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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业15　核力与核反应方程
A组必备知识基础练
1.原子核Th表示(　　)
ATh的质量数为90
B.核内有234个质子
C.核内有144个中子
D.核内有90个核子
2.关于自然界中四种基本相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当
B.原子核内任意两个核子间都存在核力
C.核力是强相互作用,一定是引力
D.弱相互作用是短程力
3.关于核力与结合能,下列说法不正确的是(　　)
A.核力是短程力,与核子间的距离有关,可为引力也可为斥力
B.核力具有饱和性和短程性,重核的中子数多于质子数
C.比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能
D.原子核的结合能越大,核子结合得越牢固,原子核越稳定
4.用α粒子轰击Ni核的核反应方程是HeNi→CuH+X,则(　　)
A.X的电荷数与H的电荷数相同
B.X的质量数与H的质量数相同
CCu的核子数比Ni的核子数多1
DCu的中子数比Ni的中子数多2
5.(多选)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为RnX,已知Ra的半衰期为1 620年Ra原子核的质量为226.025 4 u,衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 uX原子核的质量为4.002 6 u,1 u相当于931 MeV.对Ra的衰变以下说法正确的是(　　)
A.X表示氦原子
B.6克Ra原子核经过1620年一定有3克发生衰变
C.1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV
DRa衰变后比结合能变小
6.用回旋加速器对质子加速,质子经加速后以Ek的动能轰击静止的锂原子核,其核反应方程为Li→He.已知质子质量为m1,锂原子核的质量为m2,α粒子的质量为m3,光速为c.若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能,则两α粒子的总动能为(　　)
A.(m1+m2-m3)c2+Ek
B.(m3-m1-m2)c2+Ek
C.(m1+m2-2m3)c2
D.(m1+m2-2m3)c2+Ek
7.原子核的比结合能随质量数变化的图像如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.质量数越大的原子核,核子结合得越牢固
BH核比He核稳定
CKr核的结合能大于U核的结合能
D.两个H核结合成He核时释放能量
8.已知中子n的质量是mn=1.008 665 u,质子H的质量是mp=1.007 227 u,氚核H的比结合能E=2.66 MeV,1 u相当于931 MeV.
(1)写出一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程.
(2)计算氚核的质量mT(以原子质量单位表示,保留六位小数).
B组关键能力提升练
9.天然放射现象是1896年法国物理学家贝可勒尔发现的,该研究使人们认识到原子核具有复杂的结构.科学家在研究天然放射现象时发现,铀238核U)放出一个M粒子,同时生成钍234核Th),钍234核也具有放射性,它又能放出一个N粒子,同时生成镤Pa).下列分析正确的是 (　　)
A.M粒子的质量数为4
B.M粒子的核电荷数为1
C.N粒子的质量数为1
D.N粒子的核电荷数为2
10.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列判断正确的是(　　)
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
BBi的原子核比Np的原子核少8个中子
C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
11.(多选)某天然放射性元素,其原子核A连续经过3次α衰变,生成原子核B.已知原子核A的比结合能为E1,质量数为m,原子核B的比结合能为E2,α粒子的比结合能为E3,不计反应前后各原子核的动能,每次衰变均以γ光子向外辐射能量.下列说法正确的是(　　)
A.B核在元素周期表的位置比A核前移6位
B.原子核B的比结合能大于原子核A的比结合能
C.释放出γ光子的总能量为12E3+(m-12)E2-mE1
D.各次衰变都遵循电荷守恒和质量守恒
12.描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线如图所示,由图可知下列说法正确的是 (　　)
A.原子核A比原子核F的比结合能大
B.原子核D比原子核F更稳定
C.由原子核A分裂出原子核B、C的过程一定释放能量
D.由原子核D、E结合出原子核F的过程一定吸收能量
13.已知Ra、RnHe的静止质量分别是226.025 4 u、222.017 5 u、4.002 6 u,u为原子质量单位,且1 u相当于931.5 MeV.当Ra发生α衰变时,下列说法正确的是(　　)
A.Ra的质量等于组成它的核子的质量之和
BRa发生一次α衰变释放的核能为4.936 95 MeV
C.因Ra的比结合能比Rn小,所以Ra比Rn更稳定
D.一个静止的Ra发生一次α衰变,产生的Rn和He的速度之比约为111∶2
14.静止的镭核Ra发生α衰变,释放出的α粒子的动能为E0,假设衰变时能量全部以动能形式释放出来,则衰变过程中总的质量亏损是(　　)
A. B.
C. D.
参考答案
分层作业15　核力与核反应方程
1.C　原子核Th,234表示质量数,即234个核子,90表示核电荷数,即90个质子,故核内中子数为(234-90=144个),故选C.
2.D　核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小,选项A错误;原子核内只有相邻的两个核子间存在核力,选项B错误;核力是强相互作用,可表现为引力,也可表现为斥力,故C错误;弱相互作用是短程力,选项D正确.
3.D　核力是短程力,作用范围在2.0×10-15 m之内,核力在大于0.5×10-15 m时表现为引力,且随距离增大而减小,超过2.0×10-15 m,核力急剧下降几乎消失,而在距离小于0.5×10-15 m时,核力表现为斥力,故A正确;核力具有饱和性和短程性,重核的中子数多于质子数,故B正确;比结合能小的轻核合成比结合能大的原子核,比结合能小的重核分解成比结合能大的原子核时都要发生质量亏损,则一定释放核能,故C正确;原子核的比结合能越大,核子结合得越牢固,原子核越稳定,故D错误.
4.B　X为中子n,X的质量数与H的质量数相同,电荷数为0,A错误,B正确Cu的核子数比Ni的核子数多2,C错误Cu的中子数比Ni的中子数多1,D错误.
5.BC　根据核反应方程的质量数与质子数守恒,那么RnX中X就是He,不是氦原子,故A错误Ra的半衰期为1 620年,6克Ra原子核经过1620年一定有3克发生衰变,故B正确Ra原子核的质量为226.025 4 u,衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 uX原子核的质量为4.002 6 u,依据Ra→X,质量亏损为Δm=226.025 4 u-222.017 5 u-4.002 6 u=0.005 3 u,因1 u相当于931 MeV,则有1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV,故C正确Ra衰变后变成Rn,放出能量,则其比结合能变大,故D错误.
6.D　根据质能方程,质子轰击锂原子释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1+m2-2m3)c2,根据质子加速后的能量为Ek,则两α粒子的总动能E为E=(m1+m2-2m3)c2+Ek,故A、B、C错误,D正确.
7.D　中等质量数的原子核比结合能较大,核子结合得牢固,选项A错误He核的比结合能比H核大,则He核更稳定,选项B错误Kr核的比结合能大于U核的比结合能,但是Kr核的结合能小于U核的结合能,选项C错误;两个H核结合成He核时有质量亏损,则释放能量,选项D正确.
8.答案 (1H+H
(2)3.015 986 u
解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程为H+H.
(2)氚核的结合能为ΔE=3E
一个质子和两个中子结合成氚核的质量亏损为
Δm=
又Δm=mp+2mn-mT
解得mT=3.015 986 u.
9.A　设M的质量数为m,核电荷数为n,则根据守恒条件可得m=4、n=2,故A正确,B错误;设N的质量数为p,核电荷数为q,则根据守恒条件可得p=0、q=-1,故C、D错误.
10.CBi的原子核有209-83=126个中子Np的原子核有237-93=144个中子,则Bi的原子核比Np的原子核少18个中子,选项A、B错误;由于237-209=4x,93-2x+y=83可得x=7,y=4,即衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变,选项C正确,D错误.
11.ABC　设A核的质量数为m,其质子数为Z,α粒子的质量数为4,其质子数为2,静止原子核A经3次α衰变生成原子核B,并释放出γ光子,核反应方程式A→HeB+γ,由核反应方程式,可知B核在元素周期表的位置比A核前移6位,A正确;比结合能越大原子核越稳固,由于核反应的过程中释放能量,生成物比反应物更稳固,所以原子核B的比结合能大于原子核A的比结合能,B正确;A的结合能为mE1,B的结合能为(m-12)E2,根据能量守恒可得释放出γ光子的总能量为Eγ=(m-12)E2-mE1+3×4E3=12E3+(m-12)E2-mE1,C正确;各次衰变都遵循电荷数守恒和质量数守恒,D错误.
12.C　平均质量越小,则比结合能越大,原子核越稳定,则原子核A比原子核F的比结合能小,原子核F比原子核D更稳定,A、B错误;若原子核A分裂成B、C,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,C正确;原子核D、E结合成F,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,D错误.
13.B　原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象就是质量亏损,故A错误Ra发生α衰变释放出核能,一次衰变释放的核能E=(226.025 4-222.017 5-4.002 6)×931.5 MeV=4.936 95 MeV,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Ra的比结合能比Rn小,所以Rn比Ra更稳定,故C错误;由衰变时动量守恒可知Rn和He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Rn和He的速度之比约为2∶111,故D错误.
14.B　镭核发生α衰变的核反应方程式为Ra→Rn,令氦核的质量为m,氡核的质量为M,则根据动量守恒可得mvm=m0vM,其中E0=,所以氡核的动能为EM=E0=E0,根据爱因斯坦质能方程,总的质量亏损为Δm=,故选B.
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