第5章 第3节 核力与结合能 课后达标检测(Word练习)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

题组1　核力的理解 1．(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　) A．核力是一种特殊的万有引力 B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间没有核力作用 C.核力是原子核稳定存在的原因 D．核力是一种短程强力作用 解析：选CD。 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确。 2．对于原子核的组成，下列说法正确的是(　　) A．核力可使一些中子组成原子核 B．核力可使非常多的质子组成原子核 C．不存在只有质子的原子核 D．质量较大的原子核内一定有中子 解析：选D。由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维系原子核的稳定，故D正确。 题组2　结合能和比结合能 3．(多选)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．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能 D．比结合能越大，原子核越不稳定 解析：选ABC。结合能是把核子分开所需的最小能量，A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；核子数越多，结合能越大，C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，D错误。 4．下列说法正确的是(　　) A．β衰变现象说明原子核外存在电子 B．Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时，衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量 C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的 D．原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越大，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定 解析：选B。β衰变的实质是原子核内中子转化为质子的过程中同时释放电子，故A错误；原子核反应过程释放能量的原因是由于核反应过程产生质量亏损，故衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量，故B正确；α粒子散射实验的结果证明原子具有核式结构，故C错误；原子核的比结合能越大，则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，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定，故D错误。 5．(2024·湖北阶段检测)近年来，我国在新能源汽车领域取得了巨大的突破和发展。目前，核能汽车处于试验阶段，车上主要搭载了核动力电池，利用原子核衰变释放的核能转化为电池的电能。某种核动力电池利用了Pu的衰变，衰变方程为Pu→U＋X，下列说法正确的是(　　) A．X为β粒子 B．该反应的发生需要吸收能量 C．Pu的结合能大于U的结合能 D．Pu的原子核比U的原子核更加稳定 解析：选C。由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知，X为α粒子，故A错误；衰变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该过程会放出能量，故B错误；根据组成原子核的核子越多，它的结合能就越高可知，Pu的结合能大于U的结合能，故C正确；原子的比结合能越大，越稳定，故U的原子核比Pu的原子核更加稳定，故D错误。 题组3　质能方程和核能的计算 6．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是(　　) A．氘核的结合能约为1.1 MeV B．氘核的比结合能约为1.1 MeV C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量 解析：选B。中子质量记为m1，质子质量记为m2，氘核质量记为m3，氘核是由1个中子和1个质子构成，一个中子和一个质子形成一个氘核的核反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3，氘核的结合能ΔE＝Δmc2，单位换算关系1 MeV＝106×1.6×10－19J，代入数据解得ΔE≈2.19 MeV，氘核的比结合能为≈1.10 MeV＝1.76×10－13J，故A、C错误，B正确；一个中子和一个质子结合为一个氘核的反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3＝(1.674 9＋1.672 6－3.343 6)×10－27kg＝0.003 9×10－27kg，反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误。 7．(多选)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为Ra→Rn＋X。已知Ra的半衰期为1620年，Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，X原子核的质量为4.002 6 u，1 u相当于931 MeV的能量。对Ra的衰变，以下说法正确的是(　　) A．X表示氦原子 B．6克Ra原子核经过1620年有3克发生衰变 C．1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV D．Ra衰变后比结合能变小 解析：选BC。根据核反应方程的质量数与电荷数守恒，得A＝4，Z＝2，故X是He，表示氦核，不是氦原子，故A错误；Ra的半衰期为1620年，6克Ra原子核经过1620年有3克发生衰变，故B正确；Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，He原子核的质量为4.002 6 u，质量亏损Δm＝226.025 4 u－222.017 5 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，因1 u相当于931 MeV的能量，则1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV，故C正确；衰变后变成，放出能量，则其比结合能变大，故D错误。 8．(2024·海南省直辖县级单位一模)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。硼核(B)进入癌细胞后，吸收中子转变成锂核和α粒子。已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，锂核的质量为M，真空中的光速为c，则锂原子核的比结合能为(　　) A．(3mp＋4mn－M)c2 B．(3mp＋4mn－M)c2 C．(M－3mp－4mn)c2 D．(M－3mp－4mn)c2 解析：选B。根据质量数和电荷数守恒，可知硼核吸收中子发生的核反应方程为B＋n→Li＋He，锂核(Li)分解成3个质子和4个中子，吸收的能量ΔE＝Δmc2＝(3mp＋4mn－M)c2，锂(Li)原子核共有7个核子，故锂原子核的比结合能为＝(3mp＋4mn－M)c2。 9．关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2 min，Th核的质量为m1，Pa核的质量为m2，X的质量为m3，真空中的光速为c，则(　　) A．X为α粒子 B．m1＝m2＋m3 C．ΔE＝(m1－m2－m3)c2 D．10 gTh核经过3.6 min还有2.5 gTh核尚未衰变 解析：选C。根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为Th→Pa＋e＋ΔE，故X为电子，故A错误；核反应方程放出能量，有质量亏损，则m1>m2＋m3，故B错误；根据质能方程，核反应方程放出能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确；经过3.6 min即3个半衰期，剩余的原子核的质量m＝m0＝10× g＝1.25 g，故D错误。 10．(2024·山东聊城期末)原子核的人工转变是通过高速粒子轰击某些元素的原子核并生成新的原子核，它是人们研究原子核组成的重要手段。用粒子加速器加速后的质子H轰击静止的锂Li原子核，可以生成两个α粒子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。 (1)写出该核反应的反应方程式。 (2)求该核反应释放的核能(结果保留3位有效数字)。 解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，该核反应的反应方程式为H＋Li→2He。 (2)核反应释放的核能 ΔE＝Δmc2＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 603)×931 MeV≈17.3 MeV。 答案：(1)H＋Li→2He　(2)17.3 MeV 11．(2024·河南南阳期末)一个铀核(U)衰变为钍核(Th)时释放一个α粒子。已知铀核的质量为3.853 13 × 10－25 kg，钍核的质量为3.786 57 × 10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72 × 10－27 kg，光在真空中的速度为3 × 108 m/s。 (1)写出这个衰变过程的衰变方程。 (2)在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳(结果保留3位有效数字)? 解析：(1)根据电荷数守恒和质量数守恒写出衰变方程为U→Th＋He。 (2)衰变前后亏损的质量 Δ m＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8 × 10－25 kg c ＝ 3.0 × 108 m/s， 释放的能量 ΔE ＝Δmc2 解得ΔE ＝ 8.35 × 10－13 J。 答案：(1)U→Th＋He　(2)8.35 × 10－13 J 学科网（北京）股份有限公司 $