2022年高中物理同步講義（人教版選修性必修第3冊）：第21講 核力與結合能（解析版）

第21講核力與結合能目標導航目標導航課程標準課標解讀1.了解原子核的組成和核力的性質。知道四種基本相互作用。2.能根據質量數守恒和電荷守恒寫出核反應方程。1.知道核力的概念、特點和四種基本相互作用。2.了解結合能和比結合能的概念。3.認識原子核的結合能及質量虧損，并能應用質能方程進行相關的計算。知識精講知識精講知識點01核力與四種基本相互作用1．核力：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩(wěn)定的原子核．這種作用稱為強相互作用。2．強相互作用的特點(1)強相互作用是短程力，作用范圍只有約10－15m。(2)距離增大時，強相互作用急劇減?。^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衰變的原因，即引起中子—質子轉變的原因。(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。4．四種基本相互作用【知識拓展】1．核力(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現；(2)核力是短程力，約在10－15m數量級時起作用，距離大于0.8×10－15m時為引力，距離小于0.8×10－15m時為斥力，距離超過1.5×10－15m時核力幾乎消失。(3)核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，而不是與核內所有核子發(fā)生作用。2．四種基本相互作用的作用尺度(1)在原子核內，強相互作用將核子束縛在一起；(2)在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結合成分子，使分子結合成液體和固體；(3)萬有引力主要作用于宏觀和宇宙尺度上，是萬有引力使行星繞著恒星運行，并且聯系著星系團?！炯磳W即練1】下列的若干敘述中，正確的是（）A．玻爾根據光的波粒二象性，大膽提出假設，認為實物粒子也具有波動性B．由黑體輻射強度與波長的關系，溫度越高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移C．將核子束縛在原子核內的核力，是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用D．湯姆遜首先發(fā)現了電子，從而說明原子核內有復雜的結構【答案】C【分析】A．德布羅意根據光的波粒二象性，大膽提出假設，認為實物粒子也具有波動性，選項A錯誤；B．由黑體輻射強度與波長的關系，溫度越高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項B錯誤；C．將核子束縛在原子核內的核力，是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用，選項C正確；D．湯姆遜首先發(fā)現了電子，從而說明原子內有復雜的結構，選項D錯誤。故選C?！炯磳W即練2】科學研究表明，自然界存在四種基本相互作用.我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實質上是屬于A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用【答案】B【分析】分子力作用范圍約在數量級上.強相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在和之內，在分子力作用范圍內強相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范圍內引力相互作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠大于萬有引力，引力相互作用可以忽略不計，因此分子力本質上屬于電磁相互作用.A．引力相互作用，與結論不相符，選項A錯誤；B．電磁相互作用，與結論相符，選項B正確；C．強相互作用和弱相互作用的共同作用，與結論不相符，選項C錯誤；D．四種基本相互作用的共同作用，與結論不相符，選項D錯誤；故選B.知識點02結合能與質量虧損（一）結合能1．結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。2．比結合能：原子核的結合能與核子數之比，叫作比結合能，也叫作平均結合能．比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定．中等大小的核的比結合能最大，最穩(wěn)定。（三）質量虧損1．質能方程：物體的能量與它的質量的關系是：E＝mc2。2．質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子的質量之和的現象?！局R拓展】1.結合能和比結合能結合能把原子核分成核子時吸收的能量或核子結合成原子核時放出的能量比結合能等于原子核的結合能與原子核中核子個數的比值，它反映了原子核的穩(wěn)定程度比結合能曲線不同原子核的比結合能隨質量數變化圖線如圖所示從圖中可看出，中等大小的核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等大小的核的比結合能要小2.質量虧損核能的計算（1）質量虧損Δm的理解：所謂質量虧損，并不是質量消失，而是減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。2．質能方程E＝mc2的理解(1)根據質能方程，物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也寫作ΔE＝Δmc2。(2)運用質能方程時應注意單位．一般情況下，公式中各量都應取國際單位制單位。但在微觀領域，用國際單位制單位往往比較麻煩，習慣上常用“原子質量單位”和“電子伏特”作為質量和能量的單位，1u對應931.5MeV能量?！炯磳W即練3】2021年5月28日，中科院合肥物質研究院的EAST裝置，首次使中國“人造太陽”等離子體的電子溫度達到1.2億度，維持了101秒。已知中國“人造太陽”中的核反應方程是，H的比結合能為1.09MeV，H的比結合能為2.78MeV，由此可知He的比結合能為（）A．7.03MeV B．5.56MeV C．4.36MeV D．3.87MeV【答案】A【分析】設He的比結合能為，根據放能的核反應發(fā)生規(guī)律是：生成物釋放的結合能與反應物吸收的結合能之差，有解得故選A。【即學即練4】下列說法中正確的是（）A．比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能增大，原子總能量減小C．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．放射性元素衰變的快慢不僅與原子核內部自身的因素有關，還跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件有關【答案】A【分析】A．比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固，原子越穩(wěn)定，選項A正確；B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，根據可知，電子的動能減小，原子能級變大，總能量變大，選項B錯誤；C．β射線為原子核內的中子轉化為質子時放出的負電子，選項C錯誤；D．放射性元素衰變的快慢僅與原子核內部自身的因素有關，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關，選項D錯誤。故選A。能力拓展能力拓展考法01質能方程【典例1】靜止在勻強磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質量數為A，電荷數為Z，核X、核Y和α粒子的質量分別為mX、mY和mα，假設核反應過程中釋放的能量全部轉化為α粒子和Y核的動能。α粒子在磁場中運動的半徑為R。則（）A．衰變方程可表示為B．核反應中釋放的核能為（mx-my-mα）c2C．Y核在磁場中運動的半徑為D．Y核的動能為【答案】C【分析】A．根據質量數守恒和電荷數守恒可知，衰變方程為故A錯誤；B．此反應中放出的總能量反應放出的能量不是Y核的結合能，故B錯誤；C．核反應前后系統(tǒng)動量守恒，即新核和α粒子在磁場中做圓周運動時，洛倫茲力提供向心力，有聯立兩式可知核Y和α粒子在磁場中運動的半徑之比α粒子在磁場中運動的半徑為R，所以核Y在磁場中運動的半徑故C正確；D．核X發(fā)生衰變前后，根據能量守恒定律有又由于聯立兩式整理得核Y的動能代入△E可知D錯誤。故選C?？挤?2原子核的結合能與比結合能【典例2】核電池可通過半導體換能器，將放射性同位素衰變過程釋放的能量轉變?yōu)殡娔?。一靜止的核衰變?yōu)楹撕托铝Ｗ?，并釋放出γ光子。已知、的質量分別為、，下列說法正確的是（）A．的衰變方程為B．釋放的核能轉變?yōu)榈膭幽?、新粒子的動能和γ光子能量C．的結合能比的結合能更大D．核反應過程中釋放的核能為【答案】B【分析】A．根據質量數守恒與電荷數守恒可知，的衰變方程為故A錯誤；BD．根據質能方程可知，釋放的核能為釋放的核能轉變?yōu)榈膭幽?、新粒子的動能和γ光子能量，故B正確，D錯誤；C．比的核子數少，則結合能比的結合能小，但的比結合能比的比結合能更大，故C錯誤；故選B。分層提分分層提分題組A基礎過關練1．一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為→＋。下列說法正確的是（）A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經歷的時間D．衰變后α粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量【答案】B【分析】B．衰變過程中滿足動量守恒定律，所以衰變后釷核的動量與α粒子的動量等大反向，故B正確；A．由動能和動量的關系式Ek＝mv2＝可知，由于釷核的質量大于α粒子的質量，所以釷核的動能小于α粒子的動能，故A錯誤；C．半衰期的定義是放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間，并不是其放出一個α粒子所經歷的時間，故C錯誤；D．由于該反應放出能量，所以一定會發(fā)生質量虧損，衰變后α粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，故D錯誤。故選B。2．下列對物理知識的理解正確的有（）A．射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住B．動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等C．放射性元素釙的半衰期為138天，的釙經276天，已發(fā)生衰變的質量為D．質子、中子、粒子的質量分別為、、，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子釋放的能量是【答案】A【分析】A．射線在空氣中的射程只有幾厘米，只要一張紙就能擋住。故A正確；B．根據德布羅意波長計算表達式，有質子的質量大于電子的質量，當它們動能相等時，質子的動量大于電子，所以質子的德布羅意波長比電子小。故B錯誤；C．放射性元素釙的半衰期為138天，的釙經276天，發(fā)生兩次衰變，質量變?yōu)樵瓉淼乃姆种?，已發(fā)生衰變的質量為。故C錯誤；D．質子、中子、粒子的質量分別為、、，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子釋放的能量是。故D錯誤。故選A。3．1919年，盧瑟福發(fā)現了質子，其核反應方程為：。該核反應過程中吸收的能量為Q。設X粒子的比結合能為E1，氮核的比結合能為E2，氧核的比結合能為E3，則下列說法正確的是（）A．在核反應過程中，X表示粒子B．核反應過程中吸收的能量可以表示為C．核反應過程中的質量虧損可以表示為D．若X粒子以動能Ek轟擊靜止的，若Ek=Q，則該核反應可以發(fā)生【答案】B【分析】A．根據核反應中，質量數守恒與電荷數守恒，可知X表示粒子，A錯誤；B．比結合能為：原子核的結合能與核子數比，單獨核子無結合能，則有解得B正確；C．由愛因斯坦方程解得又故C錯誤；D．若X粒子以動能Ek轟擊靜止的，說明X粒子具有動量，由動量守恒可知，反應后的總動量不為零，生成物也具有動量，故也有動能，該生成物的動能為Ek1，則有Ek1+Q>Ek，D錯誤。故選B。4．下列說法錯誤的是（）A．液晶一種特殊的化合物，具有各向異性B．非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，但有確定的熔化熱C．核力是短程力，與核子間的距離有關，可為引力也可為斥力D．在完全失重狀態(tài)下，一固定容器中裝有能浸潤其器壁的液體時，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體將會沿器壁流散【答案】B【分析】A．液晶一種特殊的化合物，具有各向異性，所以A正確，不符合題意；B．非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也沒有確定的熔化熱，所以B錯誤，符合題意；C．核力是短程力，與核子間的距離有關，可為引力也可為斥力，所以C正確，不符合題意；D．在完全失重狀態(tài)下，一固定容器中裝有能浸潤其器壁的液體時，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體將會沿器壁流散，所以D正確，不符合題意；故選B。5．“玉兔號”月球車上有一種小型核能電池，以提供月球車長時間處于黑夜工作時需要的電能，核能電池中核反應方程為，下列說法正確的是（）A．X是中子 B．X的電離能力比粒子強C．該核反應為重核的裂變反應 D．的比結合能比的比結合能大【答案】D【分析】A．根據電荷數守恒和質量數守恒可知X為β粒子（即電子），故A錯誤；B．β粒子的電離能力比α粒子弱，故B錯誤；C．該反應為重核的β衰變，故C錯誤；D．核反應生成物比反應物穩(wěn)定，則比穩(wěn)定，所以的比結合能比的比結合能大，故D正確。故選D。6．下列說法正確的是（）A．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減小B．光電效應能否發(fā)生取決于光照強度的強弱C．平均結合能越大，原子核越穩(wěn)定D．射線是原子的核外電子電離后形成的電子流【答案】C【分析】A.半衰期與溫度無關，放射性物質的溫度升高，半衰期不變，故A錯誤；B.光電效應能否發(fā)生取決于光的頻率，無光的強度無關，故B錯誤；C.比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，故C正確；D.射線是原子的核內中子分裂成的，故D錯誤。故選C。7．有關原子核方面的知識，下列說法正確的是（）A．比結合能越大，原子核越穩(wěn)定B．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減小C．射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．所有的核反應都存在質量虧損【答案】A【分析】A．比結合能越大原子核越穩(wěn)定，故A正確；B．半衰期是由放射性元素本身決定的，壓力、溫度對放射性元素的半衰期沒有影響，故B錯誤；C．β射線的本質是原子核內部一個中子變成一個質子和電子產生的，故C錯誤；D．放出能量的核反應存在質量虧損，吸收能量的核反應存在質量增加，故D錯誤。故選A。8．近代物理和相應技術的發(fā)展，極大地改變了人類的生產和生活方式推動了人類文明與進步。關于近代物理知識下列說法正確的是（）A．若氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應，則氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光有可能使該金屬發(fā)生光電效應B．查德威克預言了中子的存在，盧瑟福通過實驗發(fā)現了中子C．玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規(guī)律，其局限性在于保留了經典粒子的觀念D．釙（）是氡（）的衰變產物之一，故釙（）的比結合能大于氡（）的比結合能【答案】D【分析】A．氫原子從能級躍遷至時輻射的光子能量大于從躍遷至輻射的光子能量，故A錯；B．盧瑟福預言了中子的存在，查德威克發(fā)現了中子，故B錯；C．玻爾理論只成功解釋了氫原子光譜規(guī)律，故C錯；D．衰變產物新核更穩(wěn)定，比結合能更大，故D對。故選D。9．下列說法正確的是（）A．湯姆孫通過α粒子散射實驗，提出了原子具有核式結構B．一群處于n=4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生4種譜線C．結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定D．在核反應中，質量數和電荷數都守恒【答案】D【分析】A．盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子具有核式結構，故A錯誤；B．一群處于n=4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生種譜線，故B錯誤；C．比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故C錯誤；D．在核反應中，質量數和電荷數都守恒，故D正確。故選D。10．在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核（原子序數較大）發(fā)生了一次α衰變．放射出的α粒子（）在與磁場垂直的平面內做圓周運動，其半徑為R．以m、q分別表示α粒子的質量和電荷量，以M表示新核的質量．設該衰變過程釋放的核能都轉化為α粒子和新核的動能．則下列說法正確的是A．新核做圓周運動的半徑一定大于RB．若α粒子在磁場中做逆時針的圓周運動，則新核在磁場中做順時針的圓周運動C．該衰變過程的質量虧損為M－mD．該衰變過程的質量虧損為【答案】D【分析】A.因為衰變前原子核靜止，根據動量守恒可知，衰變后產生的新核和α粒子總動量為零，動量大小相等，方向相反，根據可知，新核帶電量大，新核半徑小，所以新核做圓周運動的半徑一定小于R，A錯誤．B.因為新核和α粒子運動方向相反，而都帶正電，根據左手定則可以判斷兩粒子圓周運動方向相同，B錯誤．CD.根據可知，α粒子的動量，所以反應釋放能量：，根據愛因斯坦方程，聯立上式解得：．C錯誤，D正確．題組B能力提升練1．運動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的質量分別是M、m，α粒子的動能為E，真空中的光速為c，α粒子的速度遠小于光速。則在上述核反應中的質量虧損是（）A． B．EC．E D．E【答案】B【分析】核反應中動量守恒，有mvα=MvXα粒子的動能為根據能量守恒得由愛因斯坦質能方程得聯立解得故選B。2．核能作為一種新能源在現代社會中已不可缺少．核泄漏中的钚是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高患癌癥的風險。已知钚的一種同位素的半衰期為24100年，其衰變方程為，下列有關說法正確的是（）A．X原子核中含有90個質子B．100個經過24100年后一定還剩余50個C．由于衰變時釋放巨大能量，根據，衰變過程總質量增加D．衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力【答案】D【分析】A．根據電荷數守恒、質量數守恒知，設X的電荷數為m，質量數為n，則解得X的電荷數為92，質量數為235，則有92質子，A錯誤；B．半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，B錯誤；C．由于衰變時釋放巨大能量，根據衰變過程總質量減小，C錯誤；D．衰變發(fā)出的γ放射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。故選D。3．放射性的應用非常廣泛，幾乎遍及各行各業(yè)。在農業(yè)上，常用于輻射育種、刺激增產、輻射防治蟲害和食品輻照保藏與保鮮等；在醫(yī)學上，常用于腫瘤的放射治療。一個發(fā)生核反應放出一個粒子后衰變成一個，并輻射出光子。已知的半衰期為5.27年，該反應中、粒子、的質量分別為、、。下列說法正確的是（）A．核反應中釋放的能量為B．核反應中釋放出的光子的電離能力比粒子強C．光子的能量越高，其頻率越大，動量越大D．若有16個原子核，經過5.27年后一定剩下8個原子核【答案】C【分析】A．根據質能方程可知核反應中釋放的能量為（m1-m2-m3）c2，故A錯誤；B．根據三種射線的特點與穿透性，可知光子的穿透本領比粒子強，故B錯誤；C．光子能量越高，由可知，對應的頻率越高，由知，對應的波長越短，由得，對應的動量越大，故C正確；D．半衰期具有統(tǒng)計意義，對少數的原子沒有意義，故D錯誤。故選C。4．關于原子核中的核力與結合能，下列說法中正確的是（）A．核力是短程力，作用范圍在內，核力比庫侖力小得多B．原子核中，質子與質子間有核力，質子與中子間沒有核力C．結合能是指由核子構成原子核時而具有的能量D．比結合能越大，表示原子核中的核子結合得越牢固【答案】D【分析】A．核力是短程力，作用范圍在內，核力比庫侖力大得多，A錯誤；B．原子核中，核子（質子或中子）與相鄰的核子間都有核力作用，B錯誤；C．結合能是指由核子構成原子核時釋放的能量，C錯誤；D．比結合能越大，表示原子核中的核子結合得越牢固，D正確。故選D。5．關于天然放射現象，以下敘述正確的是（）A．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減小B．有6個放射性元素的原子核，當有3個發(fā)生衰變所需的時間就是該元素的半衰期C．在α、β衰變中伴隨產生γ射線，衰變前后的核子數不變但存在質量虧損D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（）的過程中，要經過8次α衰變和10次β衰變【答案】C【分析】A．半衰期由原子核本身決定，與溫度無關，故A錯誤；B．半衰期是針對大量原子核而言才具有的規(guī)律，故B錯誤；C．在α、β衰變中伴隨產生γ射線，衰變前后的核子數不變，因為衰變釋放能量，根據可知，反應前后存在質量虧損，故C正確；D．由質量數守恒知經過8次α衰變，再由電荷數守恒知可知經過6次β衰變，故D錯誤。故選C。6．不同原子核的比結合能是不一樣的，如圖所示是按照實際測量結果畫的原子核的比結合能曲線，由此可知下列說法正確的是（）A．發(fā)生重核裂變時只會吸收能量，發(fā)生輕核聚變時只會放出能量B．兩個核聚變結合成核的過程會放出能量C．、、三者相比，的比結合能最大D．核的結合能大于核的結合能，因此核更穩(wěn)定【答案】B【分析】A．發(fā)生重核裂變時，核子的比結合能變大，會放出能量，同樣輕核聚變時，核子的比結合能變大，也會放出能量，A錯誤；B．兩個核聚變結合成核的過程，比結合能變大，會放出能量，B正確；C．由圖像可知，、、三者相比，的比結合能最大，C錯誤；D．雖然核的結合能大于核的結合能，但核的比結合能小于核的比結合能，因此核更穩(wěn)定，D錯誤。故選B。7．一個氘核和一個氚核發(fā)生核反應生成一個氦核的反應方程是，此反應過程產生的質量虧損為。已知阿伏伽德羅常數為NA，真空中的光速為c。若1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應生成氦，則在這個核反應中釋放的能量為（）A． B． C． D．【答案】A【分析】根據質能方程，一個氘核和一個氚核發(fā)生核反應，放出的能量為因此1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應，釋放的能量為故選A。8．下列說法正確的是（）A．比結合能越大，原子核越穩(wěn)定B．通過加壓升溫等方法可以改變原子核的半衰期C．Np經衰變后變成Bi，此過程一共發(fā)生了7次α衰變和3次β衰變D．根據玻爾理論，氫原子從低能級躍遷到高能級時，核外電子的動能與氫原子的能量均減小【答案】A【分析】A．比結合能越大，將核子分解需要的能量越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，A正確；B．半衰期由核內部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學狀態(tài)無關，B錯誤；C．設經過x次α衰變和y次β衰變，根據質量數守恒和電荷數守恒可得解得C錯誤；D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從低能級躍遷到高能級時，吸收能量，原子的能量增大，核外電子的軌道半徑增大；根據庫侖力提供向心力可知電子的動能減少，D錯誤。故選A。9．下列對于原子核的理解，正確的是（）A．射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住B．原子核的結合能越大，原子核越穩(wěn)定C．放射性元素針的半衰期為138天，的釙經276天，已發(fā)生衰變的質量為D．質子、中子、粒子的質量分別為、、，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子，釋放的能量是【答案】A【分析】A．射線的電離最強，穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住，故A正確；B．原子核的比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，故B錯誤；C．放射性元素針的半衰期為138天，的釙經276天，還剩下則已發(fā)生衰變的質量為，故C錯誤；D．質子、中子、粒子的質量分別為、、，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子，由愛因斯坦質能方程可知，釋放的能量是故D錯誤。故選A。10．下列關于近代物理知識的描述中，正確的是（）A．光電效應中，光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比B．在天然放射現象中，產生的射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的C．氧的半衰期為3.8天，10個氡核經過3.8天一定會有5個發(fā)生衰變D．兩個質子和兩個中子結合成，若釋放的核能為，則的比結合能為【答案】D【分析】A．由愛因斯坦光電效應方程可知光電子的最大初動能與入射光子的頻率是一次函數關系，A錯誤；B．衰變中產生的射線實際上是原子核內的中子轉變成質子釋放出的電子，B錯誤；C．半衰期是對大量的原子核滿足統(tǒng)計規(guī)律，對少數的原子核沒有任何意義，C錯誤；D．比結合能指的是結合能與核子數之比，兩個質子和兩個中子結合成，釋放的核能為，則的結合能為，比結合能為，D正確。故選D。題組C培優(yōu)拔尖練1．太陽的能量來源是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，核聚變反應可以看作是4個氫核（H）結合成1個氦核同時放出2個正電子。下表中列出了部分粒子的質量（取1u=×10－26kg）：粒子名稱質子（p）α粒子正電子（e）中子（n）質量/u1.00734.00150.000551.0087以下說法正確的是（）A．核反應方程為4H→He＋2eB．4個氫核結合成1個氦核時的質量虧損約為0.0266kgC．4個氫核結合成1個氦核時的質量虧損約為4.43×10－29kgD．聚變反應過程中釋放的能量約為4.0×10－12J【答案】ACD【分析】A．由核反應的質量數守恒及電荷數守恒得4H→He＋2e，A正確；BC．反應中的質量虧損為B錯誤，C正確；D．由質能方程得D正確。故選ACD。2．一個靜止的原子核發(fā)生衰變，核反應中放出的能量為，其方程為，假設釋放的能量全都轉化為新核和的動能，其中的速度為，以下結論正確的是（）A．原子核的動能與原子核的動能之比為B．原子核的速度大小為C．原子核和原子核的質量之和比原子核的質量大D．和的結合能之和一定大于的結合能【答案】AD【分析】AB．靜止的原子核發(fā)生衰變的過程中動量守恒，設的速度大小為，根據動量守恒定律得解得根據動能和動量關系可知，動量相等動能與質量成反比，即原子核的動能與原子核的動能之比為故A正確，B錯誤；C．由于該反應的過程中釋放能量，所以原子核和原子核的質量之和比原子核的質量小，故C錯誤；D．由于該反應的過程中釋放能量，所以和的結合能之和一定大于的結合能，故D正確。故選AD。3．核能作為一種新能源在現代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設。核泄漏中的钚（Pu）是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高患癌癥的風險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X+He+，下列有關說法正確的是（）A．X原子核中含有92個質子B．100個Pu經過24100年后一定還剩佘50個C．由于衰變時釋放巨大能量，則衰變過程總質量增加D．衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力【答案】AD【分析】A．根據電荷數守恒、質量數守恒知，設X的電荷數為m，質量數為n，則解得X的電荷數為92，質量數為235，則有92質子，A正確；B．半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，B錯誤；C．由于衰變時釋放巨大能量，根據衰變過程總質量減小，C錯誤；D．衰變發(fā)出的γ放射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。故選AD。4．下列有關近代物理內容的敘述，正確的是（）A．氫原子要從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，只能輻射特定頻率的光子B．結合能越大，原子核越穩(wěn)定C．的半衰期是5天，12g經過15天后還有1.5g未衰變D．放射性元素放射出的、和三種射線中，電離能力最強的是射線【答案】AC【分析】A．根據玻爾氫原子模型的相關理論，電子軌道和能量都是量子化的，而在“躍遷”過程中要遵循h(huán)ν=Em－En故只能輻射特定頻率的光子，故A正確；B．比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，結合能越大，原子核不一定穩(wěn)定，故B錯誤；C．的半衰期是5天，12g經過15天后，發(fā)生3次衰變，則還有1.5g未衰變，故C正確；D．α射線是高速的氦核粒子流，β射線是高速的電子流，γ射線是能量很高的電磁波（不帶電），在三種射線中，α射線的電離能力最強，穿透能力最弱；γ射線不帶電，沒有電離能力，但穿透能力最強，故D錯誤。故選AC。5．靜止的原子核X，分裂成運動的新核Y和Z，同時產生能量均為E向相反方向運動的2個光子。已知X、Y、Z的質量分別為m1、m2、m3，光速為c，下列說法正確的是（）A．反應放出的核能B．反應放出的核能C．新核Y的動能D．新核Y的動能【答案】AD【分析】AB．反應的質量虧損為放出的核能選項A正確，B錯誤；CD．根據動量守恒定律知，初狀態(tài)總動量為零，則末狀態(tài)兩個新核的動量大小相等，方向相反，有m2v2=m3v3根據知根據能量守恒得，新核Y的動能選項C錯誤，D正確。故選AD。6．2021年4月13日，日本政府以“沒有更好的選擇”為理由，正式決定向海洋排放逾125萬噸福島核電站內儲存的對生物和環(huán)境有害的核廢水，引發(fā)鄰國及國際社會普遍質疑和批評。這些核廢水中含有大量的以及等放射性核素，的半衰期大約為12.5年，則（）A．發(fā)生衰變的衰變方程為（其中X為某新核）B．的平均結合能小于的平均結合能C．核廢水排放到海水中，可以減小放射性元素的半衰期D．100個經過12.5年后一定還剩余50個【答案】AB【分析】A．衰變是釋放出電子，所以發(fā)生衰變的衰變方程為（其中X為某新核），故A正確；B．由原子核的平均結合能的曲線可知，的平均結合能小于的平均結合能，故B正確；C．半衰期與外界環(huán)境無關，只與原子核本身有關，故C錯誤；D．衰變是概率統(tǒng)計，并非絕對，所以100個經過12.5年后不一定還剩余50個，故D錯誤。故選AB。7．2021年4月13日日本政府不計后果決定將福島核廢水排放入海，引起國際社會的共同譴責，核廢水即使經處理，但還是含有氚、鍶-90、銫-137、碘-129等放射性元素，核廢水一旦排海將在57天內擴散至太平洋大半個區(qū)域，10年后蔓延至全球海域。其中是最具危害的放射性元素，半衰期為30年。它能通過衰變放射出射線，并衰變?yōu)樾潞耍帽硎酒湓胤?。其下列說法正確的是（）A．銫發(fā)生衰變的衰變方程為B．20個銫核發(fā)生衰變時，經過60年，一定還有5個銫核未發(fā)生衰變C．銫發(fā)生衰變時，射線來自原子核外的電子電離而產生D．的比結合能比大【答案】AD【分析】A．根據衰變方程的質量數和電荷數守恒，可得銫發(fā)生衰變的衰變方程為A正確；B．衰變是概率統(tǒng)計，并非絕對，所以20個銫核發(fā)生衰變時，經過60年，不一定還有5個銫核未發(fā)生衰變，B錯誤；C．衰變方程中的電子來自于銫的一個中子轉化為一個質子同時生成一個電子，C錯誤；D．衰變過程中，釋放出核能，故可的比結合能比大，D正確。故選AD。8．原子核的比結合能與質量數的關系圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．核比核更穩(wěn)定B．結合能越大，質量數越大，原子核越穩(wěn)定C．核比核結合能小，比結合能大D．結合能是核子結合成原子核而具有的能量【答案】AC【分析】A．由圖可知核比核的比結合能大，比結合能越大，越穩(wěn)定，則核比核更穩(wěn)定，故A正確；B．結合能與質量數之比越大，則原子核越穩(wěn)定，結合能越大，質量數越大，他們之比不一定大，故B錯誤；C．核的結合能為核的結合能結合題圖可得核比核結合能小，比結合能大，故C正確；D．原子核的結合能等于把其完全分解成自由核子所需的最小能量，故D錯誤。故選AC。9．以下說法正確的是（）A．原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長的光子，已知。那么原子從a能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收波長為的光子B．質子、中子、粒子的質量分別為m1、m2、m3。質子和中子結合成一個α粒子，釋放的能量是：（m1+m2-m3）c2C．盧瑟福通過實驗發(fā)現了質子的核反應方程為：He+N→O+HD．射線的穿透能力最弱，只能穿出一張紙【答案】ACD【分析】A．已知λ1＞λ2，所以γ1