2019-2020学年高中物理第19章原子核第5节核力与结合能课后限时作业含解析 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第19章原子核第5节核力与结合能课后限时作业含解析 人教版选修3-5

第5节 核力与结合能 ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒 B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量 C．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应 D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应 C　解析　当自由核子结合成原子核时，一定存在质量亏损，核反应前后一般存在质量的变化，若质量减少则放出能量，反之吸收能量，由此知选项C正确．‎ ‎2．(多选)关于原子核的结合能与比结合能，下列说法正确是(　　)‎ A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功 B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功 C．比结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量 D．不同原子核的比结合能不同，重核的比结合能比轻核的比结合能大 ABC　解析　原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，原子核的结合能与核子数之比称为比结合能．不同原子核的比结合能不同，重核的比结合能比中等质量核的比结合能要小，轻核的比结合能比中等质量核的比结合能要小，综上所述，选项A、B、C正确．‎ ‎3．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是(　　)‎ A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm B．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2‎ C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量 D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与原子核的质量之差就是Δm ABD　解析　一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，选项B正确；某原子核衰变时，一定发生质量亏损，选项C错误．‎ ‎4．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性．设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为 m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是(　　)‎ A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2 B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2‎ C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2 D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2‎ 4‎ B　解析　反应前的质量为m1＋m3，质量亏损ΔE＝m1＋m3－m2，核反应释放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，选项B正确．‎ ‎5．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最接近(　　)‎ A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg D　解析　根据爱因斯坦的质能方程，Δm＝＝4.4×109 kg，选项D正确．‎ ‎6．(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si.下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应方程为p＋Al→Si B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 AB　解析　根据电荷数守恒、质量数守恒得核反应方程为p＋Al→Si，选项A正确；在核反应过程中，系统不受外力，动量守恒，选项B正确；在核反应过程中，系统能量守恒，选项C错误；核反应过程中，要释放能量，质量发生亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，选项D错误．‎ ‎7．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，反应方程为γ＋D →p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)‎ A．[(mD－mp－mn)c2－E] B．[(mp＋mn－mD)c2＋E]‎ C．[(mD－mp－mn)c2＋E] D．[(mp＋mn－mD)c2－E]‎ C　解析　核反应因质量亏损释放的核能ΔE＝(mD－mp－mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有Ek＝，选项C正确．‎ ‎8．(多选)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 4‎ 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 AD　解析　根据核的结合能概念，核子结合成核所释放的核能与逆过程所需要的能量相等，选项A、D正确；根据动量守恒定律，用光子照射静止氘核时总动量不为零，Ek＝，故照射后总动能不为零，选项B、C错误．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．(多选)铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是(　　)‎ A．铁核的结合能大于铀核的结合能 B．铁核比铀核稳定 C．铀核发生核变化变成铁核要放出能量 D．铀核发生核变化变成铁核质量要亏损 BCD　解析　铁核的比结合能大，则它稳定些，铀核比结合能小，则其变成铁核会放出核能，出现质量亏损，选项B、C、D正确．‎ ‎10．如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(　　)‎ A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量 B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量 C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量 D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量 C　解析　因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，出现质量亏损，放出核能，选项A错误；同理可得，选项B、D错误，C正确．‎ ‎11．一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u，氡核222质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．‎ ‎(1)写出核反应方程；‎ ‎(2)求镭核衰变放出的能量；‎ ‎(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．‎ 解析　(1)核反应方程为Ra→Rn＋He．‎ ‎(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝‎ ‎(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV≈6.05 MeV．‎ 4‎ ‎(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得 mRnvRn－mαvα＝0， ①‎ 又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则 ΔE＝mRnv＋mαv， ②‎ 由①②可得 Ekα＝·ΔE＝×6.05 MeV≈5.94 MeV．‎ 答案　(1)Ra→Rn＋He　(2)6.05 MeV　‎ ‎(3)5.94 MeV ‎12.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．1 u相当于931.5 MeV的能量，求：(计算结果保留三位有效数字)‎ ‎(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)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？‎ 解析　(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是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＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u，‎ 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．‎ 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．‎ 答案　(1)放出能量　7.97 MeV ‎(2)7.97 MeV　2.66 MeV ‎(3)1.92×1021 Hz 4‎