人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核3 核力与结合能同步训练题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核3 核力与结合能同步训练题，共33页。试卷主要包含了核力，强相互作用的特点，弱相互作用，四种基本相互作用，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。


知识精讲
知识点01 核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核．这种作用称为强相互作用。
2．强相互作用的特点
(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。
(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15 m，相互作用不存在。
3．弱相互作用
(1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。
4．四种基本相互作用
【知识拓展】
1．核力
(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现；
(2)核力是短程力，约在10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失。
(3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用。
2．四种基本相互作用的作用尺度
(1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起；
(2)在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体；
(3)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，并且联系着星系团。
【即学即练1】下列的若干叙述中，正确的是（ ）
A．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移
C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用
D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子核内有复杂的结构
【答案】C
【分析】A．德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，选项A错误；
B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项B错误；
C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用，选项C正确；
D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子内有复杂的结构，选项D错误。
故选C。
【即学即练2】科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用.我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于
A．引力相互作用
B．电磁相互作用
C．强相互作用和弱相互作用的共同作用
D．四种基本相互作用的共同作用
【答案】B
【分析】分子力作用范围约在数量级上.强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在和之内，在分子力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用.
A．引力相互作用，与结论不相符，选项A错误；
B．电磁相互作用，与结论相符，选项B正确；
C．强相互作用和弱相互作用的共同作用，与结论不相符，选项C错误；
D．四种基本相互作用的共同作用，与结论不相符，选项D错误；
故选B.
知识点02 结合能与质量亏损
（一）结合能
1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定。
（三）质量亏损
1．质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。
2．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
【知识拓展】
1.结合能和比结合能
2.质量亏损 核能的计算
（1）质量亏损Δm的理解：所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
2．质能方程E＝mc2的理解
(1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位。但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应931.5 MeV能量。
【即学即练3】2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是，H的比结合能为1.09MeV，H的比结合能为2.78MeV，由此可知He的比结合能为（ ）
A．7.03MeVB．5.56MeVC．4.36MeVD．3.87MeV
【答案】A
【分析】设He的比结合能为，根据放能的核反应发生规律是：生成物释放的结合能与反应物吸收的结合能之差，有
解得
故选A。
【即学即练4】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
【答案】A
【分析】A．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，原子越稳定，选项A正确；
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，根据
可知，电子的动能减小，原子能级变大，总能量变大，选项B错误；
C．β射线为原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，选项C错误；
D．放射性元素衰变的快慢仅与原子核内部自身的因素有关，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。
故选A。
能力拓展
考法01 质能方程
【典例1】静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，假设核反应过程中释放的能量全部转化为α粒子和Y核的动能。α粒子在磁场中运动的半径为R。则（ ）
A．衰变方程可表示为
B．核反应中释放的核能为（mx-my-mα）c2
C．Y核在磁场中运动的半径为
D．Y核的动能为
【答案】C
【分析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为
故A错误；
B．此反应中放出的总能量
反应放出的能量不是Y核的结合能，故B错误；
C．核反应前后系统动量守恒，即
新核和α粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，有
联立两式可知核Y和α粒子在磁场中运动的半径之比
α粒子在磁场中运动的半径为R，所以核Y在磁场中运动的半径
故C正确；
D．核X发生衰变前后，根据能量守恒定律有
又由于
联立两式整理得核Y的动能
代入△E可知D错误。
故选C。
考法02 原子核的结合能与比结合能
【典例2】核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的核衰变为核和新粒子，并释放出γ光子。已知、的质量分别为、，下列说法正确的是（ ）
A．的衰变方程为
B．释放的核能转变为的动能、新粒子的动能和γ光子能量
C．的结合能比的结合能更大
D．核反应过程中释放的核能为
【答案】B
【分析】A．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，的衰变方程为
故A错误；
BD．根据质能方程可知，释放的核能为
释放的核能转变为的动能、新粒子的动能和γ光子能量，故B正确，D错误；
C．比的核子数少，则结合能比的结合能小，但的比结合能比的比结合能更大，故C错误；
故选B。
分层提分
题组A 基础过关练
1．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为→＋。下列说法正确的是（ ）
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
【答案】B
【分析】B．衰变过程中满足动量守恒定律，所以衰变后钍核的动量与α粒子的动量等大反向，故B正确；
A．由动能和动量的关系式
Ek＝mv2＝
可知，由于钍核的质量大于α粒子的质量，所以钍核的动能小于α粒子的动能，故A错误；
C．半衰期的定义是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，并不是其放出一个α粒子所经历的时间，故C错误；
D．由于该反应放出能量，所以一定会发生质量亏损，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故D错误。
故选B。
2．下列对物理知识的理解正确的有（ ）
A．射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．放射性元素钋的半衰期为138天，的钋经276天，已发生衰变的质量为
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子释放的能量是
【答案】A
【分析】A．射线在空气中的射程只有几厘米，只要一张纸就能挡住。故A正确；
B．根据德布罗意波长计算表达式，有
质子的质量大于电子的质量，当它们动能相等时，质子的动量大于电子，所以质子的德布罗意波长比电子小。故B错误；
C．放射性元素钋的半衰期为138天，的钋经276天，发生两次衰变，质量变为原来的四分之一，已发生衰变的质量为。故C错误；
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子释放的能量是。故D错误。
故选A。
3．1919年，卢瑟福发现了质子，其核反应方程为：。该核反应过程中吸收的能量为Q。设X粒子的比结合能为E1，氮核的比结合能为E2，氧核的比结合能为E3，则下列说法正确的是（ ）
A．在核反应过程中，X表示粒子
B．核反应过程中吸收的能量可以表示为
C．核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．若X粒子以动能Ek轰击静止的，若Ek=Q，则该核反应可以发生
【答案】B
【分析】A．根据核反应中，质量数守恒与电荷数守恒，可知X表示粒子，A错误；
B．比结合能为：原子核的结合能与核子数比，单独核子无结合能，则有
解得
B正确；
C．由爱因斯坦方程
解得
又
故
C错误；
D．若X粒子以动能Ek轰击静止的，说明X粒子具有动量，由动量守恒可知，反应后的总动量不为零，生成物也具有动量，故也有动能，该生成物的动能为Ek1，则有Ek1+Q>Ek，D错误。
故选B。
4．下列说法错误的是（ ）
A．液晶一种特殊的化合物，具有各向异性
B．非晶体没有规则的几何形状，但有确定的熔化热
C．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力
D．在完全失重状态下，一固定容器中装有能浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体将会沿器壁流散
【答案】B
【分析】A．液晶一种特殊的化合物，具有各向异性，所以A正确，不符合题意；
B．非晶体没有规则的几何形状，也没有确定的熔化热，所以B错误，符合题意；
C．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力，所以C正确，不符合题意；
D．在完全失重状态下，一固定容器中装有能浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体将会沿器壁流散，所以D正确，不符合题意；
故选B。
5．“玉兔号”月球车上有一种小型核能电池，以提供月球车长时间处于黑夜工作时需要的电能，核能电池中核反应方程为，下列说法正确的是（ ）
A．X是中子B．X的电离能力比粒子强
C．该核反应为重核的裂变反应D．的比结合能比的比结合能大
【答案】D
【分析】A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知X为β粒子（即电子），故A错误；
B．β粒子的电离能力比α粒子弱，故B错误；
C．该反应为重核的β衰变，故C错误；
D．核反应生成物比反应物稳定，则比稳定，所以的比结合能比的比结合能大，故D正确。
故选D。
6．下列说法正确的是（ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B．光电效应能否发生取决于光照强度的强弱
C．平均结合能越大，原子核越稳定
D．射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
【答案】C
【分析】A.半衰期与温度无关，放射性物质的温度升高，半衰期不变，故A错误；
B. 光电效应能否发生取决于光的频率，无光的强度无关，故B错误；
C. 比结合能越大，原子核越稳定，故C正确；
D. 射线是原子的核内中子分裂成的，故D错误。
故选C。
7．有关原子核方面的知识，下列说法正确的是（ ）
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
D．所有的核反应都存在质量亏损
【答案】A
【分析】A．比结合能越大原子核越稳定，故A正确；
B．半衰期是由放射性元素本身决定的，压力、温度对放射性元素的半衰期没有影响，故B错误；
C．β射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的，故C错误；
D．放出能量的核反应存在质量亏损，吸收能量的核反应存在质量增加，故D错误。
故选A。
8．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（ ）
A．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子
C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念
D．钋（）是氡（）的衰变产物之一，故钋（）的比结合能大于氡（）的比结合能
【答案】D
【分析】A．氢原子从能级跃迁至时辐射的光子能量大于从跃迁至辐射的光子能量，故A错；
B．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克发现了中子，故B错；
C．玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，故C错；
D．衰变产物新核更稳定，比结合能更大，故D对。
故选D。
9．下列说法正确的是（ ）
A．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
B．一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
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．在核反应中，质量数和电荷数都守恒
【答案】D
【分析】A．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子具有核式结构，故A错误；
B．一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，故B错误；
C．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C错误；
D．在核反应中，质量数和电荷数都守恒，故D正确。
故选D。
10．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（原子序数较大）发生了一次α衰变．放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，以M表示新核的质量．设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能．则下列说法正确的是
A．新核做圆周运动的半径一定大于R
B．若α粒子在磁场中做逆时针的圆周运动，则新核在磁场中做顺时针的圆周运动
C．该衰变过程的质量亏损为M－m
D．该衰变过程的质量亏损为
【答案】D
【分析】A.因为衰变前原子核静止，根据动量守恒可知，衰变后产生的新核和α粒子总动量为零，动量大小相等，方向相反，根据可知，新核带电量大，新核半径小，所以新核做圆周运动的半径一定小于R，A错误．
B.因为新核和α粒子运动方向相反，而都带正电，根据左手定则可以判断两粒子圆周运动方向相同，B错误．
CD.根据可知，α粒子的动量，所以反应释放能量：，根据爱因斯坦方程，联立上式解得：．C错误，D正确．
题组B 能力提升练
1．运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m，α粒子的动能为E，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是（ ）
A．B．E
C．ED．E
【答案】B
【分析】核反应中动量守恒，有
mvα=MvX
α粒子的动能为
根据能量守恒得
由爱因斯坦质能方程得
联立解得
故选B。
2．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少．核泄漏中的钚是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有90个质子
B．100个经过24100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
【答案】D
【分析】A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，设X的电荷数为m，质量数为n，则
解得X的电荷数为92，质量数为235，则有92质子，A错误；
B．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，B错误；
C．由于衰变时释放巨大能量，根据
衰变过程总质量减小，C错误；
D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D正确。
故选D。
3．放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于肿瘤的放射治疗。一个发生核反应放出一个粒子后衰变成一个，并辐射出光子。已知的半衰期为5.27年，该反应中、粒子、的质量分别为、、。下列说法正确的是（ ）
A．核反应中释放的能量为
B．核反应中释放出的光子的电离能力比粒子强
C．光子的能量越高，其频率越大，动量越大
D．若有16个原子核，经过5.27年后一定剩下8个原子核
【答案】C
【分析】A．根据质能方程可知核反应中释放的能量为（m1-m2-m3）c2，故A错误；
B．根据三种射线的特点与穿透性，可知光子的穿透本领比粒子强，故B错误；
C．光子能量越高，由
可知，对应的频率越高，由
知，对应的波长越短，由
得，对应的动量越大，故C正确；
D．半衰期具有统计意义，对少数的原子没有意义，故D错误。
故选C。
4．关于原子核中的核力与结合能，下列说法中正确的是（ ）
A．核力是短程力，作用范围在内，核力比库仑力小得多
B．原子核中，质子与质子间有核力，质子与中子间没有核力
C．结合能是指由核子构成原子核时而具有的能量
D．比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固
【答案】D
【分析】A．核力是短程力，作用范围在内，核力比库仑力大得多，A错误；
B．原子核中，核子（质子或中子）与相邻的核子间都有核力作用，B错误；
C．结合能是指由核子构成原子核时释放的能量，C错误；
D．比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越牢固，D正确。
故选D。
5．关于天然放射现象，以下叙述正确的是（ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B．有6个放射性元素的原子核，当有3个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期
C．在α、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子数不变但存在质量亏损
D．铀核（U）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变
【答案】C
【分析】A．半衰期由原子核本身决定，与温度无关，故A错误；
B．半衰期是针对大量原子核而言才具有的规律，故B错误；
C．在α、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子数不变，因为衰变释放能量，根据
可知，反应前后存在质量亏损，故C正确；
D．由质量数守恒知
经过8次α衰变，再由电荷数守恒知
可知经过6次β衰变，故D错误。
故选C。
6．不同原子核的比结合能是不一样的，如图所示是按照实际测量结果画的原子核的比结合能曲线，由此可知下列说法正确的是（ ）
A．发生重核裂变时只会吸收能量，发生轻核聚变时只会放出能量
B．两个核聚变结合成核的过程会放出能量
C．、、三者相比，的比结合能最大
D．核的结合能大于核的结合能，因此核更稳定
【答案】B
【分析】A．发生重核裂变时，核子的比结合能变大，会放出能量，同样轻核聚变时，核子的比结合能变大，也会放出能量，A错误；
B．两个核聚变结合成核的过程，比结合能变大，会放出能量，B正确；
C．由图像可知，、、三者相比， 的比结合能最大，C错误；
D．虽然核的结合能大于核的结合能，但核的比结合能小于核的比结合能，因此核更稳定，D错误。
故选B。
7．一个氘核和一个氚核发生核反应生成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为。已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c。若1ml氘和1ml氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【分析】根据质能方程，一个氘核和一个氚核发生核反应，放出的能量为
因此1ml氘和1ml氚完全发生核反应，释放的能量为
故选A。
8．下列说法正确的是（ ）
A．比结合能越大，原子核越稳定
B．通过加压升温等方法可以改变原子核的半衰期
C．Np经衰变后变成Bi，此过程一共发生了7次α衰变和3次β衰变
D．根据玻尔理论，氢原子从低能级跃迁到高能级时，核外电子的动能与氢原子的能量均减小
【答案】A
【分析】A．比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A正确；
B．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，B错误；
C．设经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得
解得
C错误；
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收能量，原子的能量增大，核外电子的轨道半径增大；根据库仑力提供向心力
可知电子的动能减少，D错误。
故选A。
9．下列对于原子核的理解，正确的是（ ）
A．射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，已发生衰变的质量为
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是
【答案】A
【分析】A．射线的电离最强，穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住，故A正确；
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故B错误；
C．放射性元素针的半衰期为138天，的钋经276天，还剩下
则已发生衰变的质量为，故C错误；
D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子，由爱因斯坦质能方程可知，释放的能量是
故D错误。
故选A。
10．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（ ）
A．光电效应中，光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比
B．在天然放射现象中，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．氧的半衰期为3.8天，10个氡核经过3.8天一定会有5个发生衰变
D．两个质子和两个中子结合成，若释放的核能为，则的比结合能为
【答案】D
【分析】A．由爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光子的频率是一次函数关系，A错误；
B．衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转变成质子释放出的电子，B错误；
C．半衰期是对大量的原子核满足统计规律，对少数的原子核没有任何意义，C错误；
D．比结合能指的是结合能与核子数之比，两个质子和两个中子结合成，释放的核能为，则的结合能为，比结合能为，D正确。
故选D。
题组C 培优拔尖练
1．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核（H）结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量（取1u=×10－26kg）：
以下说法正确的是（ ）A．核反应方程为4H→He＋2e
B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.0266kg
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29kg
D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12J
【答案】ACD
【分析】A．由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，A正确；
BC．反应中的质量亏损为
B错误，C正确；
D．由质能方程得
D正确。
故选ACD。
2．一个静止的原子核发生衰变，核反应中放出的能量为，其方程为，假设释放的能量全都转化为新核和的动能，其中的速度为，以下结论正确的是（ ）
A．原子核的动能与原子核的动能之比为
B．原子核的速度大小为
C．原子核和原子核的质量之和比原子核的质量大
D．和的结合能之和一定大于的结合能
【答案】AD
【分析】AB．静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒，设的速度大小为，根据动量守恒定律得
解得
根据动能和动量关系
可知，动量相等动能与质量成反比，即原子核的动能与原子核的动能之比为
故A正确，B错误；
C．由于该反应的过程中释放能量，所以原子核和原子核的质量之和比原子核的质量小，故C错误；
D．由于该反应的过程中释放能量，所以和的结合能之和一定大于的结合能，故D正确。
故选AD。
3．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素， 它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu→X+He+，下列有关说法正确的是（ ）
A．X原子核中含有92个质子
B．100个Pu经过24100年后一定还剩佘50个
C．由于衰变时释放巨大能量，则衰变过程总质量增加
D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
【答案】AD
【分析】A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，设X的电荷数为m，质量数为n，则
解得X的电荷数为92，质量数为235，则有92质子，A正确；
B．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，B错误；
C．由于衰变时释放巨大能量，根据
衰变过程总质量减小，C错误；
D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D正确。
故选AD。
4．下列有关近代物理内容的叙述，正确的是（ ）
A．氢原子要从激发态向基态跃迁，只能辐射特定频率的光子
B．结合能越大，原子核越稳定
C．的半衰期是5天，12g经过15天后还有1.5g未衰变
D．放射性元素放射出的、和三种射线中，电离能力最强的是射线
【答案】AC
【分析】A．根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循
hν=Em－En
故只能辐射特定频率的光子，故A正确；
B．比结合能越大，原子核越稳定，结合能越大，原子核不一定稳定，故B错误；
C．的半衰期是5天，12g经过15天后，发生3次衰变，则还有1.5g未衰变，故C正确；
D．α射线是高速的氦核粒子流，β射线是高速的电子流，γ射线是能量很高的电磁波（不带电），在三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱；γ射线不带电，没有电离能力，但穿透能力最强，故D错误。
故选AC。
5．静止的原子核X，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生能量均为E向相反方向运动的2个光子。已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．反应放出的核能
B．反应放出的核能
C．新核Y的动能
D．新核Y的动能
【答案】AD
【分析】AB．反应的质量亏损为
放出的核能
选项A正确，B错误；
CD．根据动量守恒定律知，初状态总动量为零，则末状态两个新核的动量大小相等，方向相反，有
m2v2=m3v3
根据
知
根据能量守恒得，新核Y的动能
选项C错误，D正确。
故选AD。
6．2021年4月13日，日本政府以“没有更好的选择”为理由，正式决定向海洋排放逾125万吨福岛核电站内储存的对生物和环境有害的核废水，引发邻国及国际社会普遍质疑和批评。这些核废水中含有大量的以及等放射性核素，的半衰期大约为12.5年，则（ ）
A．发生衰变的衰变方程为（其中X为某新核）
B．的平均结合能小于的平均结合能
C．核废水排放到海水中，可以减小放射性元素的半衰期
D．100个经过12.5年后一定还剩余50个
【答案】AB
【分析】A．衰变是释放出电子，所以发生衰变的衰变方程为（其中X为某新核），故A正确；
B．由原子核的平均结合能的曲线可知，的平均结合能小于的平均结合能，故B正确；
C．半衰期与外界环境无关，只与原子核本身有关，故C错误；
D．衰变是概率统计，并非绝对，所以100个经过12.5年后不一定还剩余50个，故D错误。
故选AB。
7．2021年4月13日日本政府不计后果决定将福岛核废水排放入海，引起国际社会的共同谴责，核废水即使经处理，但还是含有氚、锶-90、铯-137、碘-129等放射性元素，核废水一旦排海将在57天内扩散至太平洋大半个区域，10年后蔓延至全球海域。其中是最具危害的放射性元素，半衰期为30年。它能通过衰变放射出射线，并衰变为新核，用表示其元素符号。其下列说法正确的是（ ）
A．铯发生衰变的衰变方程为
B．20个铯核发生衰变时，经过60年，一定还有5个铯核未发生衰变
C．铯发生衰变时，射线来自原子核外的电子电离而产生
D．的比结合能比大
【答案】AD
【分析】A．根据衰变方程的质量数和电荷数守恒，可得铯发生衰变的衰变方程为
A正确；
B．衰变是概率统计，并非绝对，所以20个铯核发生衰变时，经过60年，不一定还有5个铯核未发生衰变，B错误；
C．衰变方程中的电子来自于铯的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，C错误；
D．衰变过程中，释放出核能，故可的比结合能比大，D正确。
故选AD。
8．原子核的比结合能与质量数的关系图像如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．核比核更稳定
B．结合能越大，质量数越大，原子核越稳定
C．核比核结合能小，比结合能大
D．结合能是核子结合成原子核而具有的能量
【答案】AC
【分析】A．由图可知核比核的比结合能大，比结合能越大，越稳定，则核比核更稳定，故A正确；
B．结合能与质量数之比越大，则原子核越稳定，结合能越大，质量数越大，他们之比不一定大，故B错误；
C．核的结合能为
核的结合能
结合题图可得核比核结合能小，比结合能大，故C正确；
D．原子核的结合能等于把其完全分解成自由核子所需的最小能量，故D错误。
故选AC。
9．以下说法正确的是（ ）
A．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长的光子，已知。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
B．质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3。质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是：（m1+m2-m3）c2
C．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为：He+N→O+H
D．射线的穿透能力最弱，只能穿出一张纸
【答案】ACD
【分析】A．已知λ1＞λ2，所以γ1＜γ2，知从a能级状态跃迁到b能级状态时发射光子的能量小于从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子的能量，所以a能级的能量小于c能级的能量，有
hγ2-hγ1=hγ3
即
解得
即原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子，故A正确。
B．质子、中子、α粒子质量分别为m1、m2、m3，2个质子和2个中子结合成一个α粒子，根据爱因斯坦质能方程知释放能量是（2m1+2m2-m3）c2，故B错误。
C．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为
He+N→O+H
选项C正确；
D．射线的穿透能力最弱，只能穿出一张纸，选项D正确。
故选ACD。
10．“快堆”中的钚239裂变释放出快中子，反应区周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239很不稳定，经过两次β衰变后变成钚239，从而实现钚燃料的“增殖”。某5kg的钚239核燃料，每秒钟约有1.1×1013个钚239发生自然衰变，放出α粒子，已知钚239原子的α衰变质量亏损了0.0057u。已知1u相当于931.5MeV的能量，α粒子的在核燃料中减速会释放出热能，下列说法正确的是（ ）
A．铀239两次β衰变后，比结合能减小
B．原子核衰变时，动量守恒，机械能不守恒
C．原子核衰变时释放的α射线比β射线穿透能力更强
D．假设衰变释放的能量最终变成内能，该5kg的钚239核燃料的发热功率约为10W
【答案】BD
【分析】A．由于衰变的过程中释放能量，所以衰变后的总结合能增大；铀239两次β衰变后质量数不变，所以铀239两次β衰变后比结合能增大，故A错误；
B．原子核衰变时动量是守恒的，但衰变的过程中要释放能量，机械能增大。故B正确；
C．根据三种射线的特点可知，α射线比β射线穿透能力更弱。故C错误；
D．根据质能方程，1u相当于931.5MeV的能量，则一次α衰变释放的能量
每秒钟约有1.1×1013个钚239发生自然衰变，则功率
故D正确。
故选BD。
11．钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出频率为υ的光子。已知的质量、的质量和α粒子的质量，真空中的光速为c，普朗克常量为h。
（1）写出衰变方程；
（2）忽略衰变放出光子的动量，求α粒子的动能。
【答案】（1）；（2）
【分析】（1）衰变方程为
（2）设衰变后和α粒子的速度大小分别为v2、v3，根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
联立以上两式解得
12．如图所示，在垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止于P点的放射性元素氢的原子核Rn发生了一次α衰变，变为钋（P）。放射出的α粒子（He）和生成的新核钋（P）均在与磁场方向垂直的平面内做圆周运动。已知α粒子的质量为m，电荷量为q，轨道半径为R，新核钋（P）的质量为M，光速为c。
（1）写出Rn发生α衰变的核反应方程。
（2）定性画出并标明新核钋（P）和α粒子的运动轨迹。
（3）α粒子的圆周运动可等效成一个环形电流，求α粒子做圆周运动的周期T和环形电流大小I。
（4）设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核钋（P）的动能，求衰变过程的质量亏损。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）；；（4）
【分析】（1）发生衰变的核反应方程为
（2）新核钋（）和粒子的运动轨迹如图所示
（3）根据牛顿第二定律
解得
粒子做圆周运动的周期
环形电流大小
（4）由
得
设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒
由
得
课程标准
课标解读
1.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。
2.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。
2.了解结合能和比结合能的概念。
3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。
结合能
把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量
比结合能
等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度
比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示
从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小
粒子名称
质子（p）
α粒子
正电子（e）
中子（n）
质量/u
1.0073
4.0015
0.00055
1.0087