2025人教版物理重难点-选择性必修三专题5.3 核力与结合能（含答案）

2025人教版物理重难点-选择性必修三专题5.3核力与结合能（含答案）专题5.3核力与结合能【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1核力特点】 【题型2结合能】 【题型3比结合能】 【题型4质量亏损】 【题型5核能释放】 【题型6综合问题】 【题型7对比问题】 【题型8联系实际】 【题型1核力特点】【例1】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【变式1-1】下列关于核力与核能的说法正确的是（）A．核力是引起原子核β衰变的原因B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定【变式1-2】下列说法正确的是（）A．原子核的质量越大，比结合能越小B．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子C．核力属于强相互作用，原子核内，核力比库仑力小D．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会释放核能【变式1-3】关于核力，下列说法正确的是（）A．核力的作用范围只有约m B．核力本质上属于电磁相互作用C．中子和中子之间不会有核力作用 D．核力减小是发生衰变的原因【题型2结合能】【例2】目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（）A．m=92，n=4，比的中子数多4B．的结合能小于与的结合能之和C．400个钚238经过176年还剩下100个D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变【变式2-1】（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（）A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．比更稳定，结合能更大D．平均核子质量小于【变式2-2】2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子-中子相互作用导致粒子形成的概率显著增强的现象。以下说法正确的是（）A．铀核发生核反应方程为，是核裂变反应B．若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同C．产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线D．新核（）的结合能大于铀核的结合能【变式2-3】（多选）具有放射性，静止的发生α衰变时，产生同时伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是（）A．的结合能为(m1-m2-m3)c2B．高温高压可加快的衰变C．用威尔逊云室探测放出的射线，α射线的径迹直而清晰，γ射线的径迹几乎看不到D．射出的γ光子是的能级跃迁所产生的【题型3比结合能】【例3】下列说法正确的是()A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B．比结合能越大，原子核越不稳定C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损【变式3-1】(多选)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.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更稳定C．两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大【变式3-2】重核裂变的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A.该核反应方程中x＝3B.eq\o\al(235,92)U的中子数为143C.该核反应中质量增加D.eq\o\al(235,92)U的比结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更稳定【变式3-3】(多选)铀核裂变的一种方程为eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A.X粒子是中子B.X粒子是质子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的质量数最多，结合能最大，最稳定【题型4质量亏损】【例4】科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（）A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小C．发生衰变时，会发生质量亏损D．新核X的中子数是206，电荷数是83【变式4-1】1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(A,Z)Be→2X。已知eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(7,3)Li、X的质量分别为m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中()A．质量亏损Δm＝4.02178uB．释放的核能ΔE＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2C．铍原子核内的中子数是5D．X表示的是氚原子核【变式4-2】(多选)一静止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)发生了如下的核反应eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(eq\o\al(4,2)He)和一个质量为M的反冲核钋(eq\o\al(218,84)Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是()A.该反应中氡核eq\o\al(222,86)Rn发生的是α衰变B.反应后产生的新核钋eq\o\al(218,84)Po的比结合能小于反应前氡核eq\o\al(222,86)Rn的比结合能C.氡的同位素eq\o\al(220,86)Rn和反应物氡eq\o\al(222,86)Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同D.该反应产生的质量亏损Δm＝eq\f(M＋mmv02,2Mc2)【变式4-3】如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量【题型5核能释放】【例5】2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（）A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c2【变式5-1】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反应方程式为：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.002603u,1u相当于931MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为()A．0.5MeV B．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV【变式5-2】现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（）A．该核反应属于裂变反应B．此过程的核反应方程为C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV【变式5-3】(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个eq\o\al(12,6)C核，eq\o\al(12,6)C原子的质量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg.则下列说法正确的是(1u相当于931MeV)()A．反应过程中的质量亏损是0.078uB．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29kgC．反应过程中释放的能量是7.26MeVD．反应过程中释放的能量是1.16×10－19J【题型6综合问题】【例6】2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（）A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力 B．反应产物x为C．x核的质量为 D．x的比结合能为【变式6-1】(多选)下列说法正确的是()A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加【变式6-2】（多选）太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（）A．波长为的光子能量为B．的比结合能小于的比结合能C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤D．波长为的光子的频率为【变式6-3】1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。若某次碰撞可看作对心正碰,α粒子初速度v0,碰后释放的核能全部转化为动能,新核与质子同方向运动,且垂直磁场方向,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶17。(1)写出核反应方程;(2)求出质子的速度大小(质子、中子的质量均为m);(3)求出新核与质子的质量和比α粒子与氮核的质量和小多少。【题型7对比问题】【例7】截止到2022年9月份，用来储存福岛核废水的储存罐将会全部用完，日本已经确定将福岛第一核电站核污水排入大海。核废水中包含氘、钴60、锶90、碘129、铀235等60多种高污染核素，这些放射性物质直接排入大海，会对太平洋周边海域造成极大的危害。氚经过β衰变放出的电子被人体吸入是有害的，其他核素的半衰期更长，危害更大，例如锶90的半衰期约为28年，碘129的半衰期约为1570万年，这些核素与海洋生物具有很强的亲和力，对人类具有很强的危害性。下列判断正确的是（）A．氚的β衰变方程为 B．β衰变的实质为C．钴60的比结合能小于碘129的比结合能 D．温度升高，分子热运动剧烈程度增加，铀235的半衰期会缩短【变式7-1】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，因此它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要大【变式7-2】（多选）已知、、的静止质量分别是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV。当发生α衰变时，下列说法正确的是（）A．的质量等于组成它的核子的质量之和B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeVC．因的比结合能比小，所以比更稳定D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2【变式7-3】（多选）铀核裂变的一种方程为，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有（）A．X粒子是中子B．X粒子是质子C．相比，的比结合能最大，最稳定D．相比，的质量数最多，结合能最大【题型8联系实际】【例8】如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（）A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加B．192g放射性同位素经过148天全部完成衰变C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大【变式8-1】考古学上利用“碳钟”，也就是利用来推测古文物产生的年代。已知的衰变产物中有稳定的，的半衰期为年，下列说法正确的是（）A．的衰变方程为B．该衰变过程中原子核内减少一个中子C．一个核发生衰变释放的核能为为原子的质量，为光速D．已经死亡年的古树中不会含有原子【变式8-2】中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）作燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的轴（），钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收，转变为铀-239，铀-239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚-239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（）A．铀-239转变为钚-239，经过了3次衰变B．铀-239发生衰变过程中，电荷数守恒，质量也守恒C．铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能大于生成的两个核的比结合能【变式8-3】核电池是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受极冷极热的温度影响，也不被宇宙射线干扰。钚-238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚-238的半衰期为88年，其衰变方程为。下列说法正确的是（）A．衰变放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强B．的比结合能小于的比结合能C．的核子平均质量小于的核子平均质量D．钚-238在极高压下可加速衰变，其半衰期可小于88年

参考答案【题型1核力特点】【例1】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：核子间存在着强大的核力，故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，答案为C．【变式1-1】下列关于核力与核能的说法正确的是（）A．核力是引起原子核β衰变的原因B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定【答案】B【解析】弱相互作用是引起原子核衰变的原因，故A错误；核子结合成原子核时释放能量，发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确；核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故C错误；原子核的平均结合能越大，原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。故选B。【变式1-2】下列说法正确的是（）A．原子核的质量越大，比结合能越小B．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子C．核力属于强相互作用，原子核内，核力比库仑力小D．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会释放核能【答案】D【解析】比结合能为原子核的结合能与核子数的比值，中等大小的核的比结合能最大，也最稳定，A错误；B．查德威克在粒子轰击铍核实验中首次发现了中子，B错误；核力是强相互作用，原子核尺度内，核力比库仑力大得多，C错误；比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会有质量亏损，放出核能，D正确。故选D。【变式1-3】关于核力，下列说法正确的是（）A．核力的作用范围只有约m B．核力本质上属于电磁相互作用C．中子和中子之间不会有核力作用 D．核力减小是发生衰变的原因答案：A解析：核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约m，选项A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起衰变的原因，选项D错误。故选A。【题型2结合能】【例2】目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（）A．m=92，n=4，比的中子数多4B．的结合能小于与的结合能之和C．400个钚238经过176年还剩下100个D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变【答案】B【解析】与的中子数之差为A错误；衰变释放能量，的结合能小于与的结合能之和，B正确；半衰期是统计规律，对少量不适用，C错误；半衰期与温度、浓度及其所受的压力无关，它的半衰期不会改变，D错误。故选B。【变式2-1】（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（）A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．比更稳定，结合能更大D．平均核子质量小于【答案】BD【解析】比结合能大于，所以可以通过聚变成释放能量，故A错误；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B正确；比比结合能更大，更稳定，但结合能小于结合能，故C错误；比结合能大，所以平均核子质量小，故D正确。故选BD。【变式2-2】2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子-中子相互作用导致粒子形成的概率显著增强的现象。以下说法正确的是（）A．铀核发生核反应方程为，是核裂变反应B．若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同C．产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线D．新核（）的结合能大于铀核的结合能【答案】C【解析】铀核发生核反应的方程为此反应为衰变，选项A错误；若静止的轴核发生衰变，根据动量守恒定律可知产生的新核速度方向与粒子速度方向相反，选项B错误；产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线，选项C正确；新核（）的比结合能大于铀核的比结合能，新核（）的结合能小于铀核的结合能。D错误。故选C。【变式2-3】（多选）具有放射性，静止的发生α衰变时，产生同时伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是（）A．的结合能为(m1-m2-m3)c2B．高温高压可加快的衰变C．用威尔逊云室探测放出的射线，α射线的径迹直而清晰，γ射线的径迹几乎看不到D．射出的γ光子是的能级跃迁所产生的【答案】CD【解析】(m1-m2-m3)c2是核反应过程中释放的能量，或者是结合能的增量，并不是的结合能，A错误；高温高压无法改变半衰期，所以无法加快的衰变，B错误；威尔逊云室利用过饱和蒸汽探测射线，α射线电离能力强，易使蒸汽凝结而形成径迹，故径迹直而清晰，γ射线电离能力很弱，几乎看不到径迹，C正确；反应后新原子核处于较高能级，向低能级跃迁而射出γ光子，D正确。故选CD。【题型3比结合能】【例3】下列说法正确的是()A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B．比结合能越大，原子核越不稳定C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损解析：选A光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。【变式3-1】(多选)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.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更稳定C．两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析：选BC由题图可知，eq\o\al(4,2)He的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的eq\o\al(2,1)H核结合成比结合能大的eq\o\al(4,2)He时，会释放能量，C正确；由题图可知，eq\o\al(235,92)U的比结合能(即平均结合能)比eq\o\al(89,36)Kr的小，D错误。【变式3-2】重核裂变的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A.该核反应方程中x＝3B.eq\o\al(235,92)U的中子数为143C.该核反应中质量增加D.eq\o\al(235,92)U的比结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更稳定答案B【变式3-3】(多选)铀核裂变的一种方程为eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A.X粒子是中子B.X粒子是质子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的质量数最多，结合能最大，最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定，eq\o\al(235,92)U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误.【题型4质量亏损】【例4】科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（）A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小C．发生衰变时，会发生质量亏损D．新核X的中子数是206，电荷数是83【答案】C【解析】半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件没有关系，AB错误；发生衰变时，会放出能量，根据质能方程可知有质量亏损，C正确；连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X的质量数为206，电荷数为83，则新核X的中子数为123，D错误。故选C。【变式4-1】1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(A,Z)Be→2X。已知eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(7,3)Li、X的质量分别为m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中()A．质量亏损Δm＝4.02178uB．释放的核能ΔE＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2C．铍原子核内的中子数是5D．X表示的是氚原子核解析：选B根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be→2eq\o\al(4,2)He，则Z＝4，A＝8，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故C、D错误；核反应质量亏损为Δm＝m1＋m2－2m3＝0.02027u，则释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2，故A错误，B正确。【变式4-2】(多选)一静止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)发生了如下的核反应eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(eq\o\al(4,2)He)和一个质量为M的反冲核钋(eq\o\al(218,84)Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是()A.该反应中氡核eq\o\al(222,86)Rn发生的是α衰变B.反应后产生的新核钋eq\o\al(218,84)Po的比结合能小于反应前氡核eq\o\al(222,86)Rn的比结合能C.氡的同位素eq\o\al(220,86)Rn和反应物氡eq\o\al(222,86)Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同D.该反应产生的质量亏损Δm＝eq\f(M＋mmv02,2Mc2)答案AD解析由核反应方程eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He可知，该反应中氡核eq\o\al(222,86)Rn发生的是α衰变，故A正确；由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故B错误；核子数等于质子数加中子数，则氡的同位素eq\o\al(220,86)Rn和反应物氡eq\o\al(222,86)Rn相比少了两个中子，由于是同种元素，所以它们的化学性质相同，故C错误；由题意可知，释放的核能全部转化为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，根据Ek＝eq\f(p2,2m)，则释放的核能ΔE＝eq\f(m2v02,2m)＋eq\f(m2v02,2M)＝eq\f(mv02m＋M,2M)，由爱因斯坦质能方程可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(mv02m＋M,2Mc2)，故D正确.【变式4-3】如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量答案：A解析：D、E平均核子质量大于F平均核子质量，D、E结合成F，出现质量亏损，要释放能量，A对，B错；C、B结合成A，F、C结合成B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错．【题型5核能释放】【例5】2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（）A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c2【答案】B【解析】核聚变方程为根据质能方程，可知核反应释放的能量故选B。【变式5-1】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反应方程式为：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.002603u,1u相当于931MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为()A．0.5MeV B．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV解析：选A该反应放出能量ΔE＝(1.007825u＋7.016004u－2×4.002603u)×931MeV/u≈17.34MeV，入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5MeV，故A正确。【变式5-2】现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（）A．该核反应属于裂变反应B．此过程的核反应方程为C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV【答案】D【解析】该核反应属于衰变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，知该过程核反应方程为故B错误；设衰变后，铀核速度为，粒子的速度为，根据动量守恒有由可得故C错误；由能量守恒定律知，铀核与粒子的总动能结合有解得故D正确。故选D。【变式5-3】(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个eq\o\al(12,6)C核，eq\o\al(12,6)C原子的质量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg.则下列说法正确的是(1u相当于931MeV)()A．反应过程中的质量亏损是0.078uB．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29kgC．反应过程中释放的能量是7.26MeVD．反应过程中释放的能量是1.16×10－19J答案：BC解析：由题意可得核反应方程为3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u≈1.29×10－29kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12J．因为质量亏损1u相当于931MeV，所以ΔE＝0.0078×931MeV＝7.26MeV.故B、C正确．【题型6综合问题】【例6】2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（）A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力 B．反应产物x为C．x核的质量为 D．x的比结合能为答案：D解析：要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，A错误；.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为3，电荷数为2，所以反应产物x应为，B错误；由爱因斯坦质能方程得到解得C错误；根据解得D正确。故选D。【变式6-1】(多选)下列说法正确的是()A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加答案CD解析能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射Ceq\o\al(2,3)＝3种频率的光子，选项C正确；两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确．【变式6-2】（多选）太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（）A．波长为的光子能量为B．的比结合能小于的比结合能C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤D．波长为的光子的频率为【答案】AB【解析】根据，而，则入射光子的能量为，故A正确；反应过程放出能量，说明产物的能量低，更稳定，而比结合能越大，越稳定，说明的核子比结合能小于的比结合能，故B正确；射线具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤，而不是中子，所以C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：。所以光子的频率故D错误。故选AB。【变式6-3】1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。若某次碰撞可看作对心正碰,α粒子初速度v0,碰后释放的核能全部转化为动能,新核与质子同方向运动,且垂直磁场方向,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶17。(1)写出核反应方程;(2)求出质子的速度大小(质子、中子的质量均为m);(3)求出新核与质子的质量和比α粒子与氮核的质量和小多少。解析:(1)由质量数守恒及电荷数守恒可得核反应方程为714N+24He(2)α粒子、新核的质量分别为4m、17m,质子的速度为v,选取α粒子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得4mv0=17m×v17+mv,解得v=2v0(3)核反应中放出的核能为ΔE=12×17m×(v17)2+12mv2-12由爱因斯坦质能方程有ΔE=Δmc2联立解得Δm=2m答案:(1)714N+24He→817【题型7对比问题】【例7】截止到2022年9月份，用来储存福岛核废水的储存罐将会全部用完，日本已经确定将福岛第一核电站核污水排入大海。核废水中包含氘、钴60、锶90、碘129、铀235等60多种高污染核素，这些放射性物质直接排入大海，会对太平洋周边海域造成极大的危害。氚经过β衰变放出的电子被人体吸入是有害的，其他核素的半衰期更长，危害更大，例如锶90的半衰期约为28年，碘129的半衰期约为1570万年，这些核素与海洋生物具有很强的亲和力，对人类具有很强的危害性。下列判断正确的是（）A．氚的β衰变方程为 B．β衰变的实质为C．钴60的比结合能小于碘129的比结合能 D．温度升高，分子热运动剧烈程度增加，铀235的半衰期会缩短答案：B解析：由原子核衰变时质量数和电荷数都守恒可知，氚的β衰变方程为A错误；β衰变的实质为核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子，转化方程是B正确；中等大小的核的比结合能较大，因此钴60的比结合能大于碘129的比结合能，C错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件无关，所以铀235的半衰期不会改变，D错误。故选B。【变式7-1】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，因此它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要大解析:选D核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，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，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．【变式7-2】（多选）已知、、的静止质量分别是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV。当发生α衰变时，下列说法正确的是（）A．的质量等于组成它的核子的质量之和B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeVC．因的比结合能比小，所以比更稳定D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2答案：BC解析：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，因为核子组合成原子核时强力做正功释放能量，故A错误；发生α衰变释放出核能，一次衰变释放的核能E=(226.0254－222.0175－4.0026)×931.5MeV＝4.93695MeV故B正确；原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要赋予更多的能量，因此原子核更稳定，的比结合能比小，所以更稳定，故C正确；由衰变时动量守恒可知，和的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故和的速度之比约为2∶111，故D错误。故选BC。【变式7-3】（多选）铀核裂变的一种方程为，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有（）A．X粒子是中子B．X粒子是质子C．相比，的比结合能最大，最稳定D．相比，的质量数最多，结合能最大【答案】ACD【解析】根据质量数和电荷数守恒，X的质量数为1，电荷数为0，X为中子，故A正确，B错误；根据图像可知，的比结合能最大，最稳定。的质量数最多，结合能最大。故CD正确。故选ACD。【题型8联系实际】【例8】如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（）A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加B．192g放射性同位素经过148天全部完成衰变C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大【答案】C【解析】探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度减小，A错误；192g放射性同位素经过，148天（2个半衰期），剩余的质量为原来的，B错误；衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为，C正确；核反应方程式中生成物比反应物稳定，与之对应的是衰变后的产物X的比结合能比写的比结合能大，D错误。故选C。【变式8-1】考古学上利用“碳钟”，也就是利用来推测古文物产生的年代。已知的衰变产物中有稳定的，的半衰期为年，下列说法正确的是（）A．的衰变方程为B．该衰变过程中原子核内减少一个中子C．一个核发生衰变释放的核能为为原子的质量，为光速D．已经死亡年的古树中不会含有原子【答案】B【解析】的衰变属于衰变，其衰变方程为A错误；衰变的本质是该衰变过程中原子核内减少一个中子，新生成一个质子和一个电子，B正确；一个核发生衰变释放的核能为，C错误；半衰期是放射性元素的特征参量，对于而言，年为两个半衰期，已经死亡年的古树遗骸中的含量为原来的，D错误。故选B。【变式8-2】中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）作燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的轴（），钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收，转变为铀-239，铀-239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚-239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（）A．铀-239转变为钚-239，经过了3次衰变B．铀-239发生衰变过程中，电荷数守恒，质量也守恒C．铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能大于生成的两个核的比结合能【答案】C【解析】铀-239转变为钚-239，质量数不变，电荷数增加，电荷增加2，则经过了2次衰变，选项A错误；铀-239发生衰变过程中，电荷数守恒，质量数也守恒，由于反应放出能量，则由质量亏算，选项B错误；铀-239发生衰变，实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子，选项C正确；钚（）裂变生成两个中等质量的核，反应放出核能，生成的新核更加稳定，则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，选项D错误。故选C。【变式8-3】核电池是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受极冷极热的温度影响，也不被宇宙射线干扰。钚-238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚-238的半衰期为88年，其衰变方程为。下列说法正确的是（）A．衰变放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强B．的比结合能小于的比结合能C．的核子平均质量小于的核子平均质量D．钚-238在极高压下可加速衰变，其半衰期可小于88年【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒，可判断X是He，氦核流的贯穿能力很弱，电离能力很强，故A错误；比更稳定，则比结合能更大，故B正确；因为释放能量，存在质量亏损，所以的核子平均质量小于，故C错误；原子核半衰期与外界环境无关，故D错误。故选B。专题5.3核力与结合能【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1核力特点】 【题型2结合能】 【题型3比结合能】 【题型4质量亏损】 【题型5核能释放】 【题型6综合问题】 【题型7对比问题】 【题型8联系实际】 【题型1核力特点】【例1】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：核子间存在着强大的核力，故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，答案为C．【变式1-1】下列关于核力与核能的说法正确的是（）A．核力是引起原子核β衰变的原因B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定【答案】B【解析】弱相互作用是引起原子核衰变的原因，故A错误；核子结合成原子核时释放能量，发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确；核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故C错误；原子核的平均结合能越大，原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)就越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。故选B。【变式1-2】下列说法正确的是（）A．原子核的质量越大，比结合能越小B．居里夫人通过粒子轰击铝原子核，首次发现了中子C．核力属于强相互作用，原子核内，核力比库仑力小D．比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会释放核能【答案】D【解析】比结合能为原子核的结合能与核子数的比值，中等大小的核的比结合能最大，也最稳定，A错误；B．查德威克在粒子轰击铍核实验中首次发现了中子，B错误；核力是强相互作用，原子核尺度内，核力比库仑力大得多，C错误；比结合能小的原子核变成比结合能大的原子核时会有质量亏损，放出核能，D正确。故选D。【变式1-3】关于核力，下列说法正确的是（）A．核力的作用范围只有约m B．核力本质上属于电磁相互作用C．中子和中子之间不会有核力作用 D．核力减小是发生衰变的原因答案：A解析：核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约m，选项A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起衰变的原因，选项D错误。故选A。【题型2结合能】【例2】目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（）A．m=92，n=4，比的中子数多4B．的结合能小于与的结合能之和C．400个钚238经过176年还剩下100个D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变【答案】B【解析】与的中子数之差为A错误；衰变释放能量，的结合能小于与的结合能之和，B正确；半衰期是统计规律，对少量不适用，C错误；半衰期与温度、浓度及其所受的压力无关，它的半衰期不会改变，D错误。故选B。【变式2-1】（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（）A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．比更稳定，结合能更大D．平均核子质量小于【答案】BD【解析】比结合能大于，所以可以通过聚变成释放能量，故A错误；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B正确；比比结合能更大，更稳定，但结合能小于结合能，故C错误；比结合能大，所以平均核子质量小，故D正确。故选BD。【变式2-2】2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子-中子相互作用导致粒子形成的概率显著增强的现象。以下说法正确的是（）A．铀核发生核反应方程为，是核裂变反应B．若静止的铀核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同C．产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线D．新核（）的结合能大于铀核的结合能【答案】C【解析】铀核发生核反应的方程为此反应为衰变，选项A错误；若静止的轴核发生衰变，根据动量守恒定律可知产生的新核速度方向与粒子速度方向相反，选项B错误；产生的新核从高能级向低能级跃迁时，将发射出射线，选项C正确；新核（）的比结合能大于铀核的比结合能，新核（）的结合能小于铀核的结合能。D错误。故选C。【变式2-3】（多选）具有放射性，静止的发生α衰变时，产生同时伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是（）A．的结合能为(m1-m2-m3)c2B．高温高压可加快的衰变C．用威尔逊云室探测放出的射线，α射线的径迹直而清晰，γ射线的径迹几乎看不到D．射出的γ光子是的能级跃迁所产生的【答案】CD【解析】(m1-m2-m3)c2是核反应过程中释放的能量，或者是结合能的增量，并不是的结合能，A错误；高温高压无法改变半衰期，所以无法加快的衰变，B错误；威尔逊云室利用过饱和蒸汽探测射线，α射线电离能力强，易使蒸汽凝结而形成径迹，故径迹直而清晰，γ射线电离能力很弱，几乎看不到径迹，C正确；反应后新原子核处于较高能级，向低能级跃迁而射出γ光子，D正确。故选CD。【题型3比结合能】【例3】下列说法正确的是()A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B．比结合能越大，原子核越不稳定C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损解析：选A光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。【变式3-1】(多选)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.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更稳定C．两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析：选BC由题图可知，eq\o\al(4,2)He的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的eq\o\al(2,1)H核结合成比结合能大的eq\o\al(4,2)He时，会释放能量，C正确；由题图可知，eq\o\al(235,92)U的比结合能(即平均结合能)比eq\o\al(89,36)Kr的小，D错误。【变式3-2】重核裂变的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A.该核反应方程中x＝3B.eq\o\al(235,92)U的中子数为143C.该核反应中质量增加D.eq\o\al(235,92)U的比结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更稳定答案B【变式3-3】(多选)铀核裂变的一种方程为eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A.X粒子是中子B.X粒子是质子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的质量数最多，结合能最大，最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定，eq\o\al(235,92)U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误.【题型4质量亏损】【例4】科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（）A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小C．发生衰变时，会发生质量亏损D．新核X的中子数是206，电荷数是83【答案】C【解析】半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件没有关系，AB错误；发生衰变时，会放出能量，根据质能方程可知有质量亏损，C正确；连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X的质量数为206，电荷数为83，则新核X的中子数为123，D错误。故选C。【变式4-1】1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(A,Z)Be→2X。已知eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(7,3)Li、X的质量分别为m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中()A．质量亏损Δm＝4.02178uB．释放的核能ΔE＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2－2m3))c2C．铍原子核内的中子数是5D．X表示的是氚原子核解析：选B根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be→2eq\o\al(4,2)He，则Z＝4，A＝8，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故C、D错误；核反应质量亏损为Δm＝m1＋m2－2m3＝0.02027u，则释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2，故A错误，B正确。【变式4-2】(多选)一静止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)发生了如下的核反应eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(eq\o\al(4,2)He)和一个质量为M的反冲核钋(eq\o\al(218,84)Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是()A.该反应中氡核eq\o\al(222,86)Rn发生的是α衰变B.反应后产生的新核钋eq\o\al(218,84)Po的比结合能小于反应前氡核eq\o\al(222,86)Rn的比结合能C.氡的同位素eq\o\al(220,86)Rn和反应物氡eq\o\al(222,86)Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同D.该反应产生的质量亏损Δm＝eq\f(M＋mmv02,2Mc2)答案AD解析由核反应方程eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He可知，该反应中氡核eq\o\al(222,86)Rn发生的是α衰变，故A正确；由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故B错误；核子数等于质子数加中子数，则氡的同位素eq\o\al(220,86)Rn和反应物氡eq\o\al(222,86)Rn相比少了两个中子，由于是同种元素，所以它们的化学性质相同，故C错误；由题意可知，释放的核能全部转化为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，根据Ek＝eq\f(p2,2m)，则释放的核能ΔE＝eq\f(m2v02,2m)＋eq\f(m2v02,2M)＝eq\f(mv02m＋M,2M)，由爱因斯坦质能方程可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(mv02m＋M,2Mc2)，故D正确.【变式4-3】如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量答案：A解析：D、E平均核子质量大于F平均核子质量，D、E结合成F，出现质量亏损，要释放能量，A对，B错；C、B结合成A，F、C结合成B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错．【题型5核能释放】【例5】2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（）A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c2【答案】B【解析】核聚变方程为根据质能方程，可知核反应释放的能量故选B。【变式5-1】用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反应方程式为：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.002603u,1u相当于931MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为()A．0.5MeV B．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV解析：选A该反应放出能量ΔE＝(1.007825u＋7.016004u－2×4.002603u)×931MeV/u≈17.34MeV，入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5MeV，故A正确。【变式5-2】现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（）A．该核反应属于裂变反应B．此过程的核反应方程为C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV【答案】D【解析】该核反应属于衰变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，知该过程核反应方程为故B错误；设衰变后，铀核速度为，粒子的速度为，根据动量守恒有由可得故C错误；由能量守恒定律知，铀核与粒子的总动能结合有解得故D正确。故选D。【变式5-3】(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个eq\o\al(12,6)C核，eq\o\al(12,6)C原子的质量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg.则下列说法正确的是(1u相当于931MeV)()A．反应过程中的质量亏损是0.078uB．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29kgC．反应过程中释放的能量是7.26MeVD．反应过程中释放的能量是1.16×10－19J答案：BC解析：由题意可得核反应方程为3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u≈1.29×10－29kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12J．因为质量亏损1u相当于931MeV，所以ΔE＝0.0078×931MeV＝7.26MeV.故B、C正确．【题型6综合问题】【例6】2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。核聚变反应的方程为；。已知氘核的质量为，比结合能为E，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（）A．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的核力 B．反应产物x为C．x核的质量为 D．x的比结合能为答案：D解析：要发生聚变反应，两个原子核要足够近，故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力，A错误；.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知x的质量数为3，电荷数为2，所以反应产物x应为，B错误；由爱因斯坦质能方程得到解得C错误；根据解得D正确。故选D。【变式6-1】(多选)下列说法正确的是()A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应B．β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子D．两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加答案CD解析能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射Ceq\o\al(2,3)＝3种频率的光子，选项C正确；两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确．【变式6-2】（多选）太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（）A．波长为的光子能量为B．的比结合能小于的比结合能C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤D．波长为的光子的频率为【答案】AB【解析】根据，而，则入射光子的能量为，故A正确；反应过程放出能量，说明产物的能量低，更稳定，而比结合能越大，越稳定，说明的核子比