高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第三册7.3 原子核的结合能课时练习

7.3原子核的结合能基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．2021年3月，考古学家利用技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3200年至3000年，年代区间属于商代晚期。已知的半衰期为8267年，其衰变方程为，则下列判断正确的是（　　）

A．四个经过8267年一定还剩余两个

B．的比结合能一定大于

C．衰变的本质是核内一个质子转化中子和电子

D．衰变过程满足动量守恒，不满足能量守恒

2．下列说法中正确的是（　　）

A．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固

B．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，原子总能量减小

C．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流

D．放射性元素衰变的快慢不仅与原子核内部自身的因素有关，还跟原子所处的化学状态和外部条件有关

3．大气中的在宇宙射线中的中子撞击下会产生，其核反应方程为，具有放射性，其发生的核反应方程为，则下列判断正确的是（　　）

A．为光子 B．为中子

C．方程：为衰变方程 D．的比结合能大于的比结合能

4．2021年4月，某国政府不计后果决定将其一座核电站产生的核废水排放入海。核废水即使经处理，还是含有氚、锶-90、铯-137、碘-129等放射性元素。其中Sr半衰期为30年，它能通过β衰变变为新核，用X表示新核的元素符号，下列有关说法错误的是（　　）

A．锶发生β衰变时，产生的β射线不能穿透几厘米厚的铅板

B．锶发生β衰变的变方程为

C．10个锶核发生β衰变时，经过30年，一定还有5个锶核未发生衰变锶发生

D．新核X的比结合能比Sr大

5．下列说法正确的是（　　）

A．β衰变中产生的β射线是原子的核外电子形成的

B．碘131的半衰期是8天，20g碘131经过24天后还有2.5g未衰变

C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定

D．卢瑟福发现质子的核反应方程式是

6．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是（　　）

A．原子核A比原子核F的比结合能大

B．原子核D比原子核F更稳定

C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程一定释放能量

D．由原子核D、E结合出原子核F的过程一定吸收能量

7．是核电站的重要核燃料，是铀核裂变形式之一，裂变生成物、的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　）

A． B．

C．比更稳定 D．的结合能比的结合能大

8．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有（　　）

A．He核比Li核更稳定

B．He核的结合能约为14 MeV

C．两个H核结合成He核时吸收能量

D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大

9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是

A．比结合能小的原子核裂变或聚变成比结合能大的原子核时一定吸收核能

B．光电效应和康普顿效应深人揭示了光的粒子性．前者表明光子具有能量后者表明光子除了具有能量外还具有动量

C．某种元素的半衰期为T，经过2T时间后该元素完全变成了另一种元素

D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半轻较小的轨道跃迁到半轻较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量也减小

10．关于近代物理知识，下列判断正确的是（　　）

A．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量可能小于该原子核的结合能

C．如果一个质子和一个中子的德布罗意波长相等，那么它们的总能量相同

D．康普顿效应表明光子不仅具有能量，而且具有动量

11．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（　　）

A．居里夫人最早发现了天然放射现象

B．比结合能越大的原子核，结合能不一定越大，但其原子核越稳定

C．放射性元素的半衰期会随着外部条件的变化而变化

D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要吸收一定频率的光子

12．下列说法正确的是（   ）

A．将放射性元素放置在一个封闭的装置内，衰变将会变慢

B．射线是原子核中的质子衰变成中子而释放出来的电子流

C．静止的原子核发生衰变时，粒子和反冲核动能大小相等

D．比结合能小的原子核结合或裂变成比结合能大的原子核时释放核能

13．衰变是原子核内质子和中子自发相互转化并发射或吸收电子（或正电子）的过程，这个过程伴随着电子中微子或反电子中微子的发射，最常见的衰变是衰变（比如），其次还有衰变（比如），和轨道电子俘获（比如原子核从核外俘获一个K层轨道的电子而衰变为Li原子核），下列关于衰变的说法中正确的是（　　）

A．原子核发生一次衰变，新生成的原子核相对原来的原子核质量数不变，电荷数增加1

B．原子核发生衰变时核内中子转化为质子，发生衰变或轨道电子俘获时核内质子转化为中子

C．电子中微子和反电子中微子的质量数均为0，电荷数为“-1”或“+1”

D．衰变是释放能量的反应，因此新生成的原子核的比结合能小于原来的原子核的比结合能

14．下列说法正确的是

A．光电效应表明光子既具有能量也具有动量

B．氢原子光谱是连续谱

C．在原子核的尺度内，核力比库仑力小得多

D．放射性元素的衰变表明原子核的能量变化是不连续的

15．随着科技的发展，人类对微观世界的认识不断深入。下列关于原子物理的知识，叙述正确的是（　　）

A．在光电效应中逸出的光电子与金属导体中的电子是同一种粒子

B．由于半衰期是放射性元素有一半发生衰变的时间，所以经过两个半衰期后所有元素都会发生衰变

C．原子核的结合能越大，该原子核越稳定

D．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构，成功解释了氢原子光谱

二、填空题（共4题）

16．判断下列说法的正误。

（1）核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。_________

（2）弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。_________

（3）原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。_________

（4）比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大。_________

17．在某些恒星内部，3个α粒子可以结合成一个核，已知核的质量为=1.99302×kg，α粒子的质量为=6.64672×kg，真空中光速c=3×m/s，这个核反应是____________，这个反应中释放的核能为__________，（保留一位有效数字），α粒子和比较，α粒子的比结合能_______的比结合能，（填大于.等于或者小于）

18．我国科学家因中微子项目研究获得2016年基础物理学突破奖。中微子是一种静止质量很小的不带电粒子，科学家在1953年找到了中微子存在的直接证据：把含氢物质置于预计有很强反中微子流（反中微子用表示）的反应堆内，将会发生如下反应：＋H→n＋e，实验找到了与此反应相符的中子和正电子。

（1）若反中微子的能量是E0，则反中微子的质量＝________，该物质波的频率＝________。（普朗克常量为h，真空中光速为c）

（2）在＋H→n＋e反应过程中，

①若质子认为是静止的，测得正电子的动量为p1，中子的动量为p2，p1、p2方向相同，求反中微子的动量p=_______；

②若质子的质量为m1，中子的质量为m2，电子的质量为m3，m2＞m1。要实现上述反应，反中微子的能量至少是______。（真空中光速为c）

19．比结合能

原子核的结合能与_________之比，叫作比结合能，也叫作_________结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越_________，原子核越________。_________的核的比结合能最大，最稳定。

三、综合题（共4题）

20．在衰变中常伴有一种称为“中微子（）”的粒子放出、中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测，1953年，科学家们建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。

（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即核反应方程式为，则中微子的质量数和电荷数分别是多少？

（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（），即。已知正电子和电子的质量都为，反应中产生的每个光子的能量约为多少？正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，请解释其原因。

（3）试通过分析比较具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。

21．一个静止的核发生α衰变生成，放出α粒子的运动速度为v0。已知一个核子的质量为m，真空中的光速为c，设衰变过程中放出的能量全部转化成动能。求：

(1)写出衰变方程；

(2)核的运动速度；

(3)衰变过程中的质量亏损。

22．已知海水中含有的重水，从中可提取的氘（）。假如海水中的氘全部聚变为氦，则释放多少能量？氘核和氦核的质量分别为和，若汽油完全燃烧释放的能量为，那么海水中的氘全部聚变所放出的能量相当于多少升汽油燃烧时释放的能量？（）

23．氦核由2个质子和2个中子组成。1个质子的质量是，1个中子的质量是，氦核的质量是，试求氦核的结合能。

参考答案

1．B

2．A

3．C

4．C

5．B

6．C

7．C

8．A

9．B

10．D

11．B

12．D

13．B

14．D

15．A

16．错误    正确    错误    错误   

17．    ΔE=9×10−13J    小于   

18．        p1+p2    (m2+m3-m1)c2   

19．核子数    平均    牢固    稳定    中等大小   

20．（1）0，0；（2）8.2×10-14J，

根据质能方程可得反应中产生的每个光子的能量约为

由题意可知，正电子与电子先形成几乎静止的整体，然后再转变为两个光子，根据动量守恒定律可知系统初动量为零，则转变后必定是两个动量大小相等、方向相反的光子，不可能只转变为一个光子。

（3）物质波的波长为

由上式可知，因为电子的质量小于中子的质量，且二者动能相同，所以电子的物质波波长大于中子的物质波波长。

21．（1）；（2），方向与相反；（3）

22．，

23．