高中鲁科版 (2019)第5章 原子核与核能第3节 核力与核能同步训练题

5.3核力与核能 课时作业（解析版）

一、选择题

1．原子质量单位为u，1u相当于931.5MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是（　　）

A．（M－m1－m2）u×c2 B．（m1＋m2－M）u×931.5J

C．（m1＋m2－M）c2 D．（m1＋m2－M）×931.5eV

2．用质子轰击锂核（）生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子的初动能是0.6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u。已知1u相当于931.5MeV的能量，则下列叙述正确的是（　　）

A．此反应过程质量减少0.0103u

B．若生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV，与质能方程相符

C．若核反应中释放的能量是18.9MeV，与质能方程不相符

D．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV与质能方程相符

3．下列说法正确的是（　　）

A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定

B．电子束穿过铝箱后的行射图样说明电子具有波动性的

C．氡的半衰期是3.8天，100个氡原子经过3.8天后还剩50个

D．卢瑟福粒子散射实验，揭示了原子只能处于一系列不连续的能量状态中

4．下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是（　　）

A．核子结合成原子核吸收的能量或把原子核拆解成核子放出的能量称为结合能

B．比结合能越大的原子核越稳定，因此中等质量原子核的结合能也一定越大

C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大

D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的大

5．下列说法正确的是（　　）

A．衰变为经过4次衰变，2次衰变

B．衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

C．氡的半衰期为3.8天，若有16个氡原子核，经过7.6天后一定只剩下4个氡原子核

D．结合能越大原子核越稳定

6．一静止的衰变成为，并放出某种粒子。其中的比结合能为， 的比结合能为，则下列说法正确的是（　　）

A．放出的粒子为电子

B．比结合能小于比结合能

C．比结合能大于比结合能

D．该反应过程前后核子总质量相等

7．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（　　）

A．衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的

B．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变

C．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下50克

D．比结合能越大的原子，其结合能就越大，原子核越稳定

8．太阳是一个巨大的热核反应堆，其中一类为：一个氕核与一个氘核发生核反应，生成一个氦核，其核反应方程为。若该核反应放出的核能为，则核的比结合能为（　　）

A． B． C． D．

9．2021年4月，日本政府不计后果决定将福岛核废水排放入海。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。其中半衰期为30年，它能通过衰变变为新核，用X表示其元素符号，下列有关说法正确的是（　　）

A．锶发生衰变的衰变方程为

B．10个锶核发生衰变时，经过30年，一定还有5个锶核未发生衰变

C．锶发生衰变时，产生的射线能穿透几厘米厚的铅板

D．新核X的比结合能比小

10．2021年3月，考古学家利用测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3200年至3000年，已知的半衰期为5730年。现有一静止的原子核，衰变时其衰变方程为，同时向外释放能量。下列判断正确的是（　　）

A．比多一个质子和电子 B．的比结合能比大

C．和的总动量大于0 D．的质量大于与的质量之和

11．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

12．一静止原子核A经1次α衰变生成原子核B，并释放出γ光子．已知A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，α粒子的比结合能为E3，γ光子的能量为E4，则下列说法正确的是（　　）

A．B核在元素周期表的位置比A核前移2位

B．比结合能E1小于比结合能E2

C．由能量守恒可知E2-E1=E3+E4

D．该反应过程质量一定增加

13．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变，放射出的α粒子（）和新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动，运动径迹如图所示。其中α粒子轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。下列说法正确的是（　　）

A．轨迹1、2分别是α粒子、新核Y粒子的运动径迹

B．α粒子的圆周运动方向为顺时针

C．α粒子的圆周运动可等效成一个环形电流，且电流大小为I=

D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损Δm=（其中c表示光速）

14．云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性，放射性元素A的原子核静止放在匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比。下列说法正确的是（　　）

A．放射性元素A原子核发生的是衰变

B．B核比A核更稳定

C．新原子核B的核电荷数为84

D．该反应过程中动量守恒，能量不守恒

二、解答题

15．从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和相异之处。

(1)它们各自涉及四种基本相互作用中的哪一种？

(2)每种反应分别改变了或重新安排了什么？

16．静止的镭核发生衰变，放出1个粒子，变为氡核。已知原子核的质量为226.0254u，原子核的质量为222.0163u，放出粒子的质量为4.0026u。

(1)写出核反应方程。

(2)求镭核衰变释放的能量。

(3)若衰变释放的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能。

参考答案

1．C

【详解】

在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1u相当于931.5MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5MeV，则该题释放的能量为

ΔE＝Δmc2＝（m1＋m2－M）c2

故选C。

2．D

【详解】

A．根据题意可知，该核反应的核反应方程式为

核反应前后的质量亏损为

故A错误；

C．根据质能方程可得释放的能量为

故C错误；

BD．由反应过程中能量守恒知反应后两个α粒子的总动能

Ek=(18.9+0.6)MeV=19.5MeV

故B错误，D正确。

故选D。

3．B

【详解】

A．原子核的平均结合能越大，原子核就越稳定，与结合能的大小无关，故A错误；

B．衍射、干涉、偏振等现象都是波动性特有的现象，电子束穿过铝箱后的行射图样，说明电子具有波动性，故B正确；

C．半衰期是一个统计规律，对大量原子核衰变成立，对少数原子核衰变不适用，故C错误；

D．卢瑟福粒子散射实验，揭示了原子的核式结构，而“原子只能处于一系列不连续的能量状态中”是玻尔的原子模型理论，故D错误。

故选B。

4．D

【详解】

A．核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故B错误；A错误；

BC．比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，BC错误；

D．中等质量原子核的比结合能比轻核的大，核子数又比轻核多，因此中等质量原子核的结合能也比轻核大，D正确。

故选D。

5．A

【详解】

A．衰变为经过衰变的次数为次； 衰变次数次，选项A正确；

B．衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；

C．放射性元素的半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，选项C错误；

D．比结合能越大原子核越稳定，选项D错误。

故选A。

6．B

【详解】

A．由于衰变过程电荷数与质量数守恒

放出的是α粒子，故A错误；

BC．衰变过程释放能量，比结合能增大。故B正确，C错误；

D．释放能量，有质量亏损，所以核子总质量变小，故D错误。

故选B。

7．B

【详解】

A．衰变所释放的电子实际上是原子核内的中子转变成质子时产生的，故A错误；

B．衰变为，设经过m次α衰变，n次β衰变，根据质量数和电荷数守恒，则有

，

求得

，

故B正确；

C．的半衰期是5天，根据半衰期的定义，可得100克经过10天后还剩下的质量为

故C错误；

D．比结合能越大的原子，原子核越稳定，但其结合能不一定越大，故D错误。

故选B。

8．C

【详解】

根据比结合能的定义可得，核的比结合能为

故选C。

9．A

【详解】

A．β射线是高速电子流，根据质量数守恒和电荷数守恒可得铯的衰变方程为

故A正确；

B．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故B错误；

C．β射线是高速电子流，电离作用很强，穿透能力很弱，故C错误；

D．衰变后的新核更稳定，其原子核中核子结合更牢固，比结合能更大，故D错误。

故选A。

10．D

【详解】

A．比多一个质子，原子核中没有电子，A错误；

B．衰变生成，所以没有稳定，的比结合能比小，B错误；

C．衰变过程中，不受外力，因此系统的动量守恒，所以和的总动量等于0，C错误；

D．衰变过程中有质量亏损，根据质能方程可知，的质量大于与的质量之和，D正确。

故选D。

11．D

【详解】

A．半衰期与环境无关，A错误；

B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，B错误；

C．静止的原子核发生α衰变时合外力为零，根据动量守恒定律，α粒子和反冲核动量大小相等，而动能并不相等，C错误；

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，D正确。

故选D。

12．AB

【详解】

A．根据电荷数和质量数守恒，写出原子核衰变的方程为

A→He＋B

故B核在元素周期表的位置比A核前移2位，故A正确；

B．衰变过程中释放能量，可知比结合能E1小于比结合能E2，故B正确；

C．比结合能是原子核的结合能与核子数之比，由能量守恒可知

E4=（y-4）E2＋4E3-yE1

故C错误；

D．该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损，故D错误。

故选AB。

13．BCD

【详解】

A．由动量守恒可知衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反，所以在磁场中运动的轨迹圆外切，根据

得

可知α粒子半径大，故A错误；

B．由左手定则可知，α粒子的圆周运动方向为顺时针，故B正确；

C．圆周运动的周期为，环形电流为

故C正确；

D．对α粒子由洛伦兹力提供向心力

得

由质量关系可知衰变后新核Y质量为

由衰变过程中动量守恒可得

得

系统增加的能量为

由质能方程可得△E=△mc2，联立解得衰变过程中的质量亏损为

故D正确；

故选BCD。

14．ABC

【详解】

A．衰变中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反。由题图知粒子轨迹为外切圆，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，故发生的是衰变，故A正确；

BC．根据

由于B核、A核动量大小相等。B核轨迹的半径较小，有

根据元素周期表，可知B核为钋核，由原子核的比结合能曲线知，钋核的比结合能大于氦核的比结合能，故B核比A核更稳定，故BC正确；

D．核反应过程中，遵循动量守恒，能量守恒，故D错误。

故选ABC。

15．见详解

【详解】

(1) 核反应与化学反应的不同点是：核反应所涉及的是核量级，作用发生在邻近的核子与核子之间，距离特别小，主要涉及强相互作用，而化学反应所涉及的是原子级，其力是弱相互作用；

(2)相同点是：都有物质的变化，既有旧物质的消失，又有新物质的产生，化学反应是原子的重新组合过程，核反应改变了原子核。

16．(1)；(2)；(3)

【详解】

(1)核反应方程为

(2)镭核衰变的质量亏损为

释放的能量为

代入数据解得

(3)衰变过程动量守恒，以粒子的运动方向为正方向，由动量守恒及能量守恒分别可得

联立代入数据解得，放出的粒子动能为