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5.3 核力与核能 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．近年来，我国在新能源汽车领域取得了巨大的突破和发展。目前，核能汽车处于试验阶段，车上主要搭载了核动力电池，利用原子核衰变释放的核能转化为电池的电能。某种核动力电池利用了器的衰变，衰变方程为，下列说法正确的是（　　）
A．X为粒子 B．该反应的发生需要吸收能量
C．的结合能大于的结合能 D．的原子核比例的原子核更加稳定
2．质量为的放射性元素钚原子，自发衰变成质量为的铀原子的同时放出一个质量为的粒子X，已知的半衰期为，核的平均结合能为，核的平均结合能为，所释放粒子的平均结合能为，光速为。则下列说法正确的是（　　）
A．将放射性元素钚移到火星上去后半衰期会变大
B．100个经过后一定还有50个没有衰变
C．放出一个粒子的动能
D．衰变过程中释放的核能为
3．目前治疗癌症最先进的手段是利用核反应，反应释放出的高杀伤力的粒子作用在癌细胞上，进而将病人体内的癌细胞杀死．已知X粒子的质量为，中子的质量为，粒子的质量为，核的质量为。下列说法正确的是（ ）
A．， B．，
C．该核反应释放的能量为 D．该反应类型属于衰变
4．2023年8月24日，日本启动核污染水排海，排放核污染水里含64种核放射性元素，将对全人类和海洋生命产生长久的重大威胁，核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q，设的比结合能为E1，的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，的半衰期为138天，则下列说法正确的是（　　）
A．该核反应中发生了β衰变
B．该核反应过程中放出的能量
C．100个原子核经过138天，还剩50个原子核未衰变
D．该核反应过程中的质量亏损为
5．将放射性同位素氟-18（）注入人体参与人体的代谢过程，如图甲所示，氟-18在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像。氟-18的衰变规律如图乙所示，其中纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与的原子数之比，设正、负电子的质量均为m，光速为c，普朗克常数为h。则（　　）
A．氟-18衰变的方程为
B．上述一对光子由氟-18直接产生并释放
C．上述一对光子波长为
D．经5小时人体内氟-18的残留量是初始时的33.3%
6．日本核污染排海核污水中的属于I类致癌物质，威胁着人类的安全。已知的衰变方程为，则下列说法中正确的是（ ）
A．该核反应中X为中子
B．升高温度会使的半衰期减小
C．的比结合能大于的比结合能
D．一个核的质量小于一个核和一个X核的质量之和
7．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．核的结合能约为64MeV B．核比核更稳定
C．两个核结合成核时吸收能量 D．核中核子的平均结合能比核中的大
8．如图，某放射性元素的原子核静止在匀强磁场中的点，该原子核发生衰变后，放出一个粒子和一个新核，它们速度方向与磁场方向垂直，轨迹的半径之比为，重力、阻力和库仑力均不计，说法正确的是（　　）
A．粒子和新核的动量比为
B．放射性元素原子核的电荷数是90
C．可能的核反应方程为
D．衰变前原子核的比结合能大于衰变后新核的比结合能
二、多选题
9．下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若有8个氡核，则经过7.6天后剩下2个氡核
B．发生衰变时，生成的核与原来的核相比，中子数少1
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越紧密，原子核越稳定
D．核反应中的为氘核
10．如图所示，一个单色点光源功率为，发射波长为的光。在离点光源距离为处放置一小锌板，锌板正对点光源的面积为S，锌板表面有电子逸出。已知电子质量为、电荷量为，光速为，普朗克常量为，锌的逸出功，则下列说法正确的是（ ）
A．光子的能量为 B．光子的动量为
C．锌板每秒钟接收到的光子数为 D．锌板逸出电子的最大动能
11．镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发地放出α粒子而变成新核Rn，Rn核又会放出一个粒子X衰变成为钋（），Rn核半衰期约为3.8天。则下列说法正确的是（　　）
A．Rn核的中子数为136 B．粒子X可用来探伤
C．比的比结合能小 D．数万年后，地球上Rn的含量会为零
12．烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241，其衰变方程为。下列说法正确的是（　　）
A．反应前的质量大于反应后与的质量之和
B．是α粒子，有很强的电离本领
C．冬天气温较低，镅241的衰变速度会变慢
D．镅241衰变过程要吸收能量，故比更稳定
三、实验题
13．（1）如图所示是研究光电效应规律的电路。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；则光电管阴极材料的逸出功为 eV，现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数 。（选填“为零”、或“不为零”）
（2）快中子增殖反应堆中，使用的核燃料是钚239，裂变时释放出快中子，周围的铀238吸收快中子后变成铀239，铀239（）很不稳定，经过 次β衰变后变成钚239（），写出该过程的核反应方程式： 。设静止的铀核发生一次β衰变生成的新核质量为M，β粒子质量为m，释放出的β粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，求一次衰变过程中的质量亏损 。
四、解答题
14．某一静止的放射性原子核发生α衰变，若该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核Y的动能，且衰变过程中的质量亏损为△m。已知光在真空中的传播速度为c，涉及动量问题时，亏损的质量可不计。
（1）写出该α衰变的核反应方程；
（2）若放射性原子核的半衰期为4天，求经过8天4g剩下的质量；
（3）求α粒子衰变后的动能。
15．我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核，并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，该核反应释放的核能为，真空中光速为c。
（1）写出核反应方程并求出质量亏损；
（2）求氦核的比结合能。
16．如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的大致曲线。
（1）从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比，比结合能有什么特点？比结合能的大小反映了什么？
（2）比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？
17．电子是原子的组成部分，当电子的速度为零时，电子的质量为m0＝9.11×10-31kg
（1）求电子的速度为零时所具有的能量；
（2）让该电子由静止开始经加速电压U=106V加速后，该电子的质量和速度的大小分别为多少？（计算结果保留4位有效数字）
18．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（）。

19．一个速度为零的原子核恰好在匀强磁场中发生了一次α衰变，并产生了新核（钍），匀强磁场的磁感应强度为B。放射出的α粒子（）和钍核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，α粒子的速率为v、α粒子的质量和电荷量分别为m、q，钍核质量为M。衰变过程释放的核能都转化为α粒子和钍核的动能。已知光速为c。
（1）写出的α衰变的核反应方程；
（2）求α粒子圆周运动的轨道半径R和做圆周运动的周期；
（3）求衰变过程的质量亏损Δm。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．由衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知，X为粒子，故A错误；
B．衰变过程中有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该过程会放出能量，故B错误；
C．根据自然组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，因此的核结合能大于的核结合能，故C正确；
D．原子的比结合能越大，越稳定，故的原子核比例的原子核更加稳定，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知放出的粒子为粒子（即），而半衰期只与原子核的内部结构有关，不会随物理状态和化学状态发生变化，故A错误；
B．因为半衰期是一个统计学概念，对大数才有意义，所以100个经过后不一定还有50个没有衰变，故B错误；
C．由
可知在衰变过程中释放的核能为
但由于释放出的核能转变为和的动能以及射线的能量，故C错误，
D．由质量亏损知，衰变过程中释放的核能为
故D正确。
故选D。
3．A
【详解】AB．据核反应中核电荷数与质量数守恒，可知粒子内有2个质子，核子数为4，所以
，
解得
故A正确；错误；
C．由质能方程得该核反应释放的能量为
故错误；
D．该反应属于人工转变或裂变反应，衰变反应是原子核自发进行的，反应前只有一个核。故D错误。
故A正确。
4．D
【详解】A．根据核反应前后质量数和电荷数守恒可得，X的质量数为4，电荷数为2，即X为，该反应为α衰变，故A错误；
B．核反应过程中放出的核能为反应后生成的所有新核的总结合能与反应前所有原子核的总结合能之差，即
故B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，故C错误；
D．该核反应过程中的质量亏损为
故D正确。
故选D。
5．C
【详解】A．根据质量数与质子数守恒，可得氟-18的衰变方程
故A错误；
B．依题意，正负电子湮灭方程为
故B错误；
C．由质能方程，可得
根据能量守恒，可得
联立，解得
故C正确；
D．由乙图可知氟-18的半衰期为T=100min，根据
又
联立，解得
故D错误。
故选C。
6．C
【详解】A．根据质量数和质子数守恒，可知X的质量数为零，和质子数为，该核反应中X为电子，故A错误；
B．半衰期与外界因素无关，故B错误；
C．衰变为，则更稳定，所以的比结合能小于的比结合能，故C正确；
D．衰变过程放出能量，质量亏损，所以一个核的质量大于一个核和一个X核的质量之和，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】A．由题图可知，核的比结合能约为8MeV，氧核的核子数为16，因此结合能约为16×8MeV=128MeV，故A错误；
B．核比核比结合能更大，则更稳定，选项B正确；
C．两个核结合成核时产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知，因此释放能量，故C错误；
D．由图可知，核中核子的平均结合能比核中的小，选项D错误。
故选B。
8．C
【详解】A．由于放出粒子和新核的过程中，系统的动量守恒，则氦核和新核动量大小之比是1:1，故A错误；
BC．由于放出的粒子和新核在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
则它们的轨道半径与它们所带的电荷数成反比，所以有
则新核所带的电荷数为90，粒子的电荷数为2，为氦核（），由于核反应过程电荷数守恒、质量数守恒，则放射性元素原子核的电荷数是92，所以可能的核反应方程为
故B错误，C正确；
D．衰变过程是原子核从不稳定到稳定的转变，又比结合能越大越稳定，所以衰变前原子核的比结合能小于衰变后新核的比结合能，故D错误。
故选C。
9．BC
【详解】A．半衰期是大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故A错误；
B．发生衰变时是一个中子转变成一个质子同时放出一个电子，即中子数少1，故B正确；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越紧密，原子核越稳定，故C正确；
D．据质量数和核电荷数守恒，X为，故D错误。
故选BC。
10．BC
【详解】A．光的频率为
则光子的能量为
故A错误；
B．根据爱因斯坦质能方程有
光子的动量为
联立解得
故B正确；
C．点光源在内发射的光子数为
锌板每秒钟接收到的光子数为
故C正确；
D．根据光电效应方程得
故D错误。
故选BC。
11．AC
【详解】A．能自发地放出α粒子而变成新核Rn，衰变方程为
Rn核的中子数为222–86=136，A正确；
B．Rn核又会放出一个粒子X衰变成为钋（），衰变方程为
因此X是α粒子，穿透能力最弱，不能用来探伤，B错误；
C．经过两次α衰变，释放能量，有质量亏损，生成的的核子平均质量变小，因此比结合能增大，C正确；
D．数万年后，由于其他原子核衰变可以产生Rn核，地球上Rn的含量不会几乎为零，D错误。
故选AC。
12．AB
【详解】A．核反应释放能量，核反应质量亏损，因此反应前的质量大于反应后与的质量之和，A正确；
B．是粒子，有很强的电离本领，选项B正确；
C．镅241的衰变速度与外界因素无关，选项C错误；
D．镅241衰变过程要放出能量，故比的原子核更稳定，选项D错误。
故选AB。
13． 4.5 为零 2
【详解】（1）[1][2]根据光电效应方程可知
解得
光电子的最大初动能与入射光强度无关，现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，光电子依然不能到达阳极，所以电流计的读数仍为零。
（2）[3] β衰变，电荷数增加1，质量数不变，铀239衰变成钚239，电荷数增2，质量数不变，知发生了2次β衰变．
[4] 该过程的核反应方程式为
[5] 运用动量守恒定律和能量守恒定律
解得
14．（1）；（2）1g；（3）
【详解】（1）该α衰变的核反应方程是
（2）若放射性原子核的半衰期为4天，经过8天4g剩下的质量是
（3）衰变过程中动量守恒，因此根据动量守恒定律有
根据能量守恒有
解得α粒子衰变后的动能
15．（1）；；（2）
【详解】（1）核反应方程为
根据质能方程，可得
解得
（2）依题意，可得
解得氦核的比结合能为
16．（1）中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定。（2）释放能量
【详解】（1）中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定。
（2）比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时有质量亏损，则释放能量。
17．（1）；（2）
【详解】（1）由质能方程可得
（2）根据能量关系可得
代入数据解得
由质量和速度的关系可得
解得
18．（1），；（2）
【详解】（1）静止的镭核衰变时动量守恒，粒子与核运动方向相反，因此均带正电，在磁场中所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反；又因粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，故两粒子的运动轨迹为两外切圆，由动量守恒知
由
可得
由电荷数守恒可知核的电荷量为
可知粒子与核在磁场中运动的半径之比
由周期公式
可知粒子与核在磁场中运动的周期之比为
（2）衰变过程中的质量亏损
衰变过程中放出的能量为
19．（1）；（2），；（3）
【详解】（1）根据质量数与电荷数守恒，该核反应方程为
（2）α粒子圆周运动由洛伦兹力提供向心力，则有
解得
该圆周运动的周期
解得
（3）衰变过程满足动量守恒，则有
根据质能方程有
由于衰变过程释放的核能都转化为α粒子和钍核的动能，则有
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页

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