第5章 第3节 核力与核能（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

第5章　原子核与核能 第3节　核力与核能 基础过关练 题组一　核力与核的稳定性　四种基本相互作用 1.下列关于核力的说法正确的是 (　　) A.核力同万有引力没有区别,都是物体间的作用力 B.核力就是电磁力 C.核力是短程力 D.核力与电荷有关 2.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.在稳定的重原子核内,质子数比中子数多 C.原子核都是非常稳定的 D.由于核力的作用范围是有限的,核力具有饱和性,原子核不可能无节制地增大且仍稳定存在 3.关于核力,下列说法正确的是 (　　) A.在原子核内,靠核力将所有核子束缚在一起 B.在原子核内,只有质子和中子之间有核力 C.在原子核内,任意两个核子之间都存在核力的作用 D.核力和万有引力是同种性质的力 题组二　结合能与平均结合能 4.(多选题)下列对结合能、平均结合能的认识正确的是 (　　) A.除1H外的原子核均具有结合能 B.自由核子结合为原子核时,可能吸收能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.平均结合能越大的原子核越稳定 5.(经典题)(2023陕西西安月考)关于原子核的结合能和比结合能,下列说法正确的是 (　　) A.组成原子核的核子越多,它的比结合能越大 B.比结合能越小,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定 C.核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量不同 D.原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能 6.(2024江苏徐州三模)我国成功研制出高纯度钼100Mo)。用高频光子轰击钼100得到钼99Mo),钼99衰变生成医学常用的元素锝99Te),衰变方程为MoTe+X。则 (　　) A.X为正电子 BMo与Mo中子数相同 CMo比Mo的结合能小 DTe比Mo的结合能小 7.(2024湖北十一校二模)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断中正确的是　 (　　) AO核的结合能约为64 MeV BHe核比Li核更稳定 C.两个H核结合成He核时吸收能量 DU核中核子的比结合能比Kr核中的大 8.(2023福建厦门实验中学期末)铀核U)经过　　　　次α衰变和　　　　次β衰变变成铅核Pb),关于该过程,铀核U)的比结合能比铅核Pb)的比结合能　　　　(填“大”“小”“相等”)。  题组三　质能方程与核能的计算 9.(多选题)关于质能方程,下列说法正确的是 (　　) A.质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量 B.物体获得一定的能量,它的质量也相应增加一定值 C.物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D.一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 10.(多选题)下列对公式ΔE=Δmc2的理解正确的是 (　　) A.如果物体的能量减少了ΔE,它的质量也一定相应减少了 B.如果物体的质量增加了Δm,它的能量也一定相应增加Δmc2 C.Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量 D.在把核子结合成原子核时,若放出的能量是ΔE,则这些核子与结合成的原子核的质量之差就是 11.(2024四川成都三模)历史上第一次利用加速器实现的核反应,是利用加速后动能为Ek1的质子H轰击静止的Li核,生成两个动能均为Ek2的He核,已知光速为c,则此核反应中的质量亏损为 (　　) A.　　　　　　B. C.　　　　　　D. 12.(2023山东泰安期中)用中子轰击静止的锂核,核反应方程为nLiHeH+γ。已知γ光子的波长为λ,锂核的比结合能为E1,氦核的比结合能为E2,氚核的比结合能为E3,普朗克常量为h,真空中的光速为c,下列说法中正确的是 (　　) A.该核反应放出的核能ΔE=h B.该核反应放出的核能ΔE=h C.该核反应放出的核能ΔE=4E2+3E3-7E1 D.该核反应放出的核能ΔE=4E2+3E3-6E1 13.一个氘核H)和一个氚核H)结合成一个氦核并放出一个中子时,质量亏损为Δm,已知阿伏伽德罗常数为NA,真空中的光速为c,若1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应,则在核反应中释放的能量为　　　　。  14.某次核反应中U变成Xe和Sr,同时释放出若干中子U的平均结合能约为7.6 MeVXe的平均结合能约为8.4 MeVSr的平均结合能约为8.7 MeV。 (1)把U分解成核子时,要吸收多少能量? (2)使相应的核子分别结合成Xe和Sr时,分别要释放出多少能量? (3)在这个核反应中是吸收能量还是释放能量,这个能量大约是多少? 能力提升练 题组一　对结合能与平均结合能的理解及应用 1.(2024湖北一模)离子烟雾报警器是一种常见且广泛使用的火灾报警设备。某离子烟雾报警器中装有放射性元素镅241,其半衰期为432.2年,衰变方程为AmNp+X+γ。下列说法正确的是 (　　) A.夏天气温升高,镅241的衰变速度会变快 B.X是α粒子,具有很强的电离本领 CNp的比结合能比Am的比结合能小 D.衰变前后核子总数不变,因此衰变前后总质量也不变 2.(2023山东滨州二模)不同原子核的平均结合能不同,如图是按照实际测量结果画的图像,根据图像和所学知识,下列说法中正确的是 (　　) A.结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量 B.随着原子质量数的增加,原子核的平均结合能增大 C.铀核U比钡核Ba结合能大 D.两个氘核H结合成氦核He,需要吸收能量 3.(2024广西柳州三模)日本排海的核污水中的I属于1类致癌物质,威胁着人类的安全。已知I的衰变方程为IXe+X,则下列说法中正确的是 (　　) A.该核反应中X为中子 B.升高温度会使I的半衰期减小 CXe的比结合能大于I的比结合能 D.一个I核的质量小于一个Xe核和一个X核的质量之和 题组二　核能的计算 4.(2024广东广州一模)我国自主研发的“华龙一号”反应堆技术利用铀235发生核裂变释放的能量发电,典型的核反应方程为U+BaKr+n。光速取3.0×108 m/s,若核反应的质量亏损为1 g,释放的核能为ΔE,则k和ΔE的值分别为 (　　) A.2,9.0×1016 J　　　　　　B.3,9.0×1013 J C.2,4.5×1016 J　　　　　　D.3,4.5×1013 J 5.(2024福建泉州月考)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HLiHeHe。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。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.17.3 MeV 6.(2024山东泰安二模)两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变。核反应方程为HHHen,其中氘核的比结合能为E1,氦核的比结合能为E2。假设核反应释放的核能E全部转化为动能,下列说法正确的是 (　　) A.核反应后氦核与中子的动量相同 B.该核反应释放的核能E=4E1-3E2 C.核反应后氦核的动能为 D.氦核的比结合能为E2= 7.(2024福建南平三模)早期夜光手表的夜光涂料中含有微量的镭辐射,其衰变方程为Rn+X,该核反应类型为　　　衰变;已知Ra的质量为m1Rn的质量为m2,X的质量为m3,真空中的光速为c,则该核反应放出的核能为　　　 Ra的比结合能　　　　(选填“大于”或“小于”Rn的比结合能。  8.(2024江苏泰州一模)我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中,一个氘核H)和一个氚核H)结合生成一个氦核He),并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为E1,氚核的比结合能为E2,该核反应释放的核能为ΔE,真空中光速为c。 (1)写出核反应方程并求出质量亏损; (2)求氦核的比结合能E3。 9.(2023福建龙岩期中)三个α粒子结合成一个碳C,已知碳原子的质量为12.000 0 u,氦原子的质量为4.002 6 u。(1 u=1.66×10-27 kg,光速c=3×108 m/s) (1)写出核反应方程; (2)这个核反应放出的能量是多少焦?(结果保留三位有效数字) (3)这个能量合多少 MeV?(结果保留三位有效数字) 10.(2023山东滨州三校联考)原子物理中常把碳12原子质量的1/12叫作“原子质量单位”,用1 u表示(1 u=1.660 6×10-27 kg)。根据E=mc2可知:1 u相当于931.5 MeV的能量。静止的放射性元素钚Pu发生α衰变成为铀U。已知PuU和α粒子的质量分别为239.052 1 u、235.043 9 u和4.002 6 u。 (1)写出该核衰变方程; (2)若反应中释放出的核能全部转化为U和α粒子的动能,α粒子的动能为多少 MeV?(结果保留2位有效数字) 答案与分层梯度式解析 第5章　原子核与核能 第3节　核力与核能 基础过关练 1.C　核力是短程力,故C对;核力与万有引力、电磁力不同,故A、B错;核力与电荷无关,故D错。 易错警示　(1)核力是强相互作用力,只存在于相邻核子之间。 (2)核力的存在与核子是否带电及电性无关。 (3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关。 2.D　原子核中质子数与中子数不一定相等,稳定的重原子核内中子数比质子数多,故A、B错误;原子核可以发生衰变,故C错误;由核力作用特点可知,核子数越多的原子核越不稳定,故D正确。 3.A　在原子核内,质子和质子、质子和中子、中子和中子之间都存在核力,靠核力将所有核子束缚在一起,核力只在相邻的核子之间起作用,A正确,B、C错误;核力与万有引力不是同一种性质的力,D错误。 4.AD　由自由核子结合成原子核的过程中,核力做正功,释放出能量,人们把核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能,故A正确,B错误;核子较多的原子核的结合能大,但它的平均结合能不一定大,平均结合能越大原子核越稳定,故C错误,D正确。 5.D　组成原子核的核子越多,它的结合能越大,比结合能未必越大,选项A错误;比结合能越大,原子核越稳定,选项B错误;单个核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量相同,选项C错误;根据结合能定义可知,原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能,选项D正确。 6.C　根据衰变过程质量数守恒和电荷数守恒,可知X的质量数为0,电荷数为-1,所以X是负电子,故A错误Mo的中子数为57Mo的中子数为58,它们的中子数不同,故B错误;比结合能越大,原子核越稳定,所以Te比Mo的结合能大Mo比Mo的结合能小,故C正确,D错误。 7.B　由题图可知O核的比结合能约为8 MeV,氧核的核子数为16,因此结合能约为16×8 MeV=128 MeV,故A错误He核比Li核的比结合能更大,则更稳定,选项B正确;两个H核结合成He核时生成物的总结合能大于反应物的总结合能,因此释放能量,故C错误;由题图可知U核中核子的比结合能比Kr核中的小,选项D错误。 8.答案　7　4　小 解析　设经过m次α衰变和n次β衰变,根据反应前后质量数守恒和核电荷数守恒可知,235=207+4m,92=82+2m-n,解得m=7,n=4。比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,所以铀核的比结合能比铅核的比结合能小。 9.BD　质能方程E=mc2表明一定量的质量与一定量的能量是相联系的,是普遍适用的,当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时,它的质量也相应增加一定值,并可根据ΔE=Δmc2进行计算,选项B、D正确。 10.ABD　一定的质量对应一定的能量,物体的能量减少了ΔE,它的质量也一定相应减少,即发生质量亏损,所以选项A、D正确;如果物体的质量增加了Δm,它的能量也一定相应增加Δmc2,所以选项B正确;某原子核在衰变时,一定发生质量亏损,所以选项C错误。 11.D　核反应放出的能量为ΔE=2Ek2-Ek1,根据质能方程ΔE=Δmc2,解得此核反应中的质量亏损为Δm=,故选D。 12.D　γ光子的能量E=h,不等于该核反应释放的核能,A、B错误;因为锂核的结合能为6E1,氦核的结合能为4E2,氚核的结合能为3E3,则该核反应放出的核能ΔE=4E2+3E3-6E1,C错误,D正确。 13.答案　NAΔmc2 解析　根据爱因斯坦质能方程,一个氘核H)和一个氚核H)结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为Δmc2,则1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应,释放的能量应为Δmc2的NA倍,即NAΔmc2。 14.答案　(1)1 786 MeV　(2)1 142.4 MeV　783 MeV (3)释放能量　139.4 MeV 解析　(1)把U分解成核子时,要吸收的能量为 E1=235×7.6 MeV=1 786 MeV。 (2)使相应的核子结合成Xe要释放的能量为 E2=136×8.4 MeV=1 142.4 MeV 使相应的核子结合成Sr要释放的能量为 E3=90×8.7 MeV=783 MeV。 (3)生成物的总结合能更大,故该核反应释放能量,放出的能量为E=E2+E3-E1=139.4 MeV。 能力提升练 1.B　半衰期是由放射性元素本身决定的,与外界因素无关,故A错误;根据核电荷数守恒和质量数守恒可知X是He,即α粒子,具有很强的电离本领,故B正确;自发的衰变过程中释放能量,原子核的比结合能增大Np的比结合能比Am的比结合能大,故C错误;核反应释放能量,发生质量亏损,因此反应后总质量会减小,故D错误。 2.C　结合能不是由于核子结合成原子核而具有的能量,而是为了把核子分开而需要的能量,故A错误;由题给图像可知随着原子质量数的增加,原子核的平均结合能先增大后减小,故B错误;由题给图像可知铀核U的平均结合能与核子数的乘积大于钡核Ba的平均结合能与核子数的乘积,即铀核U比钡核Ba的结合能大,故C正确;两个氘核H结合成氦核He,需要释放能量,故D错误。故选C。 3.C　根据电荷数守恒和质量数守恒,可知X的质量数为零,电荷数为-1,则X为电子,故A错误;半衰期与外界因素无关,故B错误I衰变为Xe,则Xe更稳定,所以I的比结合能小于Xe的比结合能,故C正确;衰变过程放出能量,质量发生亏损,所以一个I核的质量大于一个Xe核和一个X核的质量之和,故D错误。 4.B　根据核反应前后质量数守恒有235+1=141+92+k,解得k=3,该核反应质量亏损1 g,根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量为E=Δmc2=1×10-3×9.0×1016 J=9.0×1013 J,故A、C、D错误,B正确。 5.A　该反应放出能量ΔE=(1.007 825 u+7.016 004 u-2×4.002 603 u)×931 MeV/u≈17.34 MeV,入射质子的动能EkH=2Ekα-ΔE≈0.5 MeV,故A正确。 6.C　两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞,根据动量守恒定律知,反应前的总动量为零,则反应后总动量为零,即氦核和中子的动量大小相等,方向相反,故A错误;由比结合能的概念可知,该核反应释放的核能为E=3E2-4E1,故B错误;反应后氦核和中子的总动能来自释放的核能与反应前氘核的总动能之和,则反应后氦核和中子的总动能为Ek总=2Ek+E,根据动量守恒知,氦核和中子的动量大小相等,方向相反,根据动能与动量的关系Ek=可知氦核和中子的动能之比为1∶3,则核反应后氦核的动能为Ek1==,故C正确;比结合能等于结合能除以核子数,结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量,并不是该反应放出的能量E,所以氦核的比结合能不等于,故D错误。 7.答案　α　(m1-m2-m3)c2　小于 解析　通过质量数守恒与电荷数守恒推导出X的质量数为4,电荷数为2,是He,故为α衰变;根据ΔE=Δmc2,得放出的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2,由于该反应放出核能,生成物更加稳定,比结合能更大,所以Ra的比结合能小于Rn的比结合能。 8.答案　(1HHHen　　(2) 解析　(1)核反应方程为HHHen 根据质能方程,可得ΔE=Δmc2 解得Δm=。 (2)依题意可得释放的能量为ΔE=4E3-2E1-3E2 解得氦核的比结合能为E3=。 9.答案　(1)HeC+ΔE　(2)1.17×10-12 J　(3)7.31 MeV 解析　(1)核反应方程为HeC+ΔE。 (2)质量亏损Δm=3×4.002 6 u-12.000 0 u=0.007 8 u=0.007 8×1.66×10-27 kg=1.294 8×10-29 kg 则释放的能量ΔE=Δmc2≈1.17×10-12 J (3)释放的能量ΔE= eV≈7.31×106 eV=7.31 MeV。 方法技巧　核能的两种单位换算技巧 (1)若以kg为质量亏损Δm的单位,则计算时应用公式ΔE=Δmc2。 (2)若以原子单位“u”为质量亏损的单位,则ΔE=Δm×931.5 MeV。 (3)两种方法计算核能的单位分别为“J”和“MeV”,1 MeV=1×106×1.6×10-19 J=1.6×10-13 J。 10.答案　(1PuUHe　(2)5.1 MeV 解析　(1)衰变过程中电荷数守恒、质量数守恒,根据题意可得衰变方程为 PuUHe (2Pu在衰变过程中质量亏损Δm=mPu-mU-mα 代入数据,得Δm=0.005 6 u 其产生的能量E=0.005 6×931.5 MeV=5.2 MeV Pu衰变过程中动量守恒U和α粒子动量大小相等、方向相反,根据动量和动能的关系 Ek= 可得= 根据题意,反应中释放出的核能全部转化为动能,则有Ekα=E 代入数据,得Ekα=5.1 MeV 7 学科网（北京）股份有限公司 $