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 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 一、单项选择题 1 (2025南通阶段测试)现代物理学认为，自然界存在着四种基本相互作用，那么引起原子核β衰变的是以下哪种相互作用(　　) A. 引力相互作用 B. 电磁相互作用 C. 强相互作用 D. 弱相互作用 2 (2025苏州阶段测试)锂元素是一种具有独特性质和广泛应用前景的金属元素，随着科技进步和新能源产业的快速发展，应用非常广泛．对核反应方程C＋H→Li＋2X＋He，已知该核反应放出热量，则(　　) A. X为中子 B. X为电子 C. 核反应前后结合能变小 D. 核反应前后质量亏损 3 (2025南通模拟)碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变，核反应方程为C→N＋e，该反应释放的能量为E.则 (　　) A. C的质量比N的大 B. C的结合能为E C. C的结合能与N的相等 D. β衰变产生的电子来自于C的核外电子 4 (2024盐城阶段测试)我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程——福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系．根据图示的原子核的比结合能曲线，下列判断中正确的是(　　) A. O核的结合能比Li核的结合能更小 B. 两个H核结合成He时要释放能量 C. 两个H结合成He存在能量与质量的相互转化 D. U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小 5 (2024南通海安阶段测试)某行星内部含有氦核(He)，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核(C).已知1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，1个氦核(He)的质量为m1、1个碳核(C)的质量为m2，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　) A. He转变为C的核反应方程为2He→C B. He转变为C的核反应中质量亏损为6mp＋6mn－m2 C. 碳核(C)的比结合能为 D. C的同位素C中有6个中子，14个核子 6 (2024扬州阶段测试)锶90具有放射性，其半衰期为28.5天，衰变方程为Sr→Y＋e.锶90在生产生活中有很多用途，深空探测卫星利用其衰变产生的能量可以在极端环境下正常工作．关于锶90，下列说法正确的是(　　) A. 8个Sr核经过57天可能还剩3个未衰变 B. 锶90衰变时原子的核外电子会减少一个 C. Sr核的质量与其衰变产生的Y核的质量相等 D. Sr核的质量与其衰变产生的Y核和－e的总质量相等 7 (2025南京阶段测试)科学家常用放射性材料PuO2作为辅助电源为火星车供电．PuO2中的Pu元素是Pu，具有天然放射性，半衰期为87.7年．Pu发生α衰变的核反应方程为Pu→X＋He，则下列说法正确的是(　　) A. α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最弱 B. Pu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比Pu核的比结合能大 C. 10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个 D. Pu的半衰期跟核内部自身因素有关，也跟原子所处的化学状态和外部条件有关 8 (2024南通海门抽测)如图所示，一个原子核X经历图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，下列说法正确的是(　　) A. 原子核X生成原子核Y，共经历了11次α衰变和12次β衰变 B. 原子核X生成原子核Y，共经历了8次α衰变和6次β衰变 C. 原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得更牢固，所以Y原子核的结合能更大 D. 原子核X生成更稳定原子核Y，原子核结合得更牢固，所以Y原子核核子的平均质量更大 二、解答题 9 (2025南通模拟)宇宙射线进入地球大气时，与大气作用产生中子，中子撞击大气中的N引发核反应产生C.已知中子质量为m1，质子质量为m2，N质量为m3，C质量为m4，真空中光速为c. (1) 写出该核反应方程并求出一次反应释放的能量； (2) 求N的比结合能． 10 硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核（5B）吸收慢中子，转变成锂核（Li）和α粒子，释放出γ光子．已知核反应过程中质量亏损为Δm，γ光子的能量为E0，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c. (1)写出核反应方程并求出γ光子的波长λ； (2)求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3. 1. D　自然界的各种作用力归结起来是四种最基本的相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．故D正确． 2. D　由质量守恒和电荷守恒，得到粒子的质量数和电荷数均为1，则X为质子，故A、B错误；由于核反应放出能量，反应后结合能变大，故C错误；由于核反应放出能量，根据质能方程可知，该核反应前后会出现质量亏损，故D正确． 3. A　在进行β衰变时，C亏损质量，释放能量，故C的质量比N的大，故A正确；核子结合为原子核的过程中，亏损质量，释放的能量就是该原子核的结合能，而能量E是C在进行β衰变时释放的能量，故B错误；衰变过程中，C质量亏损，释放能量，因此C与N的结合能不会相等，故C错误；β衰变产生的电子来自于核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，D错误． 4. B　由图可知，Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为30 MeV，可知O核的比结合能约为8 MeV，则O核的结合能约为128 MeV，所以O核的结合能比Li核的结合能更大，A错误；由图可知，H的比结合能约为1 eV，则两个H的结合能约为4 eV，He的比结合能约为7 eV，则He的结合能为28 eV，可知，He的结合能大于两个H的结合能，则两个H核结合成He时要释放能量，B正确；由质能方程可知，能量与质量之间存在着—定的必然对应的关系，两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，C错误；由图可知，U核的比结合能比Ba核的比结合能小，由于平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大，D错误． 5. C　根据质量数和电荷数守恒，核反应方程应为3He→C，A错误；由上述核反应方程式可得质量亏损为Δm＝3m1－m2，B错误；质量亏损为Δm＝6mp＋6mn－m2，所以比结合能为E比＝，C正确；C有14－6＝8个中子，D错误． 6. A　衰变是统计学规律，只有大量的原子核在衰变时才遵循该统计学规律，所以8个Sr核经过57天可能还剩3个未衰变，A正确；锶90的衰变为β衰变，其释放出的电子是由核内的中子转变而来，核外电子不会减少，B错误；锶90衰变时，有质量亏损，Sr核的质量大于其衰变产生的Y核和－e的总的质量，C、D错误． 7. B　α、β、γ三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透本领最弱，A错误；Pu原子核发生α衰变后产生的新核更加稳定，则比结合能比Pu核的比结合能大，B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适用，C错误；Pu的半衰期只跟核内部自身因素有关，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，D错误． 8. B　原子核X质量数为238，电荷数为92，原子核Y质量数为206，电荷数为82，设共经历了m次α衰变和n次β衰变，根据质量数守恒4m＋206＝238，得m＝8，根据电荷数守恒92－2m＋n＝82，得n＝6，A错误，B正确；原子核X生成更稳定原子核Y，放出能量，原子核结合得更牢固，所以Y原子核的比结合能更大，结合能不一定更大，C错误；放出能量的过程中，存在质量亏损，核子的平均质量更小，D错误． 9. (1) 根据核反应前后质量数守恒、电荷数守恒，可得该核反应方程为n＋N→C＋H， 根据质能方程，该核反应一次反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m3－m2－m4)c2. (2) N由7个质子和7个中子构成，把N分解成单个核子需要吸收的能量(结合能)为ΔE1＝Δmc2＝(7m1＋7m2－m3)c2， 比结合能是结合能与核子数之比，所以其比结合能＝＝. 10. (1)核反应方程为B＋n→Li＋He＋γ， 根据E0＝h， 可求得γ光子的波长λ＝h. (2)由质能方程可知，核反应中放出的能量E＝Δmc2， 由能量关系可得E＝7E2＋4E3－10E1， 解得E3＝. 学科网（北京）股份有限公司 $