2020版高中物理 19. 5 核力与结合能分层达标训练 新人教版选修3-5

2020版高中物理 19. 5 核力与结合能分层达标训练 新人教版选修3-5

‎2020版高中物理 19. 5 核力与结合能分层达标训练 新人教版选修3-5 ‎ ‎【课堂训练】‎ ‎1.的核由6个质子与6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 ‎2.关于结合能，下列说法正确的是( )‎ A.核子结合成原子核时，需吸收能量 B.核子结合成原子核时，需释放能量 C.不同的核子结合成原子核时，需吸收的能量相同 D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值 ‎3.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )‎ A.原子核中质子数和中子数一定相等 B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C.原子核都是非常稳定的 D.由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在 ‎4.质子的质量为mp,中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核时放出的能量应为( )‎ A.(mp+mn-m)c2 B.(mp+mn)c2‎ C.mc2 D.(m-mp)c2‎ ‎【课后巩固】‎ ‎1.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.核子间存在着复杂的磁力 ‎2.对结合能、平均结合能的认识，下列说法正确的是( )‎ A.一切原子核均具有结合能 B.自由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.平均结合能越大的原子核越稳定 ‎3.计算结合能时以u为单位比较方便，关于u的下列说法正确的是( )‎ A.1 u≈1.66×10‎‎-27kg B.1 u等于碳12质量的112‎ C.1 u相当于931.5 MeV的能量 D.u是一个核子的质量 ‎4.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 ‎5.下列关于平均结合能的说法正确的是( )‎ A.核子数越多，平均结合能越大 B.核子数越多，平均结合能越小 C.结合能越大，平均结合能越大 D.平均结合能越大，原子核越稳定 ‎6.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量的数量级为( )‎ A‎.1036 ‎kg B‎.1018 kg C‎.1013 kg D‎.109 kg ‎7.三个α粒子结合成一个核，已知的质量为12.000 0 u，氦原子核的质量为4.002 6 u。‎ ‎(1)写出核反应方程。‎ ‎(2)这个核反应放出的能量为多少焦？(c=3.0×‎108 m/s)‎ ‎(3)释放出的能量合多少电子伏？‎ ‎8.钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态*和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知、和α粒子的质量分别为mPu=239.052 1 u、mU=235.043 9 u和mα=4.002 6 u ‎1 u=931.5 MeV ‎(1)写出衰变方程；‎ ‎(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。‎ 答案解析 ‎【课堂训练】‎ ‎1.【解析】选D。核力是强相互作用力，是它将核子束缚在原子核内;库仑力如果大于核力,原子核内质子就不能存在于这么小的范围内;万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略;所以A、B、C错,选D。‎ ‎2.【解析】选B、D。 结合能是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，故选项B、D正确。‎ ‎3.【解析】选D。原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制地增大，故D正确。‎ ‎4.【解析】选A。根据质量亏损和质能方程可知选项A正确。‎ ‎【课后巩固】‎ ‎1.【解析】选C。只有核子间存在着强大的核力，才伴随着巨大的能量变化。因为功是能量转化的量度，有巨大的能量变化，就得做功多，所以选C。‎ ‎2.【解析】选D。氢原子核只有一个质子，无结合能，结合能并不是原子核所具有的能量,故A错；自由核子结合为原子核时，放出能量，故B错；平均结合能越大的原子核越稳定，故C错，D正确。‎ ‎3.【解析】选A、B、C。u是原子质量单位，1 u等于碳12质量的，A、B正确；质量亏损1 u，相当于减少931.5 MeV的能量，C正确；一个核子的质量不是1 u，D错。‎ ‎4.【解析】选A、D。氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量应大于其结合能2.2 MeV，故A对；若光子能量大于2.2 MeV，则多余的能量用来增加质子和中子的动能。故总动能也不为零。故D对，B、C错。故正确答案为A、D。‎ ‎5.【解析】选D。由不同原子核的平均结合能随质量数的变化图象可知，中等质量的核平均结合能较大，故A、B、C错误；平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确。‎ ‎6.【解析】选D。根据ΔE=Δmc2，解得=4.4×‎109 kg，D选项正确。‎ ‎7.【解题指南】解答本题应把握以下两点：‎ ‎(1)书写核反应方程时注意质量数和电荷数守恒。‎ ‎(2)根据质量亏损和质能关系求解核反应释放的能量。‎ ‎【解析】(1)‎ ‎(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) (2)1.165×10-12 J (3)7.28 MeV ‎8.【解析】(1)衰变方程为:‎ 或合起来有: +γ ‎(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm=mPu-mU-mα 放出的能量为:ΔE=Δmc2‎ 该能是铀核的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和,即ΔE=EU+‎ Eα+Eγ 所以有：EU+Eα=(mPu-mU-mα)c2-Eγ 设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒得mUvU=mαvα 又由动能的定义得：‎ ‎［(mPu-mU-mα)c2-Eγ］‎ 代入数据得:Eα=5.034 MeV 答案：(1) (2)5.034 MeV ‎【总结提升】求解核能问题的方法 ‎(1)参与核反应的粒子组成的系统,在核反应中满足动量守恒定律,若开始时系统动量为零,反应后生成两种粒子,便可以得到核反应后两粒子的动量大小相等,方向相反的结论。那么由同一种状态下粒子的动量与动能的关系可知,动能之比等于质量的反比,得出两动能关系。(2)如果反应发生在磁场中,反应后离子的速度方向垂直于磁场,它们将做匀速直线运动,还可以得到半径与电荷量成反比这一结论。由于核反应过程中系统遵循能量守恒,而质量亏损释放的能量,往往转化为粒子的动能,则又可根据核能和动能之和列出方程。也就是说这类题目可以涉及动量守恒定律、圆周运动中牛顿定律、能量守恒定律等诸多知识点，要注意知识的综合运用。 ‎