高中物理人教版 (2019)選擇性必修第三冊(cè)3 核力與結(jié)合能隨堂練習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【題型1 核力特點(diǎn)】
\l "_Tc25206" 【題型2 結(jié)合能】
\l "_Tc9103" 【題型3 比結(jié)合能】
\l "_Tc6522" 【題型4 質(zhì)量虧損】
\l "_Tc10925" 【題型5 核能釋放】
\l "_Tc2094" 【題型6 綜合問題】
\l "_Tc22177" 【題型7 對(duì)比問題】
\l "_Tc24590" 【題型8 聯(lián)系實(shí)際】
【題型1 核力特點(diǎn)】
【例1】核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化，這是因?yàn)? )
A．原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電荷間存在很大的庫(kù)侖力
B．核子具有質(zhì)量且相距很近，存在很大的萬(wàn)有引力
C．核子間存在著強(qiáng)大的核力
D．核子間存在著復(fù)雜的磁力
答案：C
解析：核子間存在著強(qiáng)大的核力，故核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化，答案為C．
【變式1-1】下列關(guān)于核力與核能的說(shuō)法正確的是（）
A．核力是引起原子核β衰變的原因
B．原子核中所有核子單獨(dú)存在時(shí)的質(zhì)量總和大于該原子核的質(zhì)量
C．核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，任意兩個(gè)核子之間都存在核力作用
D．原子核的結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定
【答案】B
【解析】弱相互作用是引起原子核衰變的原因，故A錯(cuò)誤；核子結(jié)合成原子核時(shí)釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，故B正確；核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，只有相鄰的兩個(gè)核子之間存在核力作用，故C錯(cuò)誤；原子核的平均結(jié)合能越大，原子核中核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))就越小，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤。
故選B。
【變式1-2】下列說(shuō)法正確的是（）
A．原子核的質(zhì)量越大，比結(jié)合能越小
B．居里夫人通過(guò)粒子轟擊鋁原子核，首次發(fā)現(xiàn)了中子
C．核力屬于強(qiáng)相互作用，原子核內(nèi)，核力比庫(kù)侖力小
D．比結(jié)合能小的原子核變成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能
【答案】D
【解析】比結(jié)合能為原子核的結(jié)合能與核子數(shù)的比值，中等大小的核的比結(jié)合能最大，也最穩(wěn)定，A錯(cuò)誤；
B．查德威克在粒子轟擊鈹核實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了中子，B錯(cuò)誤；核力是強(qiáng)相互作用，原子核尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多，C錯(cuò)誤；比結(jié)合能小的原子核變成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，放出核能，D正確。故選D。
【變式1-3】關(guān)于核力，下列說(shuō)法正確的是（）
A．核力的作用范圍只有約mB．核力本質(zhì)上屬于電磁相互作用
C．中子和中子之間不會(huì)有核力作用D．核力減小是發(fā)生衰變的原因
答案：A
解析：核力是短程力，作用范圍在原子核內(nèi)部，作用范圍只有約m，選項(xiàng)A正確；核力屬于強(qiáng)相互作用，不屬于電磁相互作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；核力存在于核子之間，質(zhì)子與質(zhì)子，質(zhì)子與中子，中子與中子之間均存在核力，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；弱相互作用才是引起衰變的原因，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A。
【題型2 結(jié)合能】
【例2】目前人類探索太空需要用核電池對(duì)探測(cè)器提供電能和熱能，某“核電池”是利用放射性元素钚238（）發(fā)生衰變釋放的能量工作，其衰變方程為，钚238的半衰期為88年，下列說(shuō)法正確的是（）
A．m=92，n=4，比的中子數(shù)多4
B．的結(jié)合能小于與的結(jié)合能之和
C．400個(gè)钚238經(jīng)過(guò)176年還剩下100個(gè)
D．若改變238钚的溫度、濃度及其所受的壓力，它的半衰期將會(huì)改變
【答案】B
【解析】與的中子數(shù)之差為 A錯(cuò)誤；衰變釋放能量，的結(jié)合能小于與的結(jié)合能之和，B正確；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少量不適用，C錯(cuò)誤；半衰期與溫度、濃度及其所受的壓力無(wú)關(guān)，它的半衰期不會(huì)改變，D錯(cuò)誤。故選B。
【變式2-1】（多選）原子比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列說(shuō)法正確的有（）
A．比結(jié)合能大于，所以可以裂變成而放出核能
B．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定
C．比更穩(wěn)定，結(jié)合能更大
D．平均核子質(zhì)量小于
【答案】BD
【解析】比結(jié)合能大于，所以可以通過(guò)聚變成釋放能量，故A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故B正確；比比結(jié)合能更大，更穩(wěn)定，但結(jié)合能小于結(jié)合能，故C錯(cuò)誤；比結(jié)合能大，所以平均核子質(zhì)量小，故D正確。故選BD。
【變式2-2】2021年4月，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究團(tuán)隊(duì)首次合成新核素鈾，并在重核區(qū)首次發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的質(zhì)子-中子相互作用導(dǎo)致粒子形成的概率顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象。以下說(shuō)法正確的是（）
A．鈾核發(fā)生核反應(yīng)方程為，是核裂變反應(yīng)
B．若靜止的鈾核發(fā)生衰變，產(chǎn)生的新核速度方向與粒子速度方向可能相同
C．產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，將發(fā)射出射線
D．新核（）的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能
【答案】C
【解析】鈾核發(fā)生核反應(yīng)的方程為此反應(yīng)為衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若靜止的軸核發(fā)生衰變，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知產(chǎn)生的新核速度方向與粒子速度方向相反，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，將發(fā)射出射線，選項(xiàng)C正確；新核（）的比結(jié)合能大于鈾核的比結(jié)合能，新核（）的結(jié)合能小于鈾核的結(jié)合能。D錯(cuò)誤。故選C。
【變式2-3】（多選）具有放射性，靜止的發(fā)生α衰變時(shí)，產(chǎn)生同時(shí)伴有γ光子射出。若核、核和α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，下列說(shuō)法正確的是（）
A．的結(jié)合能為(m1-m2-m3)c2
B．高溫高壓可加快的衰變
C．用威爾遜云室探測(cè)放出的射線，α射線的徑跡直而清晰，γ射線的徑跡幾乎看不到
D．射出的γ光子是的能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的
【答案】CD
【解析】(m1-m2-m3)c2是核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量，或者是結(jié)合能的增量，并不是的結(jié)合能，A錯(cuò)誤；高溫高壓無(wú)法改變半衰期，所以無(wú)法加快的衰變，B錯(cuò)誤；威爾遜云室利用過(guò)飽和蒸汽探測(cè)射線，α射線電離能力強(qiáng)，易使蒸汽凝結(jié)而形成徑跡，故徑跡直而清晰，γ射線電離能力很弱，幾乎看不到徑跡，C正確；反應(yīng)后新原子核處于較高能級(jí)，向低能級(jí)躍遷而射出γ光子，D正確。故選CD。
【題型3 比結(jié)合能】
【例3】下列說(shuō)法正確的是( )
A．光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動(dòng)量
B．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定
C．將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會(huì)改變放射性元素的半衰期
D．原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損
解析：選A 光子像其他粒子一樣，不但具有粒子性，而且也有波動(dòng)性，則不但具有能量，也具有動(dòng)量，故A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒有任何關(guān)系，只和本身性質(zhì)有關(guān)，C錯(cuò)誤；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，故D錯(cuò)誤。
【變式3-1】(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有( )
A.eq \\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14 MeV
B.eq \\al(4,2)He核比eq \\al(6,3)Li核更穩(wěn)定
C．兩個(gè)eq \\al(2,1)H核結(jié)合成eq \\al(4,2)He核時(shí)釋放能量
D.eq \\al(235, 92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq \\al(89,36)Kr核中的大
解析：選BC 由題圖可知，eq \\al(4,2)He的比結(jié)合能為7 MeV，因此它的結(jié)合能為7 MeV×4＝28 MeV，A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，表明原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合題圖可知B正確；兩個(gè)比結(jié)合能小的eq \\al(2,1)H核結(jié)合成比結(jié)合能大的eq \\al(4,2)He時(shí)，會(huì)釋放能量，C正確；由題圖可知，eq \\al(235, 92)U的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)比eq \\al(89,36)Kr的小，D錯(cuò)誤。
【變式3-2】重核裂變的一個(gè)核反應(yīng)方程為eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋xeq \\al(1,0)n，已知eq \\al(235, 92)U、eq \\al(136, 54)Xe、eq \\al(90,38)Sr的比結(jié)合能分別為7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，則( )
A.該核反應(yīng)方程中x＝3
B.eq \\al(235, 92)U的中子數(shù)為143
C.該核反應(yīng)中質(zhì)量增加
D.eq \\al(235, 92)U的比結(jié)合能比eq \\al(136, 54)Xe小，eq \\al(235, 92)U比eq \\al(136, 54)Xe更穩(wěn)定
答案 B
【變式3-3】(多選)鈾核裂變的一種方程為eq \\al(235, 92)U＋X→eq \\al(94,38)Sr＋eq \\al(139, 54)Xe＋3eq \\al(1,0)n，已知原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法中正確的有( )
A.X粒子是中子
B.X粒子是質(zhì)子
C.eq \\al(235, 92)U、eq \\al(94,38)Sr、eq \\al(139, 54)Xe相比，eq \\al(94,38)Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定
D.eq \\al(235, 92)U、eq \\al(94,38)Sr、eq \\al(139, 54)Xe相比，eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大，最穩(wěn)定
答案 AC
解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)題圖可知eq \\al(235, 92)U、eq \\al(94,38)Sr、eq \\al(139, 54)Xe相比，eq \\al(94,38)Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量數(shù)最大，結(jié)合能最大，比結(jié)合能最小，最不穩(wěn)定，C正確，D錯(cuò)誤.
【題型4 質(zhì)量虧損】
【例4】科學(xué)研究表明，香煙會(huì)釋放一種危險(xiǎn)的放射性元素釙（），如果每天抽2包香煙，一年后累積的輻射量相當(dāng)于400次胸透的輻射量。的半衰期是138天，可以連續(xù)發(fā)生一次α衰變和一次β衰變后產(chǎn)生新核X。下列說(shuō)法正確的是（）
A．制做香煙時(shí)可以通過(guò)升高溫度減小的半衰期，從而減小輻射對(duì)人體的傷害
B．吸煙時(shí)因?yàn)榘l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以的半衰期會(huì)減小
C．發(fā)生衰變時(shí)，會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損
D．新核X的中子數(shù)是206，電荷數(shù)是83
【答案】C
【解析】半衰期是由原子核內(nèi)部自身的因素決定的，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，AB錯(cuò)誤；發(fā)生衰變時(shí)，會(huì)放出能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知有質(zhì)量虧損，C正確；連續(xù)發(fā)生一次α衰變和一次β衰變后產(chǎn)生新核X的質(zhì)量數(shù)為206，電荷數(shù)為83，則新核X的中子數(shù)為123，D錯(cuò)誤。故選C。
【變式4-1】1932年，考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中，鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核，隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)原子核，核反應(yīng)方程為eq \\al(7,3)Li＋eq \\al(1,1)H―→eq \\al(A,Z)Be―→2X。已知eq \\al(1,1)H、eq \\al(7,3)Li、X的質(zhì)量分別為m1＝1.007 28 u、m2＝7.016 01 u、m3＝4.001 51 u，光在真空中的傳播速度為c，則在該核反應(yīng)中( )
A．質(zhì)量虧損Δm＝4.021 78 u
B．釋放的核能ΔE＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(m1＋m2－2m3))c2
C．鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5
D．X表示的是氚原子核
解析：選B 根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知方程為eq \\al(7,3)Li＋eq \\al(1,1)H―→eq \\al(8,4)Be―→2eq \\al(4,2)He，則Z＝4，A＝8，鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4，X表示的是氦核，故C、D錯(cuò)誤；核反應(yīng)質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－2m3＝0.020 27 u，則釋放的核能為ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2，故A錯(cuò)誤，B正確。
【變式4-2】(多選)一靜止的氡核(eq \\al(222, 86)Rn)發(fā)生了如下的核反應(yīng)eq \\al(222, 86)Rn→eq \\al(218, 84)P＋eq \\al(4,2)He，在反應(yīng)后放出一個(gè)速度為v0、質(zhì)量為m的氦核(eq \\al(4,2)He)和一個(gè)質(zhì)量為M的反沖核釙(eq \\al(218, 84)P)，若氡核發(fā)生衰變時(shí)，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為氦核和釙的動(dòng)能，則下列說(shuō)法正確的是( )
A.該反應(yīng)中氡核eq \\al(222, 86)Rn發(fā)生的是α衰變
B.反應(yīng)后產(chǎn)生的新核釙eq \\al(218, 84)P的比結(jié)合能小于反應(yīng)前氡核eq \\al(222, 86)Rn的比結(jié)合能
C.氡的同位素eq \\al(220, 86)Rn和反應(yīng)物氡eq \\al(222, 86)Rn相比少了兩個(gè)中子，因此它們的化學(xué)性質(zhì)不同
D.該反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)量虧損Δm＝eq \f(?M＋m?mv02,2Mc2)
答案 AD
解析由核反應(yīng)方程eq \\al(222, 86)Rn→eq \\al(218, 84)P＋eq \\al(4,2)He可知，該反應(yīng)中氡核eq \\al(222, 86)Rn發(fā)生的是α衰變，故A正確；由于氡核衰變的過(guò)程中釋放能量，根據(jù)比結(jié)合能與能量的關(guān)系可知，釙核的比結(jié)合能大于氡核的比結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)，則氡的同位素eq \\al(220, 86)Rn和反應(yīng)物氡eq \\al(222, 86)Rn相比少了兩個(gè)中子，由于是同種元素，所以它們的化學(xué)性質(zhì)相同，故C錯(cuò)誤；由題意可知，釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為氦核和釙核的動(dòng)能，由動(dòng)量守恒可知，氦核和釙核的動(dòng)量相同，根據(jù)Ek＝eq \f(p2,2m)，則釋放的核能ΔE＝eq \f(m2v02,2m)＋eq \f(m2v02,2M)＝eq \f(mv02?m＋M?,2M)，由愛因斯坦質(zhì)能方程可得Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(mv02?m＋M?,2Mc2)，故D正確.
【變式4-3】如圖所示是原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象，下列說(shuō)法正確的是( )
A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量
B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定要吸收能量
C．若C、B能結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量
D．若F、C能結(jié)合成B，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量
答案：A
解析：D、E平均核子質(zhì)量大于F平均核子質(zhì)量，D、E結(jié)合成F，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，要釋放能量，A對(duì)，B錯(cuò)；C、B結(jié)合成A，F(xiàn)、C結(jié)合成B都是質(zhì)量增加，結(jié)合過(guò)程要吸收能量，C、D錯(cuò)．
【題型5 核能釋放】
【例5】2021年12月30日，中科院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在7000萬(wàn)攝氏度的高溫下實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行。若某次聚變反應(yīng)是4個(gè)氫核H結(jié)合成1個(gè)氦核He，同時(shí)釋放出正電子e。已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，則此次核反應(yīng)釋放的能量為（）
A．（4mp-mα-me）c2B．（4mp-mα-2me）c2
C．（4mp+mα-me）c2D．（4mp+mα-2me）c2
【答案】B
【解析】核聚變方程為根據(jù)質(zhì)能方程，可知核反應(yīng)釋放的能量
故選B。
【變式5-1】用粒子加速器加速后的質(zhì)子轟擊靜止的鋰原子核，生成兩個(gè)動(dòng)能均為 8.919 MeV的α粒子(eq \\al(4,2)He)，其核反應(yīng)方程式為：eq \\al(1,1)H＋eq \\al(7,3)Li―→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(4,2)He。已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007 825 u，鋰原子核的質(zhì)量為7.016 004 u，α粒子的質(zhì)量為4.002 603 u,1 u相當(dāng)于931 MeV。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動(dòng)能，則入射質(zhì)子的動(dòng)能約為( )
A．0.5 MeV B．8.4 MeV
C．8.9 MeV D．17.3 MeV
解析：選A 該反應(yīng)放出能量ΔE＝(1.007 825 u＋7.016 004 u－2×4.002 603 u)×931 MeV/u≈17.34 MeV，入射質(zhì)子的動(dòng)能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，故A正確。
【變式5-2】現(xiàn)有钚的同位素原子核靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該離子沿與磁場(chǎng)垂直的方向放出粒子以后，變成鈾的一個(gè)同位素原子核，同時(shí)放出一個(gè)能量為的光子（已知钚核質(zhì)量，鈾核質(zhì)量，粒子的質(zhì)量為，，下列說(shuō)法正確的是（）
A．該核反應(yīng)屬于裂變反應(yīng)
B．此過(guò)程的核反應(yīng)方程為
C．若不計(jì)光子的動(dòng)量，則粒子與鈾核在該磁場(chǎng)中的回轉(zhuǎn)半徑之比
D．若不計(jì)光子的動(dòng)量，鈾核的動(dòng)能約為0.071MeV
【答案】D
【解析】該核反應(yīng)屬于衰變，故A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，知該過(guò)程核反應(yīng)方程為故B錯(cuò)誤；設(shè)衰變后，鈾核速度為，粒子的速度為，根據(jù)動(dòng)量守恒有由可得故C錯(cuò)誤；由能量守恒定律知，鈾核與粒子的總動(dòng)能結(jié)合
有解得故D正確。故選D。
【變式5-3】(多選)在某些恒星內(nèi)，3個(gè)α粒子結(jié)合成1個(gè)eq \\al(12, 6)C核，eq \\al(12, 6)C原子的質(zhì)量是12.000 0 u，eq \\al(4,2)He原子的質(zhì)量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg.則下列說(shuō)法正確的是(1 u相當(dāng)于931 MeV)( )
A．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0.078 u
B．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1.29×10－29 kg
C．反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7.26 MeV
D．反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1.16×10－19 J
答案：BC
解析：由題意可得核反應(yīng)方程為3eq \\al(4,2)He→eq \\al(12, 6)C.則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u≈1.29×10－29 kg，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12 J．因?yàn)橘|(zhì)量虧損1 u相當(dāng)于931 MeV，所以ΔE＝0.007 8×931 MeV＝7.26 MeV.故B、C正確．
【題型6 綜合問題】
【例6】2020年12月4日，新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置（HL-2M）在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電，該裝置是中國(guó)目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是中國(guó)新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置。我國(guó)重大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。核聚變反應(yīng)的方程為；。已知氘核的質(zhì)量為，比結(jié)合能為E，中子的質(zhì)量為，反應(yīng)中釋放的核能為，光速為c，下列說(shuō)法正確的是（）
A．要使該聚變反應(yīng)發(fā)生，必須克服兩氘核間巨大的核力 B．反應(yīng)產(chǎn)物x為
C．x核的質(zhì)量為 D．x的比結(jié)合能為
答案：D
解析：要發(fā)生聚變反應(yīng)，兩個(gè)原子核要足夠近，故需要克服兩氘核間巨大的庫(kù)侖斥力，A錯(cuò)誤；.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知x的質(zhì)量數(shù)為3，電荷數(shù)為2，所以反應(yīng)產(chǎn)物x應(yīng)為，B錯(cuò)誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程得到解得C錯(cuò)誤；根據(jù)解得D正確。故選D。
【變式6-1】(多選)下列說(shuō)法正確的是( )
A．一束光照射到某種金屬表面上不能發(fā)生光電效應(yīng)，如果增加光照的強(qiáng)度，則有可能發(fā)生光電效應(yīng)
B．β射線的本質(zhì)是電子流，所以β衰變是核外的一個(gè)電子脫離原子而形成的
C．由玻爾理論可知一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí)可以輻射3種頻率的光子
D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，該原子核的比結(jié)合能增加
答案 CD
解析能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，則一束光照射到某種金屬表面上不能發(fā)生光電效應(yīng)，如果增加光照的強(qiáng)度，則也不能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；β射線的本質(zhì)是電子流，β衰變是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)放出的電子，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由玻爾理論可知一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí)可以輻射Ceq \\al(2,3)＝3種頻率的光子，選項(xiàng)C正確；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核時(shí)，放出核能，比結(jié)合能增加，故D正確．
【變式6-2】（多選）太陽(yáng)內(nèi)部不斷發(fā)生著核聚變反應(yīng)并釋放出大量的能量，若聚變核反應(yīng)為，同時(shí)，核反應(yīng)中放出波長(zhǎng)為的光子，該光子射到逸出功為的金屬板上，打出的光電子最大初動(dòng)能為，已知光速為c，普朗克常量為h，則（）
A．波長(zhǎng)為的光子能量為
B．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能
C．核反應(yīng)產(chǎn)生的中子具有很強(qiáng)的穿透能力，可以用來(lái)工業(yè)探傷
D．波長(zhǎng)為的光子的頻率為
【答案】AB
【解析】根據(jù)，而，則入射光子的能量為，故A正確；反應(yīng)過(guò)程放出能量，說(shuō)明產(chǎn)物的能量低，更穩(wěn)定，而比結(jié)合能越大，越穩(wěn)定，說(shuō)明的核子比結(jié)合能小于的比結(jié)合能，故B正確；射線具有很強(qiáng)的穿透能力，可以用來(lái)工業(yè)探傷，而不是中子，所以C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能為：。所以光子的頻率故D錯(cuò)誤。故選AB。
【變式6-3】1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。若某次碰撞可看作對(duì)心正碰,α粒子初速度v0,碰后釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,新核與質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng),且垂直磁場(chǎng)方向,通過(guò)分析偏轉(zhuǎn)半徑可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為 1∶17。
(1)寫出核反應(yīng)方程;
(2)求出質(zhì)子的速度大小(質(zhì)子、中子的質(zhì)量均為m);
(3)求出新核與質(zhì)子的質(zhì)量和比α粒子與氮核的質(zhì)量和小多少。
解析:(1)由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可得核反應(yīng)方程為 714N+24He→ 817O+11H。
(2)α粒子、新核的質(zhì)量分別為4m、17m,質(zhì)子的速度為v,選取α粒子的速度方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律得4mv0=17m×v17+mv,解得v=2v0。
(3)核反應(yīng)中放出的核能為
ΔE=12×17m×(v17)2+12mv2-12×4mv02。
由愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE=Δmc2
聯(lián)立解得Δm=2mv0217c2。
答案:(1) 714N+24He→ 817O+11H (2)2v0 (3)2mv0217c2
【題型7 對(duì)比問題】
【例7】截止到2022年9月份，用來(lái)儲(chǔ)存福島核廢水的儲(chǔ)存罐將會(huì)全部用完，日本已經(jīng)確定將福島第一核電站核污水排入大海。核廢水中包含氘、鈷60、鍶90、碘129、鈾235等60多種高污染核素，這些放射性物質(zhì)直接排入大海，會(huì)對(duì)太平洋周邊海域造成極大的危害。氚經(jīng)過(guò)β衰變放出的電子被人體吸入是有害的，其他核素的半衰期更長(zhǎng)，危害更大，例如鍶90的半衰期約為28年，碘129的半衰期約為1570萬(wàn)年，這些核素與海洋生物具有很強(qiáng)的親和力，對(duì)人類具有很強(qiáng)的危害性。下列判斷正確的是（）
A．氚的β衰變方程為
B．β衰變的實(shí)質(zhì)為
C．鈷60的比結(jié)合能小于碘129的比結(jié)合能
D．溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度增加，鈾235的半衰期會(huì)縮短
答案：B
解析：由原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒可知，氚的β衰變方程為A錯(cuò)誤；β衰變的實(shí)質(zhì)為核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，轉(zhuǎn)化方程是B正確；中等大小的核的比結(jié)合能較大，因此鈷60的比結(jié)合能大于碘129的比結(jié)合能，C錯(cuò)誤；放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)，所以鈾235的半衰期不會(huì)改變，D錯(cuò)誤。
故選B。
【變式7-1】下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的是( )
A．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能
B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大
C．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大
D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大
解析:選D 核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確．
【變式7-2】（多選）已知、、的靜止質(zhì)量分別是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u為原子質(zhì)量單位，且1u相當(dāng)于931.5MeV。當(dāng)發(fā)生α衰變時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）
A．的質(zhì)量等于組成它的核子的質(zhì)量之和
B．發(fā)生一次衰變釋放的核能為4.93695MeV
C．因的比結(jié)合能比小，所以比更穩(wěn)定
D．一個(gè)靜止的發(fā)生一次衰變，產(chǎn)生的和的速度之比約為111：2
答案：BC
解析：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，因?yàn)楹俗咏M合成原子核時(shí)強(qiáng)力做正功釋放能量，故A錯(cuò)誤；發(fā)生α衰變釋放出核能，一次衰變釋放的核能E=(226.0254－222.0175－4.0026)×931.5MeV＝4.93695MeV故B正確；原子核的比結(jié)合能越大，說(shuō)明把它分成單個(gè)的核子需要賦予更多的能量，因此原子核更穩(wěn)定，的比結(jié)合能比小，所以更穩(wěn)定，故C正確；由衰變時(shí)動(dòng)量守恒可知，和的速度之比為兩者質(zhì)量的反比，質(zhì)量之比約為質(zhì)量數(shù)之比，故和的速度之比約為2∶111，故D錯(cuò)誤。故選BC。
【變式7-3】（多選）鈾核裂變的一種方程為，已知原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法中正確的有（）
A．X粒子是中子
B．X粒子是質(zhì)子
C．相比，的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定
D．相比，的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大
【答案】ACD
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，X為中子，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像可知，的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大。故CD正確。故選ACD。
【題型8 聯(lián)系實(shí)際】
【例8】如圖所示，某軋鋼廠的熱軋機(jī)上安裝了一個(gè)射線測(cè)厚儀，探測(cè)器探測(cè)到的射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān)。已知測(cè)厚儀采用放射性同位素作為放射源，發(fā)生衰變時(shí)放出射線和射線，半衰期為74天，適合透照厚度在之間的鋼板，下列說(shuō)法正確的是（）
A．探測(cè)器探測(cè)到的射線增強(qiáng)，說(shuō)明鋼板的厚度增加
B．192 g放射性同位素經(jīng)過(guò)148天全部完成衰變
C．若衰變產(chǎn)生的新核用X表示，則的衰變方程為
D．的比結(jié)合能比衰變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能大
【答案】C
【解析】探測(cè)器探測(cè)到的射線增強(qiáng)，說(shuō)明鋼板的厚度減小，A錯(cuò)誤；192 g放射性同位素經(jīng)過(guò)，148天（2個(gè)半衰期），剩余的質(zhì)量為原來(lái)的，B錯(cuò)誤；衰變的實(shí)質(zhì)是核里的一個(gè)中子放出一個(gè)電子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，反應(yīng)過(guò)程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，衰變方程為，C正確；核反應(yīng)方程式中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定，與之對(duì)應(yīng)的是衰變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能比寫的比結(jié)合能大，D錯(cuò)誤。
故選C。
【變式8-1】考古學(xué)上利用“碳鐘”，也就是利用來(lái)推測(cè)古文物產(chǎn)生的年代。已知的衰變產(chǎn)物中有穩(wěn)定的，的半衰期為年，下列說(shuō)法正確的是（）
A．的衰變方程為
B．該衰變過(guò)程中原子核內(nèi)減少一個(gè)中子
C．一個(gè)核發(fā)生衰變釋放的核能為為原子的質(zhì)量，為光速
D．已經(jīng)死亡年的古樹中不會(huì)含有原子
【答案】B
【解析】的衰變屬于衰變，其衰變方程為 A錯(cuò)誤；衰變的本質(zhì)是
該衰變過(guò)程中原子核內(nèi)減少一個(gè)中子，新生成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，B正確；一個(gè)核發(fā)生衰變釋放的核能為，C錯(cuò)誤；半衰期是放射性元素的特征參量，對(duì)于而言，年為兩個(gè)半衰期，已經(jīng)死亡年的古樹遺骸中的含量為原來(lái)的，D錯(cuò)誤。故選B。
【變式8-2】中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是第四代核能系統(tǒng)的優(yōu)選堆型，采用钚（）作燃料，在堆心燃料钚的外圍再生區(qū)里放置不易發(fā)生裂變的軸（），钚-239裂變釋放出的快中子被再生區(qū)內(nèi)的鈾-238吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)殁?239，鈾-239極不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)衰變，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊念?239，從而實(shí)現(xiàn)核燃料的“增殖”。下列說(shuō)法正確的是（）
A．鈾-239轉(zhuǎn)變?yōu)轭?239，經(jīng)過(guò)了3次衰變
B．鈾-239發(fā)生衰變過(guò)程中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量也守恒
C．鈾-239發(fā)生衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子
D．钚（）裂變生成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，钚核的比結(jié)合能大于生成的兩個(gè)核的比結(jié)合能
【答案】C
【解析】鈾-239轉(zhuǎn)變?yōu)轭?239，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加，電荷增加2，則經(jīng)過(guò)了2次衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；鈾-239發(fā)生衰變過(guò)程中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)也守恒，由于反應(yīng)放出能量，則由質(zhì)量虧算，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；鈾-239發(fā)生衰變，實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，選項(xiàng)C正確；钚（）裂變生成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，反應(yīng)放出核能，生成的新核更加穩(wěn)定，則钚核的比結(jié)合能小于生成的兩個(gè)核的比結(jié)合能，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。
【變式8-3】核電池是各種深空探測(cè)器中最理想的能量源，它不受極冷極熱的溫度影響，也不被宇宙射線干擾。钚-238同位素溫差電池的原理是其發(fā)生衰變時(shí)將釋放的熱能轉(zhuǎn)化為電能。已知钚-238的半衰期為88年，其衰變方程為。下列說(shuō)法正確的是（）
A．衰變放出的射線是高速氦核流，它的貫穿能力很強(qiáng)
B．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能
C．的核子平均質(zhì)量小于的核子平均質(zhì)量
D．钚-238在極高壓下可加速衰變，其半衰期可小于88年
【答案】B
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可判斷X是He，氦核流的貫穿能力很弱，電離能力很強(qiáng)，故A錯(cuò)誤；比更穩(wěn)定，則比結(jié)合能更大，故B正確；因?yàn)獒尫拍芰?，存在質(zhì)量虧損，所以的核子平均質(zhì)量小于，故C錯(cuò)誤；原子核半衰期與外界環(huán)境無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤。故選B。

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