课时跟踪检测(二十一) 核力与结合能（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版 江苏专用）

课时跟踪检测(二十一)　核力与结合能 1．物理学上的四种基本相互作用是(　　) A．万有引力、相互作用力、电磁力、强相互作用 B．重力、弹力、摩擦力、其他力 C．作用力、反作用力、电磁力、强相互作用 D．万有引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用 2．下列有关原子核的说法正确的是(　　) A．结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量 B．结合能越大，原子核越稳定 C．质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和 D．因为存在质量亏损，所以在原子核发生衰变时，质量数不守恒 3．考古人员一般利用C的衰变测定古物的年代。已知的衰变方程为C→e＋N，C和N相比较，下列判断正确的是(　　) A.C的结合能较大　　 B.N的结合能较小 C.C的比结合能较大 D.N的比结合能较大 4．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是(　　) A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能 C．若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示核反应释放的核能 D．已知太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，则太阳的质量在不断减少 5．(2025·江苏扬州高二月考)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→2He，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 60 u,1 u相当于931 MeV的能量。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．17.34 MeV 6．(2025·江苏淮安高二期末)某种国产核电池是利用Pu衰变为U释放能量制成的。关于Pu衰变为U的核反应过程，下列说法正确的是(　　) A．核反应前后，反应物的质量之和等于生成物的质量之和 B．在此衰变中，质量和电荷量守恒 C．当温度降低时，Pu衰变的半衰期将变大 D.Pu发生α衰变 7．一个静止的铀(U)核放出一个X粒子后衰变成钍(Th)核，该核衰变方程式为U→Th＋X，已知铀核原子质量为232.037 2 u，钍核原子质量为228.028 7 u，X粒子的质量为4.002 6 u，u为原子质量单位。下列说法正确的是(　　) A．该核反应方程式中，m＝1，n＝1 B．该核反应过程中的质量亏损为0.005 9 u C.U的结合能大于Th与X的结合能之和 D．若增加铀核温度及其所受压力，它的半衰期将会变小 8．1932年，考克饶夫和沃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 9．(2025·盐城中学高二期末)原子核的比结合能随质量数变化的图像如图所示，根据该图像和对核能的认识，下列说法正确的是(　　) A．质量数越大，比结合能越大 B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要吸收能量 C．比结合能越大的原子核，核子平均质量越小 D．一重核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量 10．原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，核反应方程是A＋B→C，已知原子核A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，结合能分别为EA、EB、EC，以下说法正确的是(　　) A．原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C B．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝(mA＋mB－mC)c2 C．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝EA＋EB－EC D．大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的 11．(12分)卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧17和一个质子，首次实现了原子核的人工转变。已知α粒子的比结合能为ε1，氮核的比结合能为ε2，该反应需吸收ΔE的能量。设靶核静止，计算结果保留三位有效数字，求： (1)写出该反应的核反应方程；(3分) (2)氧17的比结合能；(3分) (3)已知mα＝4.002 603 u，mN＝14.003 074 u，mO＝16.999 133 u，mH＝1.007 825 u，该反应需吸收的能量ΔE＝1.19 MeV。若核反应中放出的核能全部转化为动能，要使这一反应可能实现，入射的α粒子的最小动能。(6分) 12．(14分)假设钚的同位素离子Pu静止在某一匀强磁场中，该离子沿着与磁场垂直的方向放出一个α粒子后，变成了铀的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09 MeV的光子。若已知钚核的质量为m1＝238.999 655 u，铀核的质量为m2＝234.993 470 u，α粒子的质量为m3＝4.001 509 u。普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s，元电荷为e＝1.6×10－19 C，光在真空中的速度为c＝3×108 m/s，1 u的质量对应于931.5 MeV的能量。求： (1)这一过程的核反应方程式；(3分) (2)放出的光子的波长；(4分) (3)α粒子和铀核获得的总动能。(7分) 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 课时跟踪检测(二十一) 1．选D　至今为止，物理学家们发现了四种基本的相互作用，它们是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用，故D正确。 2．选A　结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量，或者核子结合成原子核释放的能量，故A正确；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错误；质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故C错误；核反应过程中存在质量亏损，但不影响质量数守恒，故D错误。 3．选D　C衰变成N，故N比C更稳定，可知N的比结合能比C的大，N与C的核子数相同，结合能等于比结合能乘以核子数，所以N的结合能比C的大，故D正确。 4．选C　爱因斯坦质能方程E＝mc2表明物体具有的能量与它的质量成正比，故A正确，不符合题意；ΔE＝Δmc2中，如果Δm是亏损质量，则ΔE是释放的核能，故B正确，不符合题意；若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示其具有的能量，不表示核反应释放的核能，故C错误，符合题意；太阳辐射的能量来自太阳内部的核聚变反应，则核聚变释放核能，有质量亏损，故D正确，不符合题意。 5．选A　该反应释放的能量ΔE＝(1.007 825＋7.016 004－2×4.002 60)u×931 MeV/u≈17.34 MeV。入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，故选A。 6．选D　在此衰变中，释放能量，存在质量亏损，所以核反应前后，反应物的质量之和大于生成物的质量之和，故A、B错误；半衰期只由原子核自身决定，当温度降低时，Pu衰变的半衰期不变，故C错误；根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，Pu衰变为U放出的粒子为He，则Pu发生α衰变，故D正确。 7．选B　根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒，可知m＝92－90＝2，n＝232－228＝4，A错误；该核反应中的质量亏损为Δm＝232.037 2 u－228.028 7 u－4.002 6 u＝0.005 9 u，B正确；衰变产物比铀核稳定，比结合能大，则衰变产物总的结合能大，所以U的结合能小于Th与X的结合能之和，C错误；放射性元素的半衰期是由原子核自身因素决定的，与外界的物理因素和化学状态无关，故D错误。 8．选B　根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，该核反应方程为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＝c2，故A错误，B正确。 9．选C　根据题图可知，质量数越大，原子核的比结合能不一定越大，故A错误；质量数较小的轻核的比结合能小于中等质量的核的比结合能，可知质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要释放能量，故B错误；比结合能越大的原子核，平均每个核子的质量亏损越大，核子的平均质量越小，故C正确；一重核衰变成α粒子和另一原子核，该核反应释放能量，根据质能方程可知，反应过程存在质量亏损，即衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，故D错误。 10．选B　原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量，原子核A、B结合成放射性原子核C时会释放能量，原子核C的比结合能最大，释放的能量为ΔE＝EC－(EA＋EB)，根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝(mA＋mB－mC)c2，故A、C错误，B正确；原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，未发生衰变的原子核占原来的，故D错误。 11．解析：(1)根据题意可知，该反应的核反应方程为He＋N→O＋H。 (2)根据能量守恒定律得4ε1＋14ε2－ΔE＝17ε3 解得氧17的比结合能ε3＝。 (3)反应过程质量增加Δm＝mH＋mO－mα－mN＝0.001 281 u 能量增加ΔE′＝0.001 281×931.5 MeV＝1.193 251 5 MeV 根据能量守恒定律，入射的α粒子的最小动能 Ek＝ΔE′－ΔE≈0.003 25 MeV。 答案：(1)He＋N→O＋H　(2) (3)0.003 25 MeV 12．解析：铀核相对α粒子做反向运动(反冲)，在磁场中形成相切的圆轨迹，衰变过程中系统的动量及总能量均是守恒的，释放出的能量，一部分转变成两个生成核的动能，另一部分以光子的形式辐射出去。 (1)根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，这一过程的核反应方程式为Pu→U＋He。 (2)因E＝hν＝h， 所以λ＝＝ m≈1.38×10－11 m。 (3)衰变过程中释放的能量ΔE＝(m1－m2－m3)×931.5 MeV， 根据能量守恒定律得，铀核和α粒子的总动能为 Ek＝EkU＋Ekα＝ΔE－E＝(m1－m2－m3)×931.5 MeV－0.09 MeV≈4.266 MeV。 答案：(1)Pu→U＋He　(2)1.38×10－11 m (3)4.266 MeV(或6.83×10－13 J) $