，D错误； 故选C。 11．ACE 【详解】A．核力是强相互作用，具有饱和性和短程性，故将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，A正确； B．在核反应堆中利用慢化剂（如石墨、重水等）来减慢核反应中产生的快中子的速度，从而控制核反应的速度，B错误； C．普朗克提出能量量子化，首次引入了能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，C正确； D．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理，但不是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，D错误； E．比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能，如轻核聚变、重核裂变，E正确。 故选ACE。 12．CD 【详解】A．宇宙万物任何两个物体之间都存在着相互作用的吸引力，这种引力叫做万有引力，故A错误； B．四种基本相互作用的规律既是独立的，又是统一的，有一种相互作用存在时，还可以存在其它相互作用，故B错误； C．强相互作用存在于原子核内，作用范围在1.5×10-15m之内，弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约10-18m，强相互作用和弱相互作用是短程力，只存在于微观粒子之间；故C正确； D．四种基本相互作用的规律既是独立的，又是统一的，四种基本相互作用的规律有很多相似之处，因此，科学家可能建立一种“统一场论”将四者统一起来，故D正确。 故选CD。 13．AC 【详解】A．比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成，故A正确； B．用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，用红光照射不一定能产生光电效应，故B错误； C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确； D．半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故D错误。 故选AC。 【点睛】本题考查了结合能与比结合能的区别，及光电效应发生条件，知道黑体辐射规律等，同时注意理解半衰期的大小与元素所处的化学状态以及物理环境无关，知识点多，难度小，关键是要多加积累，记住基础知识。 14．ABC 【详解】A．分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核的结合能，它等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A正确； B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的比结合能增加，又衰变过程中质量数守恒，故衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故B正确； C．铯原子核与铅原子核都是中等质量的原子核，铯原子核（）的比结合能比铅原子核（）的比结合能略大，而铅原子核中的核子数比铯原子核的核子数多一半，故铯原子核（）的结合能一定小于铅原子核（）的结合能，故C正确； D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D错误。 故选ABC。 15．BD 【详解】A．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，故A错误； B．衰变为经过，质量数减少16，质子数减少6，而一次α衰变，质子数减2，质量数减4，一次β衰变，质子数增加1，质量数不变，所以是4次α衰变，2次β衰变，故B正确； C．当线圈两端电势差最大时，电流变化率最大，电流为0，故C错误； D．狭缝变窄，使得变小，根据不确定关系，则变大，故D正确。 故选BD。 16． 强相互作用 10-15 减小 短程 10－18 【详解】(1)[1]核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。 (2)强相互作用的特点 ①[2]强相互作用是短程力，作用范围只有约10-15m。 ②[3]距离增大时，强相互作用急剧减小。超过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衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 ②[4][5]弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。 17．(1) (2) (3) (4) B 【详解】（1）衰变的核反应方程 （2）由动量守恒可知 可得钍核的速度 （3）质量亏损：Δm=m1-m2-m3 根据质能方程，则有释放出的能量 （4）[1]根据 可得 两粒子动量大小相等，则 可知大圆是粒子的运动轨迹，故选B； [2]根据左手定则可知，小圆粒子运动方向也为顺时针，如图 18．127.68 MeV　14.56 MeV 【详解】把分成质子和中子需要提供的能量 △E1=16×7.98MeV=127.68MeV 将质子和中子结合成一个所放出的能量为 △E2=4×7.07MeV=28.28MeV 则将分成4个，需要提供的能量 △E=△E1﹣4△E2=127.68MeV﹣4×28.28MeV=14.56MeV 19．（1）中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定。（2）释放能量 【详解】（1）中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定。 （2）比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时有质量亏损，则释放能量。 20．(1)电荷之间的电磁相互作用 (2)万有引力是物体之间相互吸引的力 (3)原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用力，称为核力或强相互作用力 (4)强相互作用力是短程力，作用范围大约为10-15m (5)弱相互作用是短程力，作用范围比强相互作用还要小 【详解】（1）电磁相互作用是电荷之间的基本力。电子带负电，原子核带正电，它们之间的相互作用产生了宏观物体间的接触力。 （2）万有引力是物体之间相互吸引的力。 （3）带正电的质子之间存在电磁斥力，但原子核中的质子和中子之间存在更强的核力或强相互作用力。这种力克服了电磁斥力，使质子和中子紧密结合。 （4）强相互作用力的作用范围非常有限，只有在非常短的距离内(大约10-15m)才显著存在。一旦距离超过这个界限，强相互作用力就会急剧减小，几乎消失。 （5）弱相互作用是一种短程力，它的作用范围比强相互作用还要小。因此在宏观世界中我们觉察不到这种力的存在。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $