高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子与原子核第三节 核力与核反应方程综合训练题

第五章　第三节

A组·基础达标

1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的顺序是(　　)

A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力

C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力

【答案】D

【解析】核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，D正确．

2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(　　)

A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力

B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力

C．核子间存在着强大的核力

D．核子间存在着复杂的磁力

【答案】C

【解析】核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，就要克服核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C．

3．某核聚变反应方程为H＋H→He＋X．已知H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u，则下列说法中正确的是(　　)

A．X是质子，该反应释放能量 B．X是中子，该反应释放能量

C．X是质子，该反应吸收能量 D．X是中子，该反应吸收能量

【答案】B

【解析】由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B正确．

4．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为(　　)

A．21.04 MeV   B．35.56 MeV

C．77.64 MeV   D．92.16 MeV

【答案】D

【解析】6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV．

5．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n．若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)

A．[(mD－mp－mn)c2－E] B．[(mp＋mn－mD)c2＋E]

C．[(mD－mp－mn)c2＋E] D．[(mp＋mn－mD)c2－E]

【答案】C

【解析】核反应因质量亏损释放的核能ΔE＝(mD－mp－mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有Ek＝，C正确．

6．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)

A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，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)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能

D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

【答案】ABC

【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，D错误．

7．(多选)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，它的质量也相应地增加一定值

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

【答案】BD

【解析】质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的；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，B、D正确．

8．(多选)铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是(　　)

A．铁核的结合能大于铀核的结合能

B．铁核比铀核稳定

C．铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量

D．铀核发生核反应变成铁核的过程中质量要亏损

【答案】BCD

【解析】铁核的比结合能较大，则它稳定些，铀核的比结合能较小， 变成铁核会放出核能，出现质量亏损；铁核的比结合能较大，铁核的结合能小于铀核的结合能，A错误；铁核比铀核稳定，与结论相符，B正确；铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量，与结论相符，C正确；铀核发生核反应变成铁核的过程中质量要亏损，与结论相符，D正确．

9．下列表示放射性元素碘131(I)发生β衰变的方程是(　　)

A．I→Sb＋He   B．I→Xe＋e

C．I→I＋n   D．I→Te＋H

【答案】B

【解析】本题考查了核反应方程的两个守恒特点．A选项不是β衰变过程，故A错误；β衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合β衰变的特点．

10．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)

A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，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)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能

D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

【答案】ABC

【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，D错误．

11．完成衰变方程．

(1)β衰变：Bi―→________＋e，Po―→At＋________，Th―→Pa＋________．

(2)α衰变：Th―→________＋He，U―→Th＋________，Cu―→Co＋________．

(3)其中Th衰变成Pa的半衰期为1.2 min，则64 g Th经过6 min还有__________g未衰变．

【答案】(1)、(2)见解析　(3)2

【解析】(1)Bi―→Po＋e，Po―→At＋e，

Th―→Pa＋e．

(2)Th―→Ra＋He，U―→Th＋He，

Cu―→Co＋He．

(3)由半衰期公式得m＝m0

得m＝64×g＝2 g．

B组·能力提升

12．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为4∶21，如图所示，那么氡核的衰变方程应是(　　)

A．Rn→Fr＋e

B．Rn→Po＋He

C．Rn→At＋e

D．Rn→At＋H

【答案】B

【解析】原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两外切圆知，放出的是正粒子，是α衰变，由于粒子和反冲核均做匀速圆周运动，由r＝知，＝＝＝，所以反冲核的电荷数是84，由电荷数守恒和质量数守恒知，正确答案为B．

13．一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn．已知镭核Ra质量为226.025 4 u，氡核Rn质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量．

(1)写出核反应方程；

(2)求镭核衰变放出的能量；

(3)若衰变放出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．

解：(1)核反应方程为Ra→Rn＋He．

(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV≈6.05 MeV．

(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0，

又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则

ΔE＝mRnv＋mαv，

由①②可得

Ekα＝·ΔE＝×6.05 MeV≈5.94 MeV．