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】2025-2026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．原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定 B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，则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)的结合能一定小于铅原子核( Pb)的结合能 D．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 解析：选BCD。原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，故A错误；重原子核衰变成α粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故B正确；核子数越多，结合能越大，所以铯原子核Cs的结合能一定小于铅原子核Pb的结合能，故C正确；原子核是核子结合在一起构成的，把它们分开为自由核子需要的最小能量等于原子核的结合能，故D正确。 4．(2025·广东湛江市期末)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。已知核反应方程 C＋H→Li＋2X＋He，该核反应放出热量，则(　　) A．X为H B．X为e C．核反应前后结合能变小 D．核反应前后结合能不变 解析：选A。由质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数和电荷数均为1，则X为H，A正确，B错误；由于核反应放出能量，因此反应后结合能变大，C、D错误。 5．2024年10月3日，Physical Review C期刊上发表了中国科学院近代物理研究所的研究成果：研究团队合成新核素钚-227( Pu)，并测量了该新核素的半衰期。已知钚-227的衰变方程为Pu→Y＋ U，下列说法正确的是　(　　) A．10个钚-227原子核经过一个半衰期后还剩余5个 B．钚-227原子核发生的是α衰变 C．钚-227原子核发生衰变时需要吸收能量 D．Pu原子核的比结合能比U原子核的比结合能大 解析：选B。半衰期是大量粒子的统计规律，10个钚-227经过一个半衰期不一定还剩余5个，A错误；根据电荷数和质量数守恒，可知Y的质量数为4，电荷数为2，可知Y为α粒子，则钚-227发生的是α衰变，B正确；钚-227衰变的过程中是释放能量的，比结合能增大，Pu的比结合能比U的比结合能小，C、D错误。 6． Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为Am→ Np＋He＋γ，在该烟雾探测器中装有大约0.3 μg的镅241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。下列说法正确的是(　　) A．He是α粒子，有很强的贯穿本领 B．γ是光子，不具有能量 C．0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg　 D．镅241衰变过程要放出能量，故Am的比结合能比Np的大 解析：选C。 He是α粒子，有很强的电离本领，故A错误；γ是光子，具有能量，故B错误；根据半衰期公式m＝m0()，0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg，故C正确；结合能是指，自由核子结合成原子核所释放的能量，或者原子核分裂成自由电子所需要的能量，比结合能是指，结合能与核子数的比值，比结合能越大，说明核子越稳定，镅241衰变为Np，说明Np比Am更稳定，所以Am的比结合能比Np的小，故D错误。 题组3　质能方程和核能的计算 7．(2025·山西阳泉市期末)我国高海拔宇宙线观测站“拉索”首次完整记录迄今最亮“宇宙烟花”——伽马射线暴GRB 221009A爆发全过程，并精确测量了迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱，据此为检验相对论的适用范围提供了重要信息。该伽马暴在1 s内释放的能量数量级为1046 J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每分钟平均减少的质量数量级为(光速为3×108 m/s)(　　) A．1019 kg　　　　　　　 B．1024 kg C．1029 kg D．1030 kg 解析：选D。根据质能方程ΔE＝Δmc2，可得每分钟平均减少的质量Δm＝×60≈6.7×1030 kg，即每分钟平均减少的质量数量级为1030 kg。 8．热核聚变反应之一是氘核(H)和氚核(H)聚变反应生成氦核(He)和中子。已知H的静止质量为2.013 6 u，H的静止质量为3.015 0 u，He的静止质量为4.001 5 u，中子的静止质量为1.008 7 u。又有1 u相当于931.5 MeV，则反应中释放的核能约为(　　) A．4 684.1 MeV B．4 667.0 MeV C．17.1 MeV D．939.6 MeV 解析：选C。反应的质量亏损Δm＝(2.013 6 u＋3.015 0 u)－(4.001 5 u＋1.008 7 u)＝0.018 4 u，根据爱因斯坦的质能方程，有ΔE＝Δmc2，又有1 u＝931.5 MeV，解得ΔE≈17.1 MeV。 9．(2025·江西萍乡市期中)用粒子X轰击原子核Be生成C与n，用粒子X轰击原子核 C生成Y，此反应放出的核能为E0。已知Be、X、C的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是(　　) A．X是β粒子 B．Y是 O C．粒子X轰击Be后放出的核能为9E1＋4E2－12E3 D．Y的比结合能为 解析：选B。粒子X轰击原子核Be的核反应方程为Be＋X→C＋n，则X为He，即α粒子，故A错误；粒子X轰击原子核C的核反应方程为C＋X→Y，则Y是O，故B正确；Be与粒子X发生核反应产生的核能ΔE＝12E3－9E1－4E2，故C错误；C与粒子X发生核反应放出的核能为E0，设Y的比结合能为E，由能量守恒E0＝16E－4E2－12E3，解得E＝，故D错误。 10．静止的镭核 Ra发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是　(　　) A． B． C． D． 解析：选B。镭核发生α衰变的衰变方程为Ra→He＋ Rn，令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则根据动量守恒定律可得mvm＝MvM，其中E0＝＝，所以氡核的动能EM＝＝＝E0＝E0，根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损Δm＝＝＝。 11．(10分)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。(4分) (2)求该核反应释放的核能(结果保留3位有效数字)。(6分) 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 12．(10分)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。(4分) (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)？(6分) 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 Δm ＝ 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 $