5.3《核力与结合能》筑基提能同步练习高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

试卷更新日期：2024-10-19 类型：同步测试

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一、筑基培根——建立物理观念

1. 氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（）

A、核力、库仑力、万有引力 B、万有引力、库仑力、核力 C、库仑力、核力、万有引力 D、核力、万有引力、库仑力

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2. 关于原子核能，下列说法正确的是（　　）

A、使原子核分解为核子时放出的能量 B、核子结合成原子核时需要供给的能量 C、核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解成核子时放出的能量 D、核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量

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3. 一静止的钠核发生衰变，衰变方程为 $_{11}^{24} N a \to_{12}^{A} M g +_{B}^{0} Y$ ，假设衰变释放的核能全部转化为 $M g$ 和 $Y$ 的动能，下列说法正确的是（　　）

A、 $_{12}^{A} M g$ 与 $_{11}^{24} N a$ 的中子数相同 B、 $N a$ 核的比结合能大于 $M g$ 核的比结合能 C、 $M g$ 核的动量大于Y的动量 D、该衰变与弱相互作用力有关

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4. 如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是（　　）

A、根据图甲可知， ${}_{2}^{4}H e$ 核的结合能约为7MeV B、根据图甲可知， ${}_{92}^{235}U$ 核的结合能比 ${}_{36}^{89}K r$ 核的结合能更大 C、根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能减小 D、根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量

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5. 2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的 $_{84}^{210} Po$ 发生衰变时的核反应方程为 $_{84}^{210} Po \to_{82}^{206} Pb + X$ ，该核反应过程中放出的能量为Q。设 $_{84}^{210} Po$ 的比结合能为 $E_{1}$ ， $_{82}^{206} Pb$ 的比结合能为 $E_{2}$ ， X的比结合能为 $E_{3}$ ，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（　　）

A、在该核反应方程中，X表示电子 B、 $_{84}^{210} Po$ 的比结合能 $E_{1}$ 大于 $_{82}^{206} Pb$ 的比结合能 $E_{2}$ C、由于海水的稀释，放射性物质因浓度降低而导致半衰期变短 D、该核反应过程中亏损的质量 $Δ m = \frac{Q}{c^{2}}$

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6. 2024年2月，我国科学家合成新核素锇160（ ${}_{76}^{160}O s$ ），锇160具有α衰变的放射性．则（　　）

A、锇160发生α衰变需要吸收能量 B、锇160衰变产生的α射线比β射线穿透能力强 C、锇160原子核在经过两个半衰期后还剩75% D、锇160发生α衰变后生成新核的比结合能大于锇160的比结合能

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7. 用中子轰击静止的锂核，核反应方程为 $_{0}^{1} n +_{3}^{6} Li \to_{2}^{4} He + X + γ$ 。已知光子的频率为 $ν$ ，锂核的比结合能为 $E_{1}$ ，氦核的比结合能为 $E_{2}, X$ 核的比结合能为 $E_{3}$ ，普朗克常量为 $h$ ，真空中光速为 $c$ ，下列说法中正确的是（　　）

A、该核反应为 $α$ 衰变 B、 $E_{1} > E_{2}$ C、释放的核能 $Δ E = (4 E_{2} + 3 E_{3}) - 6 E_{1} + h ν$ D、质量亏损 $Δ m = \frac{(4 E_{2} + 3 E_{3}) - 6 E_{1}}{c^{2}}$

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二、能力发展——科学探究与思维

8. 2023年8月24日，日本政府启动福岛核污染水排海作业。在核污染水中含有大量放射性元素 $_{53}^{131} I$ ，其衰变方程为 $_{53}^{131} I \to_{54}^{131} Xe + X$ ， $_{53}^{131} I$ 半衰期为8天，则（　　）

A、X是来自于 $_{53}^{131} I$ 原子的核外电子 B、 $_{54}^{131} Xe$ 比 $_{53}^{131} I$ 的比结合能大 C、温度升高， $_{53}^{131} I$ 的半衰期将变小 D、经过16天，75%的 $_{53}^{131} I$ 原子核发生了衰变

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9. $2023$ 年 $8$ 月 $24$ 日，日本政府不顾周边国家的反对执意向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的放射性物质会对海水产生长久的、风险不可控的污染。如核污水中的 $_{84}^{210} P o$ 具有放射性，其发生衰变时的核反应方程为 $_{84}^{210} P o \to_{82}^{206} P b + X$ ，该核反应过程中放出的能量为 $Q$ 。设 $_{84}^{210} P o$ 的结合能为 $E_{1}$ ， $_{82}^{206} P b$ 的结合能为 $E_{2}$ ， $X$ 的结合能为 $E_{3}$ ，已知光在真空中的传播速度为 $c$ ，则下列说法正确的是（）

A、 $_{82}^{206} P b$ 的比结合能大于 $_{84}^{210} P o$ 的比结合能
B、该核反应过程中放出的能量 $Q = 206 E_{2} + 4 E_{3} - 210 E_{1}$
C、该核反应过程中的质量亏损可以表示为 $m = Q c^{2}$
D、衰变过程中放出的光子是由新原子核从高能级向低能级跃迁产生的

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10. 下列说法正确的是（）

A、光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 B、比结合能越大，原子核越稳定 C、将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期 D、原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损

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11. 在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（ ${}_{Z}^{A}X$ ）发生α衰变放出了一个α粒子。放射出的α粒子（ ${}_{2}^{4}H e$ ）及生成的新核Y在与磁场垂直的平面内做圆周运动。α粒子的运动轨道半径为R，质量为m，电荷量为q。下面说法正确的是（　　）

A、衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹（箭头表示运动方向）正确的是图丙 B、衰变后经过时间 $t = \frac{(A - 4) π m}{(Z - 2) B q}$ 新核Y可能与α粒子再次相遇 C、α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为 $\frac{q^{2} B}{2 π m}$ D、若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为 $Δ m = \frac{A {(B q R)}^{2}}{2 (A - 4) m c^{2}}$

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12. 福岛核污染水中含有60多种放射性核素，例如氚、碳 $- 14$ 等，其中很多放射性核素尚无有效处理技术。其中碘 $- 129$ 衰变生成氙引 $_{54}^{129} X e$ ，半衰期长达 $1.57 \times 1 0^{7}$ 年，将会对环境造成永久性污染。关于碘 $- 129$ ，下列说法正确的是 $($ $)$

A、衰变方程为 $_{53}^{129} I \to_{54}^{129} X e +_{- 1}^{0} e$ B、碘 $- 129$ 制成碘化物后半衰期减小 C、放射性污染物半衰期越长对环境影响越小 D、碘 $- 129$ 衰变过程会释放能量

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三、科学本质——质疑交流与创新

13. 核反应中释放的能量称作反应能，记为Q。反应能与反应前、后粒子的质量有关。 $Q > 0$ 的反应称作放能反应， $Q < 0$ 的反应称作吸能反应。有如下核反应： ${}_{1}^{1}H + {}_{1}^{3}H \to {}_{2}^{3}H e + {}_{0}^{1}n$ ，已知 ${}_{1}^{1}H$ 核、 ${}_{0}^{1}n$ 核、 ${}_{1}^{3}H$ 核、 ${}_{2}^{3}H e$ 核的静止质量分别为 $m_{p} = 1.007276 u$ ， $m_{n} = 1.008665 u$ ， $m_{H - 3} = 3.015501 u$ ， $m_{H e - 3} = 3.014932 u$ ， $u$ 是原子质量单位， $1 u$ 对应的能量为 $931.5 M e V$ 。

(1)、求 ${}_{2}^{3}H e$ 的结合能及比结合能；（计算结果保留两位小数）

(2)、求该反应的反应能Q并判断该反应是吸能反应还是放能反应。（计算结果保留三位小数）

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14. 静止的原子核X，自发发生反应X→Y＋Z，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，这对光子的能量均为E。已知X、Y、Z的质量分别为m₁、m₂、m₃ ，真空中的光速为c，求：

(1)、反应放出的核能ΔE；

(2)、新核Y的动能E_kY。

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15. 太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个 $_{2}^{4} He$ 生成一个 ${}_{6}^{12}C$ ，瞬间释放大量的核能。已知 ${}_{6}^{12}C$ 的质量是 $m_{c} = 12.0000 u$ ， $_{2}^{4} He$ 的质量是 $m_{He} = 4.0026 u$ ， $1 u c^{2} = 931.5 MeV$ ，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）

(1)、写出氦闪时的核反应方程式；

(2)、计算一次氦闪过程释放的能量；

(3)、求 $4kg$ 的 $_{2}^{4} He$ 发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知 $1kg$ 的标准煤燃烧释放的能量约为 $2.9 \times 10^{7} J$ ， $1 MeV = 1.6 \times 10^{- 13} J$ 。

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一、筑基培根——建立物理观念

二、能力发展——科学探究与思维

三、科学本质——质疑交流与创新

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