2020高中物理 4.4 核力与结合能 同步练习（粤教版选修3-5）

2020高中物理 4.4 核力与结合能 同步练习（粤教版选修3-5）

‎4.4 核力与结合能 同步练习（粤教版选修3-5） ‎ ‎1．(单选)氦原子核由两个质子与两个中子组成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则这三种力从大到小的排列顺序是( )‎ A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力 解析：选D.由三种力的性质和特点知D项正确．‎ ‎2．(单选)对原子核的组成，下列说法正确的是( )‎ A．核力可使一些中子组成原子核 B．核力可使非常多的质子组成原子核 C．不存在只有质子的原子核 D．质量较大的原子核内一定有中子 解析：选D.由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误，自然界中存在一个质子的原子核，H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．‎ ‎3．(单选)核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( )‎ A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力 B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力 C．核子间存在着强大的核力 D．核子间存在着复杂磁力 解析：选C.核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，就要克服核力作用，故伴随着巨大的能量变化，选C.‎ ‎4．(单选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2020年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )‎ A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能 C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损 D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能 解析：选D.爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．‎ ‎5．(2020年高考江苏卷)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋N→O＋11H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．‎ 解析：根据核反应中质量数和电荷数守恒，可求X粒子质量数和电荷数分别为4和2，所以粒子是He；He粒子轰击静止的N核，说明He粒子具有动量，由动量守恒知，反应后总动量不为零，则系统剩有能量，所以这样的核反应不能发生．‎ 答案：He 不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．‎ 一、单项选择题 ‎1．下列说法中正确的是( )‎ A．质子与中子的质量不等，但质量数相等 B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力 C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同 D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力 解析：选A.质子与中子的质量数相同，各自质量不等，A项正确．粒子之间的核力随距离变化，并不总大于库仑力，故B错．同位素之间核电荷数相同，中子数不同，质量数不相同，故C项错误．核子之间除有万有引力外，还存在核力、库仑力，故D错．‎ ‎2．在下列判断中，正确的是( )‎ A．组成U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用 B．组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用 C．组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用 D．组成U核的质子中任何两个质子之间，都存在不可忽略的核力作用 解析：选C.核力属于短程力，由于组成U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．‎ ‎3．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是( )‎ A．m3c2 B．(m1＋m2)c2‎ C．(m3－m2－m1)c2 D．(m1＋m2－m3)c2‎ 解析：选D.质子和中子结合成原子核氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3.依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2.本题考查质能方程ΔE＝Δmc2的应用．解题关键是该题只要知道质子和中子(统称核子)结合成原子核时，质量有亏损，即m1＋m2>m3，就可迎刃而解．在思考过程中由于对质量亏损理解得不好，容易错选C.‎ ‎4．一个电子(质量为m、电荷量为－e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e)，以相等的初动能Ek相向运动，并撞到一起发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν.若这两个光子的能量都为hν，动量分别为p和p′，下面关系正确的是( )‎ A．hν＝mc2，p＝p′‎ B．hν＝mc2，p＝－p′‎ C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′‎ D．hν＝2(mc2＋Ek)，p＝－p′‎ 解析：选C.根据能量守恒，两电子的动能和释放的核能完全转化为两光子的能量，则有2hν＝2mc2＋2Ek，可得hν＝mc2＋Ek；又由动量守恒得0＝p＋p′.‎ ‎5．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(υe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为υe＋Cl―→Ar＋e，已知Cl核的质量为36.95658 u，Ar核的质量为36.95691 u，e的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( )‎ A．1.33 MeV B．0.82 MeV C．0.51 MeV D．0.31 MeV 解析：选B.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(36.95691＋0.00055－36.95658)×931.5 MeV＝0.82 MeV.‎ ‎6．下列说法中，正确的是( )‎ A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系 C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量 D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒 解析：选B.质能方程反映了物体的能量和质量之间存在正比关系，但它们是不同的物理量，不能相互转化，B正确，A、C错误；核反应中，静止质量和运动质量之和守恒，总能量也守恒，D错误．‎ 二、双项选择题 ‎7．关于核力，下列说法中正确的是( )‎ A．核力是一种特殊的万有引力 B．原子核的任意两个核子间都有核力作用 C．核力是原子核稳定存在的原因 D．核力是一种短程强力作用 解析：选CD.核力是一种强相互作用，是一种短程力，只是相邻的核子间才有这种相互作用．核子之所以能够结合成原子核，正是由于它们之间有核力存在．故正确答案为C、D.‎ ‎8．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是( )‎ A．核子结合为原子核时，一定释放能量 B．核子结合为原子核时，可能吸收能量 C．结合能越大的原子核越稳定 D．比结合能越大的原子核越稳定 解析：选AD.由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．‎ ‎9．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )‎ A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子 B．用能量等于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零 C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零 D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零 解析：选AD.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2 MeV，故D对，B、C错．‎ ‎10．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是H＋n―→H＋γ，以下说法中正确的是( )‎ A．反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B．反应前后的质量数不变，因而质量不变 C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度 D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确 解析：选AC.核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放．故正确答案为A、C.‎ 三、非选择题 ‎11．一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子，已知铀核的质量为3.853131×10－25 kg，钍核的质量为3.786567×10－25 kg，α粒子的质量为6.64672×10－27 kg，在这个衰变过程中释放的能量为多少？(保留两位有效数字)‎ 解析：反应前后的质量发生改变，根据ΔE＝Δmc2可以求解得出结果．‎ 衰变前后质量变化为Δm＝mU－mTh－mα＝(3.853131×10－25－3.786567×10－25－6.64672×10－27) kg≈9.7×10－30 kg 衰变过程中释放的能量为ΔE＝Δmc2＝9.7×10－30×‎ ‎(3×108)2 J≈8.7×10－13 J.‎ 答案：8.7×10－13 J ‎12．已知氮核质量mN＝14.00735 u，氧核质量mO＝17.00454 u，氦核质量mHe＝4.00387 u，质子质量mH＝1.00815 u，试判断核反应：N＋He→O＋H是吸能反应还是放能反应，能量变化多少？‎ 解析：反应前总质量mN＋mHe＝18.01122 u 反应后总质量mO＋mH＝18.01269 u 因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为 ΔE＝Δmc2‎ ‎＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2‎ ‎＝(18.01269－18.01122)×931.5 MeV ‎＝1.37 MeV.‎ 答案：吸能 1.37 MeV