2020高中物理4.4 核力与结合能 每课一练（粤教版选修3-5）

2020高中物理4.4 核力与结合能 每课一练（粤教版选修3-5）

‎4.4 核力与结合能 每课一练（粤教版选修3-5） ‎ ‎1．氦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、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．(双选)关于核力，下列说法中正确的是( )‎ A．核力是电磁力的一种，是核子中电荷间的相互作用 B．核力就是分子力，都属于短程力 C．只有相邻核子之间才存在核力的作用 D．核子间的距离大于0.8×10－15 m时核力表现力引力，距离小于0.8×10－15 m时核力表现为斥力，超过1.5×10－15 m时核力急剧下降几乎消失 ‎3．下列关于原子核中质子和中子的说法中正确的是( )‎ 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，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在 ‎4．一个中子和一个质子能结合成氘核，结合这一事实，下列说法正确的是( )‎ A．核子结合成原子核时，一定要放出能量 B．核反应中放出的电磁波，可称之为X射线 C．发生这一反应的过程中，出现了质量亏损，因此核反应前后质量数不守恒 D．这一核反应的过程中，有质量转化为能量，因此总能量增加 ‎5．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是发生的核反应中释放的核能 ‎6．一个氘核H质量为m1，一个氚核H质量为m2，它们结合成一个质量为m3的氦核．核反应方程如下：H＋H→He＋X.在这一核反应过程中释放的能量为ΔE.已知光速为c，则以下判断正确的是( )‎ A．X是质子 B．X是正电子 C．X的质量为m1＋m2－m3‎ D．X的质量为m1＋m2－m3－ ‎7．一个质子和一个中子结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )‎ A．核反应方程是H＋n→H＋γ B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3‎ C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2‎ D．γ光子的波长λ＝ ‎8．对结合能，平均结合能的认识，下列正确的是( )‎ A．除H外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 ‎9．原来静止的原子核X，质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3‎ ‎，已测得α粒子的速度垂直磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是( )‎ A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为 B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为 C．此衰变过程中的质量亏损为m1－m2－m3‎ D．此衰变过程中释放的核能为 题 号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ 答 案 ‎10.历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子H轰击静止的X，生成两个动能均为8.9 MeV的He.(1 MeV＝1.6×10－13 J)‎ ‎(1)上述核反应方程为________________________________________；‎ ‎(2)质量亏损为________kg.‎ ‎11．已知氮核质量mN＝14.007 53 u，氧核质量mO＝17.004 54 u，氦核质量mHe＝4.003 87 u，质子质量mH＝1.008 15 u，试判断核反应＋He→＋H是吸能反应还是放能反应？能量变化是多少？(1 u＝931.5 MeV)‎ ‎12．太阳中能量来源的一种途径是4个质子和两个电子结合成一个α粒子，并释放能量．若质子的质量mp＝1.007 277 u，电子的质量me＝0.000 549 u，α粒子质量mα＝4.001 50 u，则上述该反应释放的能量为多少eV？(1 u＝1.66×10－27 kg)‎ ‎13．一个锂Li受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知一个氦原子核的质量是6.646 6×10－27 kg，一个锂原子核的质量是1.165 06×10－26 kg，一个氢原子核的质量是1.673 6×10－27 kg，‎ ‎(1)试写出这一过程的核反应方程；‎ ‎(2)计算这一过程中的质量亏损；‎ ‎(3)计算这一过程中所释放的核能．‎ ‎14.已知Po原子核质量为209.982 87 u，Pb原子核的质量为205.974 46 u，He原子核的质量为4.002 60 u，静止的Po核在α衰变中放出α粒子后变成Pb，求：‎ ‎(1)在衰变过程中释放的能量．‎ ‎(2)α粒子从Po核中射出的动能．‎ ‎(3)反冲核的动能(已知核反应释放的能量只转化为动能)．‎ ‎15.H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u，求：‎ ‎(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？‎ ‎(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？‎ ‎(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？‎ 参考答案 ‎1．D [核子间的核力最大，万有引力最小，D正确．]‎ ‎2．CD [由核力的特点知只有C、D正确．]‎ ‎3．D [自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．因此选项D正确．]‎ ‎4．A [考查原子物理中核反应的各种守恒规律及对质能方程的理解．由质量数守恒知，C错；由能量守恒知，D错；核反应中放出的是γ射线，B错．]‎ ‎5．D [E＝mc2中c为光速，所以物体具有的能量E与其质量成正比，A正确；ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能，B正确；一个中子和一个质子结合成氘核，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损，C正确；E＝mc2中，E是指物体所具有的能量，ΔE＝Δmc2中，ΔE是核反应中发生质量亏损释放的核能，D错误．]‎ ‎6．D [由电荷数守恒知，X的质子数为0，由质量数守恒知，X的质量数为1，故X为中子，设X的质量为m，反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m)c2，则X的质量为m1＋m2－m3－，故选项D正确．]‎ ‎7．B [根据该反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：H＋n→H＋γ，故选项A错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故选项B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故选项C错误；由E＝知，γ光子的波长λ＝，故选项D错误．]‎ ‎8．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选项正确，B选项错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C选项错误，D选项正确．]‎ ‎9．CD [原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2.由题知X核原先静止，则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等，由R＝，知RY∶Rα＝qα∶qY＝2∶(Z－2)，故B项错误；而周期之比由T＝，知TY∶Tα＝×＝，故A项错误；该过程质量亏损Δm＝m1－(m2＋m3)，故C项正确；由Ek＝知Y核的动能EkY＝，则释放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝，故D项正确．]‎ ‎10．(1)H＋X→He＋He或H＋Li→He＋He ‎(2)3.1×10－29 kg 解析 (1)H＋X→He＋He 或H＋Li→He＋He ‎(2)Δmc2＝E末－E初 Δm＝＝ kg ‎≈3.1×10－29 kg ‎11．吸能反应 1.2 MeV 解析 反应前总质量mN＋mHe＝18.011 40 u 反应后总质量mO＋mH＝18.012 69 u 质量增加，为吸能反应，所吸收的能量为 ΔE＝Δmc2‎ ‎＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV ‎＝1.2 MeV.‎ ‎12．2.68×107 eV或(2.67×107 eV也对)‎ 解析 根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2.只要求出质量亏损就可以求出释放的能量．‎ 解法一 核反应前的质量是4mp＋2me，核反应后的质量是mα，质量亏损为 Δm＝(4mp＋2me)－mα＝0.028 71 u 释放的能量为ΔE＝Δmc2‎ ‎＝ eV ‎＝2.68×107 eV 解法二 释放的能量为ΔE＝0.028 71×931.5 MeV＝26.7 MeV＝2.67×107 eV ‎13．(1)Li＋H→2He (2)3.1×10－29 kg ‎(3)2.79×10－12 J 解析 (1)这一过程的核反应方程为：‎ Li＋H→2He ‎(2)质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα ‎＝11.650 6×10－27 kg＋1.673 6×10－27 kg－2×6.646 6×10－27 kg＝3.1×10－29 kg ‎(3)释放核能ΔE＝Δmc2＝3.1×10－29×(3×108)2 J＝2.79×10－12 J ‎14．(1)5.412 MeV (2)5.309 MeV ‎(3)0.103 MeV 解析 (1)衰变方程Po→Pb＋He 衰变过程中质量亏损为 Δm＝209.982 87 u－205.974 46 u－4.002 60 u＝0.005 81 u 反应过程中释放的能量为 ΔE＝0.005 81×931.5 MeV＝5.412 MeV ‎(2)因衰变前后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反．而p＝mv＝‎ 则＝ 即mαEkα＝mPbEkPb 又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故 Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.412 MeV 所以α粒子从钋核中射出的动能Ekα＝5.309 MeV ‎(3)反冲核即铅核的动能EkPb＝0.103 MeV ‎15．(1)放出；7.97MeV (2)7.97MeV；2.66MeV ‎(3)1.92×1021Hz 解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是H＋2n→H，反应前各核子总质量为 mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u ‎＝3.024 607 u，‎ 反应后新核的质量为 mH＝3.016 050 u，‎ 质量亏损为 Δm＝3.016 050 u－3.024 607 u＝－0.008 557 u.‎ 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量．‎ 释放的核能为 ΔE＝0.008 557×931.5 MeV＝7.97 MeV.‎ ‎(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97 MeV，‎ 它的比结合能为＝2.66 MeV.‎ ‎(3)放出光子的频率为 ν＝＝ Hz＝1.92×1021 Hz.‎