课时作业22 核力与结合能（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

课时作业（二十二）　核力与结合能 [基础达标练] 1.（多选）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 解析：选CD　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1.5×10-15 m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10-18 m，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。 2.关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是(　　) A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当 B.原子核内任意两个核子间都存在核力 C.核力是强相互作用，一定是引力 D.弱相互作用是短程力 解析：选D　A．核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小，选项A错误； B.原子核内只有相邻的两个核子间存在核力，选项B错误； C.核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，故C错误； D.弱相互作用是短程力，选项D正确。 故选D。 3.下列说法正确的是(　　) A.自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒定律 B.在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量 C.发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，则这个反应是放能反应 D.发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必定吸收能量 解析：选C　当自由核子结合成原子核时，一定存在质量亏损；核反应前后一般存在质量的变化，若质量减少则放出能量，反之吸收能量，由此知C正确，A、B、D错误。 故选C。 4.（多选）关于核力与结合能，下列说法正确的是(　　) A.核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大 B.比结合能越大，原子核越不稳定 C.比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时会释放核能 D.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必小于原来重核的结合能 解析：选AC　A．核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m，核力是强相互作用力的一种体现，在相邻的核子间，核力远大于库仑力，故A正确； B.比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，故B错误； C.比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时，因为在该过程中出现了质量的亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知，这个过程会释放巨大的能量，俗称核能，故C正确； D.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故D错误。 故选AC。 5.（多选）1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法中正确的是(　　) A.根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量 B.根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律 C.E＝mc2中的E是核反应中释放的核能 D.E＝mc2中的E为质量为m的物体所对应的能量 解析：选ABD　A．根据ΔE＝Δmc2 可以计算核反应中释放的能量，故A正确； B.在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确； CD.质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确。 故选ABD。 6.物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应。根据这一理论，在太阳内部4个氢核（H）转化成一个氦核（He）和两个正电子（e）并放出能量。已知质子质量mp＝1.007 3u，α粒子的质量mα＝4.00 26u，电子的质量me＝0.000 5u。1u的质量对应931.5MeV的能量，估算一次这样的热核反应释放出的能量(　　) A.22MeV　　　　　　　B．24MeV C.26MeV D．20MeV 解析：选B　一次这样的热核反应质量亏损 Δm＝4mP－mα－2me＝4×1.007 3u－4.002 6u－2×0.000 5u＝0.025 6u 一次这样的热核反应释放出的能量ΔE＝0.0256×931.5MeV≈24MeV 故选B。 7.卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子的同时，发现氮原子核变成了氧原子核，产生了氧的一种同位素O。已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，O原子核的质量为M，真空中的光速为c，则O的比结合能为(　　) A.c2 B.c2 C.c2 D.c2 解析：选A　O核内有8个质子和9个中子，根据结合能的概念结合质能方程可知，O核的结合能为E＝c2 则O的比结合能为E′＝＝c2 故选A。 8.原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法错误的是(　　) A.原子核的结合能等于把其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定 C.Li核比He核的比结合能小，所以Li核比He核更稳定 D.U裂变成中等质量的核，会发生质量亏损，释放能量 解析：选C　A．根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以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，A正确，不符合题意； B.比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，B正确，不符合题意； C.Li核比He核的比结合能小，所以Li核比He核更不稳定，C错误，符合题意； D.U裂变成中等质量的核，会发生质量亏损，释放能量，D正确，不符合题意。 故选C。 9.关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　) A.原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量 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.原子核的核子越多，则比结合能越大 D.比结合能越大，原子核越不稳定 解析：选B　A．根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以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，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误； B.重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确； C.原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误； D.比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。 故选B。 [能力提升练] 10.关于自然界中最基本的四种相互作用，下列说法正确的是(　　) A.重力、弹力、摩擦力、电磁力就是自然界中最基本的四种相互作用 B.万有引力、弹力、摩擦力、电磁力就是自然界中最基本的四种相互作用 C.弹力、摩擦力是由电磁力引起的 D.两个异名磁极之间相互吸引，这种力属于四种相互作用中的引力相互作用 解析：选C　AB.自然界中最基本的四种作用是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用，AB错误； C.弹力、摩擦力是由电磁力引起的，C正确； D.两个异名磁极之间相互吸引，这种力属于四种相互作用中的电磁相互作用，D错误。 故选C。 11.如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(　　) A.将原子核A分解为原子核B、C吸收能量 B.将原子核D、E结合成原子核F吸收能量 C.将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量 D.将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量 解析：选C　A．若原子核A分裂成原子核B、C，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，释放能量，故A错误； B.由图可知原子核D、E结合成原子核F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，释放能量，故B错误； C.将原子核A分解为原子核B、F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，释放能量，故C正确； D.F与C的平均质量小于B的平均质量，所以若原子核F、C结合成原子核B，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故D错误。 故选C。 12.卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种核素X和一个质子，这是人类第一次实现原子核的人工转变。已知α粒子、氮原子核N、氧的核素X、质子的质量分别为4.002 6 u、14.007 3 u、17.004 5 u、1.007 8 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV。则下列说法正确的是(　　) A.X的核子数为16 B.核反应中释放的能量约为2.33 MeV C.X核比α粒子更稳定，是因为X核的结合能大 D.若用动能为2 MeV的α粒子轰击静止的氮原子核，该核反应一定不能发生 解析：选D　A．由核反应过程遵循质量数、电荷数守恒可知氧的核素X的质量数，即核子数为17，A错误； B.反应物的质量为m1＝4.002 6 u＋14.007 3 u＝18.009 9 u 生成物的质量为m2＝17.004 5 u＋1.007 8 u＝18.012 3 u 核反应中质量增加，属于吸能核反应，吸收的能量为 ΔE＝Δm×931 MeV＝2.23 MeV 故B错误； C.X核比α粒子更稳定，是因为X核的比结合能大，故C错误； D.核反应过程中动量守恒，反应后生成物也有动能，因此α粒子的初动能必须大于2.23 MeV，该核反应才可以进行，故D正确。 故选D。 13.（多选）设有钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素离子，（已知钚核质量m1＝238.99965u，铀核质量m2＝234.99347u，α粒子的质量为m3＝4.00140u，1uc2＝931.5MeV），则(　　) A.α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα：RU＝46：1 B.α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα：RU＝235：4 C.α粒子的动能为4.4MeV D.α粒子的动能为44 MeV 解析：选AC　CD.核反应方程为Pu→He＋U 该反应放出的核能为ΔE＝(m1－m2－m3)c2＝0.00478×931.5MeV＝4.45257MeV 又因为反应过程遵循动量守恒，能量守恒，所以有m2v2＝m3v3　ΔE＝Ek2＋Ek3 解得Ek3＝4.370Mev≈4.4MeV 故C正确，D错误； AB.由qvB＝m可知Rα∶RU＝qU∶qα＝92∶2＝46∶1 故A正确，B错误。故选AC。 14.钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u，且1u＝931.5 MeV/c2。 (1)写出衰变方程。 (2)求衰变过程放出的核能。 (3)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。 解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒得衰变方程为 Pu→U*＋He→U＋He＋γ (2)上述衰变过程的质量亏损Δm＝mPu－mU－mα 放出的能量ΔE＝Δm·c2≈5.216 MeV (3)此能量是铀核U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即 ΔE＝EU＋Eα＋Eγ　得EU＋Eα＝ΔE－Eγ 设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，根据动量守恒定律有mUvU＝mανα 又由动能的定义知EU＝mUv 又有Eα＝mαν 解得Eα≈5.034 MeV 答案：(1)Pu→U*＋He→U＋He＋γ； (2)5.216 MeV；(3)5.034 MeV 学科网（北京）股份有限公司 $