新教材同步系列2024春高中物理第五章原子与原子核第三节核力与核反应方程课后提升训练粤教版选择性必修第三册

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依次是()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更，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．核子间存在着困难的磁力【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更，故选C．3．某核聚变反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,1)H的质量为3.0180u，eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，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，该反应吸取能量 D．X是中子，该反应吸取能量【答案】B【解析】由题目所给核反应方程式，依据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u．总质量削减，出现了质量亏损．依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28.30MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV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．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeV【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3×28.30MeV＝84.9MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26MeV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84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV.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射线照耀静止氘核使之分解，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．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E] B．eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2＋E]C．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E] D．eq\f(1,2)[(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＝eq\f(ΔE＋E,2)，C正确．6．(2024年全国卷)在下列两个核反应方程中X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)O、Y＋eq\o\al(7,3)Li→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4【答案】D【解析】设Y电荷数和质量数分别为m和n，依据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满意A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，其次个核反应方程的核电荷数和质量数满意n＋7＝2A，m＋3＝2Z,联立解得Z＝2，A＝4，D正确．7．(多选)伽马刀是一种特别的治疗手段，主要是利用伽马射线对病变组织，进行大剂量聚集照耀，使其产生局部性的坏死或者是功能变更，因此达到志向的治疗目的．其原理是进入癌细胞内的硼核(eq\o\al(10,5)B)吸取慢中子，转变成锂核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，释放出γ射线．已知硼核(eq\o\al(10,5)B)的比结合能为E1，锂核(eq\o\al(7,3)Li)的比结合能为E2，氦核的比结合能为E3，真空中光速为c，下列推断正确的是()A．硼核(eq\o\al(10,5)B)变成锂核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子的核反应是α衰变B．γ射线带正电，有较强的电离作用C．硼核(eq\o\al(10,5)B)的比结合能E1小于锂核(eq\o\al(7,3)Li)的比结合能E2D．该核反应释放的核能为ΔE＝4E3＋7E2－10E1【答案】CD【解析】依据质量数和电荷数守恒，可知核反应方程为eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He＋γ可知该核反应不是α衰变，A错误；γ射线为频率极高的电磁波，有较强的穿透作用，但电离作用较弱，B错误；比结合能越大原子核越稳定，锂核eq\o\al(7,3)Li比硼核eq\o\al(10,5)B稳定，则硼核eq\o\al(10,5)B的比结合能E1小于锂核eq\o\al(7,3)Li的比结合能E2，C正确；核反应过程中释放的核能为ΔE＝4E3＋7E2－10E1，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(eq\o\al(131,53)I)发生β衰变的方程是()A．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)n D．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)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选项既满意质量数守恒又满意电荷数守恒，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确定大于原来重核的结合能C．铯原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的结合能小于铅原子核(eq\o\al(208,82)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，须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确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：eq\o\al(244,83)Bi→______＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋______eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋______．(2)α衰变：eq\o\al(234,90)Th→______＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋______eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋______．(3)其中eq\o\al(234,90)Th衰变成eq\o\al(234,91)Pa的半衰期为1.2min，则64geq\o\al(234,90)Th经过6min还有________g未衰变．【答案】(1)、(2)见解析(3)2【解析】(1)eq\o\al(244,83)Bi→eq\o\al(244,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(230,88)Ra＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋eq\o\al(4,2)He.(3)由半衰期公式得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))得m＝64×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(6,1.2))g＝2g．B组·实力提升12．(2024年龙岩期末)近日物理学家创建了一个南瓜形态的镥－149(eq\o\al(149,z)Lu)原子核，它能以一种罕见的放射性衰变方式释放质子．其衰变方程为：eq\o\al(149,z)Lu→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(n,70)Yb，下列说法正确的是()A．降低温度可以延长镥－149的半衰期B．镥－149原子核衰变前核内中子数为78C．衰变产物eq\o\al(n,70)Yb的中子数为77D．镥－149的比结合能比eq\o\al(n,70)Yb的大【答案】B【解析】元素原子核的半衰期是由元素本身确定，与元素所处的物理和化学状态无关，A错误；依据电荷数守恒可知z＝1＋70＝71，镥－149原子核衰变前核内中子数为149－z＝78，B正确；依据质量数守恒可知n＋1＝149，衰变产物eq\o\al(n,70)Yb的中子数为n－70＝78，C错误；反应中释放能量，所以衰变后产物更稳定，比结合能更大，故镥－149的比结合能比eq\o\al(n,70)Yb的小，D错误．13．一个静止的镭核eq\o\al(226,88)Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核eq\o\al(222,86)Rn.已知镭核eq\o\al(226,88)Ra质量为226.0254u，氡核eq\o\al(222,86)Rn质量为222.0163u，放出粒子的质量为4.0026u，1u相当于931.5MeV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eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝