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文档介绍
2019-2020学年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能课时分层训练含解析 人教版选修3-5
第5节 核力与结合能 「基础达标练」 1.对核力的认识,下列说法正确的是( ) A.任何物体之间均存在核力 B.核力广泛存在于自然界中的核子之间 C.核力只存在于质子之间 D.核力只发生在相距1.5×10-15 m的核子之间,大于0.8×10-15 m为吸引力,而小于0.8×10-15 m为斥力 解析:选D 由核力的特点知道,只有相距1.5×10-15 m以内的核子之间存在核力,核力发生在核子之间,由此知D正确,A、B、C错误. 2.关于核力和结合能,下列说法正确的是( ) A.强力是原子核内部的力,弱力是原子核外部的力 B.强力和弱力都是短程力,其力程均在10-18米之内 C.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性 D.组成原子核的核子越多,它的结合能越低 解析:选C 强力和弱力都是短程力,都是原子核内部的力,强力作用范围在1.5×10-15 m之内,弱力力程在10-18 m之内,A、B错;原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的能量,而组成原子核的核子越多,它的结合能越高,D错误. 3.下列物理学史描述正确的是( ) A.玛丽·居里提出原子的核式结构学说 B.卢瑟福通过α粒子散射实验发现了电子 C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了质子 D.爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据 解析:选D 卢瑟福提出原子的核式结构学说,选项A错误;汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,选项B错误;查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子,选项C错误;爱因斯坦质能方程为核能的开发利用提供了理论依据,选项D正确. 4.为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献,联合国将2005年定为“国际物理年”.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中正确的是( ) A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成反比 B.一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量,表明此过程出现了质量亏损 C.根据ΔE=Δmc2不能计算核反应的能量 D.E=mc2中的E是发生核反应过程中释放的核能 解析:选B E=mc2 6 表明物体具有的能量与其质量成正比,故A错误;一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量,根据爱因斯坦质能方程知,该过程有质量亏损,故B正确;根据ΔE=Δmc2可计算核反应的能量,故C错误;E=mc2中的E是物体蕴含的能量,不是核反应中释放的核能,释放的核能为ΔE=Δmc2,故D错误. 5.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解,核反应方程为γ+D→p+n,若分解后中子、质子的动能可视为相等,则中子的动能是( ) A.[(mD-mp-mn)c2-E] B.[(mD+mn-mp)c2+E] C.[(mD-mp-mn)c2+E] D.[(mD+mn-mp)c2-E] 解析:选C 氘核分解为核子时,要吸收能量,质量增加,本题核反应过程中γ射线的能量E对应质量的增加和中子与质子动能,即E=Δmc2+2Ek=(mp+mn-mD)c2+2Ek,得Ek=[E-(mp+mn-mD)c2]=[(mD-mp-mn)c2+E],故选C. 6.铀原子核发生衰变时衰变方程为U→Th+X,其中U、Th、X的质量分别为m1、m2、m3,光在真空中的传播速度为c,则( ) A.X是电子 B.m1=m2+m3 C.衰变时释放的能量为(m1-m2-m3)c2 D.若提高温度,U半衰期将会变小 解析:选C 根据电荷数守恒、质量数守恒知,X原子核中的电荷数为2,质量数为4,是氦核,故A错误;依据质量亏损,则m1>m2+m3,故B错误;根据爱因斯坦质能方程得,释放的能量ΔE=(m1-m2-m3)c2,故C正确;半衰期的大小与温度无关,故D错误. 7.在能源需求剧增的现代社会,核能作为一种新能源被各国竞相开发利用.核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年,其衰变方程为Pu→X+He+γ,下列有关说法中正确的是( ) A.X原子核中含有92个中子 B.钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力 C.20克的Pu经过48 200年后,还有10克未衰变 D.钚核衰变前的质量大于衰变后X、He核的质量之和 解析:选D 根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为Pu→X+ 6 He+γ,故X的电荷数为92,质量数为235,中子数为143,故A错误;钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子,不带电,具有很强的穿透能力,故B错误;根据半衰期公式:m=m0=20×=20×2=5 g,故C错误;由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量减小,故D正确. 8.4个氢核(H)结合成1个氦核(He),同时释放出正电子(e).已知氢核的质量为mp,氦核的质量为mα,正电子的质量为me,真空中光速为c.计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能. 解析:质量亏损Δm=4mp-mα-2me,根据爱因斯坦质能方程可知,氦核的比结合能为E0==. 答案:4mp-mα-2me 「能力提升练」 9.已知氘核(H)的比结合能为1.1 MeV,氦核(He)的比结合能为2.57 MeV,两个氘核结合成一个氦核的反应方程为H+H→He+n,此核反应( ) A.放出3.31 MeV能量 B.放出5.51 MeV能量 C.放出5.88 MeV能量 D.吸收1.83 MeV能量 解析:选A H+H→He+n; 聚变反应前两个H的总结合能为 E1=1.1×4 MeV=4.4 MeV 反应后生成的氦核的结合能为 E2=2.57×3 MeV=7.71 MeV 所以反应释放的核能ΔE=E2-E1=(7.71-4.4)MeV=3.31 MeV,故A正确,B、C、D错误. 10.钴60是金属元素钴的放射性同位素之一,其半衰期为5.27年.它会通过β衰变放出能量高达315 keV的高速电子而衰变为镍60,同时会放出两束γ射线,其能量分别为1.17 MeV及1.33 MeV.钴60的应用非常广泛,几乎遍及各行各业.在农业上,常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等;在工业上,常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等;在医学上,常用于癌和肿瘤的放射治疗.关于钴60下列说法正确的是( ) A.衰变方程为Co→Ni+e 6 B.利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流 C.钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 D.钴60衰变过程中不会有质量亏损 解析:选A 根据电荷数守恒、质量数守恒,知钴60发生β衰变的衰变方程为Co→Ni+e,故A正确;钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线,故B错误;钴60半衰期太长,且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大,不能作为药品的示踪原子,故C错误;所有衰变都会有质量亏损,故D错误. 11.(多选)下列说法中正确的是( ) A.黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关 B.钍的半衰期为24天,1 g钍(Th)经过120天后还剩0.2 g钍 C.放射性同位素Th经α、β衰变会生成Rn其中经过了3次α衰变和2次β衰变 D.比结合能越大,原子核中核子结合的越牢固,原子核越稳定 解析:选CD 一般物体辐射电磁波的情况与温度有关,还与材料的种类及表面情况有关;但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关,故A错误;钍的半衰期为24天,1 g钍(Th)经过120天后,经历5个半衰期,1 g钍经过120天后还剩m=m05=0.031 25 g,故B错误;Th衰变成Rn,可知质量数少12,电荷数少4,因为经过一次α衰变,电荷数少2,质量数少4,经过一次β衰变,电荷数多1,质量数不变,可知经过3次α衰变,2次β衰变,故C正确;比结合能越大,原子核越稳定,越牢固,故D正确. 12.核反应方程N+H→C+X+ΔE中,N的质量为m1,H的质量为m2,C的质量为m3,X的质量为m4,光在真空中的速度为c,则下列判断正确的是( ) A.X是He,ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2 B.X是He,ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2 C.X是He,ΔE=(m3+m4-m1-m2)c2 D.X是He,ΔE=(m3+m4-m1-m2)c2 解析:选B 根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数m=15+1-12=4,核电荷数z=7+1-6=2,所以X为氦核(He).该反应过程中质量亏损为Δm=m1+m2-m3-m4,所以释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2,故A、C、D错误,B正确. 6 13.三个α粒子结合成一个碳C,已知碳原子的质量为12.000 0 u,氦原子的质量为4.002 6 u.(1 u=1.66×10-27 kg) (1)写出核反应的方程; (2)这个核反应放出的能量是多少焦? (3)这个能量合多少兆电子伏? 解析:(1)3He→C+ΔE. (2)Δm=3×4.002 6 u-12.000 0 u=0.007 8 u Δm=0.007 8×1.66×10-27 kg=1.294 8×10-29 kg ΔE=Δmc2≈1.165×10-12 J. (3)ΔE= eV≈7.28×106 eV=7.28 MeV. 答案:(1)3He→C+ΔE (2)1.165×10-12 J (3)7.28 MeV 14.一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u).(已知1原子质量单位1 u=1.67×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量) (1)写出铀核的衰变反应方程; (2)算出该衰变反应中释放出的核能; (3)若释放的核能全部转化为新核的动能,则α粒子的动能为多少? 解析:(1) U→Th+He. (2)质量亏损:Δm=mU-mα-mTh=0.005 9 u ΔE=0.005 9×931 MeV=5.5 MeV. (3)系统动量守恒,钍核和α粒子的动量大小相等 pTh+(-pα)=0 pTh=pα EkTh= Ekα= EkTh+Ekα=ΔE 所以钍核获得的动能EkTh=·ΔE=×5.5 MeV=0.09 MeV 6 解得Ekα=5.5 MeV-0.09 MeV=5.41 MeV. 答案:(1)U→Th+He (2)5.5 MeV (3)5.41 MeV 6查看更多