人教版高中物理精讲精练-选择性必修35.3　核力与结合能 原卷版

5.3核力与结合能【考点归纳】考点一：核力的性质考点二：结合能和比结合能考点三：平均质量曲线考点四：比结合能曲线考点五：质能方程考点六：核能的计算【知识归纳】知识点一、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10－15m.(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15m，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10－18m.4．四种基本相互作用知识点二、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．技巧归纳、结合能和比结合能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知识点三、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．技巧归纳：质量亏损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，1u对应931.5MeV能量．技巧归纳：核能的计算方法1．根据质量亏损计算(1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳．②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.(1u相当于931.5MeV)2．利用比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．【题型归纳】题型一：核力的性质1．（20-21高二下·江西·期中）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2．（2021·山东济南·模拟预测）2019年9月26日，中国散裂中子源开始新一轮开放运行。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。下列说法正确的是（）A．中子是组成原子核的最小粒子之一B．中子与其他核子之间不存在库仑力，但中子与相邻核子之间存在相互作用的核力C．核子之间相互作用的核力不可能为斥力D．卢瑟福预言并通过实验证实了中子的存在3．（2021高三·全国·专题练习）关于核力的说法正确的是（）A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内D．核力与电荷有关题型二：结合能和比结合能4．（22-23高二下·云南普洱·期末）下列关于结合能和比结合能的说法正确的是（）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．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大5．（22-23高二下·重庆沙坪坝·期末）已知中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氦核（）的质量是4.0026u，1u的质量对应的核能为931.5MeV。则氦核的比结合能约为（

）A．3.4MeV B．6.8MeV C．13.5MeV D．27MeV6．（22-23高二下·北京西城·期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（）

A．核结合能约为7MeVB．核结合能比核结合能更大C．两个结合成时释放能量D．中核子的平均质量比中核子的平均质量小题型三：平均质量曲线7．（20-21高二下·内蒙古赤峰·阶段练习）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法错误的是（）A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．核电站中的核反应堆是利用核裂变的原理工作的8．（20-21高二下·江苏南通·阶段练习）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法不正确的是（）A．在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏。B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大。D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度9．（2017·福建泉州·一模）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是(

)A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征题型四：比结合能曲线10．（23-24高二下·河北·期中）不同原子核的比结合能是不一样的，如图是按照实际测量结果画出的图线，下列说法正确的是（）A．铀核比氪核的结合能小，平均核子质量大B．的结合能约为1MeVC．核拆分成两个核时吸收的能量恰好等于的结合能D．核的结合能比核的小，比结合能大11．（21-22高二下·河南南阳·期末）如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为8MeV，的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法不正确的是（）A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小B．核的平均结合能最大，最稳定C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约16MeV的能量D．把分成4个要提供约16MeV的能量12．（22-23高二下·辽宁鞍山·期末）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．核的结合能约为B．核比核的比结合能大，所以核更不稳定C．两个核结合成核时释放能量D．核中核子的比结合能比核中的大题型五：质能方程13．（21-22高二下·天津南开·期末）通过检测发现三星堆遗址出土的文物，年代从公元前3000年延续至公元前1200年，跨越了近2000年，用实物展示了连绵5000年的中华文化。考古通常用年代检测法推算出土文物的年代。的衰变方程为，下列说法正确的是（）A．衰变方程中的X是中子B．文物所埋藏的环境会影响的半衰期，进而对推算年代造成影响C．若、、X的质量分别是m1、m2、m3，则一个发生衰变时，释放的能量为（m1-m2-m3）c2D．与X的质量之和等于的质量14．（22-23高二下·辽宁大连·期末）真空中静止的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知X核、Y核和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，且，光速为c，若释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能。则（

）A．X核的中子数与Y核的中子数相同B．该反应释放的核能为(mX-mY)c2C．Y核和α粒子的动量大小之比为1:1D．Y核和α粒子的动能大小之比为1:115．（22-23高二下·江苏南京·期末）俘获1个粒子后生成X并放出1个质子，已知、、X的核子平均质量分别为、、，质子质量为。则该核反应放出的核能为（

）A． B．C． D．题型六：核能的计算16．（21-22高二下·江苏苏州·期中）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m1，比结合能为E，中子的质量为m2，反应中释放的核能为，光速为c，求（1）x核的质量mx；（2）x的比结合能Ex。17．（22-23高一下·宁夏银川·期末）经中子照射后发生反应，最终生成并释放一粒子X，若已知、、和X的质量分别为1.0087u、23.9850u、23.9910u、1.0078u、（1u相当于的能量）。（1）写出核反应方程（标上质量数和电荷数）；（2）通过计算判断这一核反应使吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？（小数点后保留两位）18．（22-23高二下·山东威海·阶段练习）用中子轰击锂核发生核反应，生成氚核和粒子，并释放出核能。已知中子、氚核、粒子、锂核的质量分别是，，，，质量亏损1u释放的核能为931.5MeV。（1）请写出核反应方程；（2）设放出的能量全部由质量亏损获得，试求释放的核能；（结果保留一位小数）（3）若反应前中子以0.3MeV的动能和锂核正碰，且碰撞前二者具有等大反向的动量，核反应中放出的核能全部转化动能，求反应后生成的粒子和氚核的动能为多少MeV？【课堂过关精练】一、单选题19．（23-24高二下·河北保定）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则下列说法中正确的是（）A．衰变方程中的X等于233B．发生β衰变C．比的比结合能大D．月夜的寒冷不会导致的半衰期发生变化20．（2024·陕西安康·三模）2023年8月24日，日本政府不顾国际社会的反对，一意孤行向海洋排放福岛核电站的核废水。核废水中含有多种放射性元素，这些放射性元素将对人类环境造成重大破坏。核废水中铯的半衰期大约为30年，已知发生β衰变的同时生成新核，以下说法正确的是（）A．铯的半衰期会随温度升高而变大B．的比结合能大于其衰变生成新核的比结合能C．衰变过程质量数、电荷数和质量都守恒D．衰变生成新核的中子数为8121．（23-24高三上·浙江嘉兴·期末）在三星堆考古发现中，考古人员对“祭祀坑”中出土的碳屑样本通过年代检测，推算出文物的年代。其中的衰变方程为，则（）A．发生的是α衰变 B．的比结合能比的要小C．是来源于原子外层的电子 D．文物长时间埋在地下会导致的半衰期变大22．（22-23高二下·全国·课前预习）对公式的理解错误是（）A．如果物体的能量减少了，它的质量也一定相应地减少B．如果物体的质量增加了，它的能量也一定相应地增加C．是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是23．（22-23高二下·全国·课时练习）太阳是一个巨大的热核反应堆，其中一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为，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．24．（22-23高二下·陕西宝鸡·期末）如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y。下列说法正确的是（）

A．此过程发生了7次α衰变B．此过程发生了8次β衰变C．原子核X发生α衰变的半衰期与温度有关D．原子核Y比原子核X的比结合能小25．（22-23高三下·黑龙江大庆·开学考试）太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核结合成一个氦核，同时释放出正电子，已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为c．试根据以上数据：（1）写出此核反应方程式；（2）求每次核反应中的质量亏损；（3）求氦核的比结合能．26．（22-23高二下·宁夏石嘴山·期末）镭（）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发放出粒子而变成新核，已知的质量，的质量，粒子的质量。如图所示，一个静止的镭核在匀强磁场中发生衰变，衰变后两粒子运动平面与磁场垂直（涉及比值时，质量可取整数）求：（1）粒子与核在磁场中运动的半径之比和周期之比；（2）衰变过程中放出的能量（）。

【高分突破精练】一、单选题27．（22-23高二下·天津和平·期末）中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）做燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀（），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，需要经过1次α衰变B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量转化为核能释放出去C．铀239发生衰变的实质是高速氦核流从原子核中飞出D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能28．（22-23高二下·吉林松原·期末）1942年，美籍意大利物理学家费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控链式核裂变反应来实现核能的释放。其裂变方程为，下列说法正确的是（

）A．核反应方程中Sr的质量数为92B．核反应方程中Sr的中子数为56C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少D．因为裂变释放能量，所以Xe原子核的比结合能比U原子核的小29．（22-23高二下·山东威海·期末）已知半衰期为1.2min，其衰变方程为，X是某种粒子，ΔE为释放的核能。真空中光速为c，用质谱仪测得原子核质量为m。下列说法正确的是（）A．发生的是α衰变B．与X原子核的质量和等于mC．100个原子核经过2.4min，一定有75个发生了衰变D．若中子质量为mn，质子质量为mh，则核的比结合能为30．（22-23高二下·湖北·期末）关于原子物理，下列说法正确的是（）A．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．普朗克提出了原子核外电子轨道量子化，并成功解释了氢原子光谱C．氡核（）发生一次α衰变生成新核钋（）的衰变方程为D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要小31．（22-23高二下·河南驻马店·期末）两个原子核、结合生成一个原子核，并放出能量，其核反应方程为。已知原子核、、的比结合能分别为、、，则下列关系式正确的是（）A． B．C． D．32．（22-23高二下·陕西西安·阶段练习）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（）

A．原子核D的结合能大于原子核C的结合能B．由图可知，原子核A分裂成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A分裂成原子核B和C时，放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征二、多选题33．（23-24高二下·河北石家庄·期中）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。同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的能量转化为电能。我国的火星探测车用放射性材料作为燃料，中的Pu元素是，已知的半衰期为88年，其衰变方程为。则下列说法正确的是（）A．的平均核子质量大于的平均核子质量B．此衰变放出的射线是射线C．温度降低，半衰期不变D．100个原子核经过88年后将剩余50个没有衰变34．（23-24高二下·河北承德·期中）发生一次衰变产生新核，又发生衰变，、、分别表示核、粒子和核的质量．下列说法正确的是（）A．发生衰变释放出能量并伴随有质量亏损B．射线本质上是高速电子流，来自核内的中子转为质子和电子C．粒子和核的总结合能大于的结合能D．发生衰变释放的能量35．（23-24高二下·湖南长沙·阶段练习）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（

）A．核的结合能约为14MeV B．核比核更稳定C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的平均结合能比核中的小36．（23-24高三上·浙江·阶段练习）原子核静止时有的可能发生衰变，方程为，并放出能量为的光子。已知、和的质量分别记为和，衰变放出光子的动量可忽略，该过程释放的核能除去光子的能量外全部转化为和的动能。在匀强磁场中衰变产生的和，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（

）A．和在磁场中匀速圆周运动轨迹为内切圆B．的比结合能大于的比结合能C．生成物的总动能为D．的动能为37．（2023·河北·模拟预测）原子核有的可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是；有的可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是，。已知的比结合能为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，正负电子质量相等，下列说法正确的是（）A．由于释放核能，所以衰变过程质量数不守恒B．的质量比质量小C．的比结合能为D．的比结合能为38．（22-23高二下·山东滨州·期末）在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，衰变产生原子核和X粒子，两粒子的径迹为相切圆，原子核径迹圆半径，X粒子径迹圆半径，原子核、原子核和X粒子的质量分别为，光速为c，衰变释放的能量全部转化为原子核和X粒子的动能。下列说法正确的是（）A．X粒子是电子B．衰变释放能量为C．原子核的动能为D．两粒子的径迹为外切圆，其半径比39．（22-23高二下·黑龙江双鸭山·期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（）A．核的结合能约为14MeVB．核比核更稳定C．两个核结合成核时释放能量D．核中核子的平均结合能比核中的小40．（22-23高二下·河南商丘·期末）一静止原子核发生