新教材2024高中物理第五章原子核5.3核力與結(jié)合能同步測(cè)試新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第五章原子核3核力與結(jié)合能【基礎(chǔ)鞏固】1.下列對(duì)核力的相識(shí),正確的是 ()A.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn),比靜電力大得多B.核力存在于質(zhì)子和電子之間C.核力是核子間相互吸引的力,是短程力D.核力只存在于相鄰的核子之間,具有飽和性解析:在原子核的尺度內(nèi),核力比靜電力大得多,但當(dāng)原子核大到肯定程度時(shí),核力將不足以平衡靜電力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.原子核內(nèi)質(zhì)子和質(zhì)子間、中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間有核力作用,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.相鄰核子間的核力具有飽和性,選項(xiàng)D正確.在核力作用范圍內(nèi),核子間的距離小于0.8×10-15m時(shí)核力表現(xiàn)為斥力,大于0.8×10-15m時(shí)表現(xiàn)為吸引力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.答案:D2.(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能,下列說(shuō)法正確的是 ()A.原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和肯定大于原來(lái)重核的結(jié)合能C.銫原子核(55133Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核D.比結(jié)合能越大,原子核越不穩(wěn)定解析:結(jié)合能是把核子分開(kāi)所需的最小能量,選項(xiàng)A正確.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,存在質(zhì)量虧損,核子比結(jié)合能增大,質(zhì)量數(shù)不變,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和肯定大于原來(lái)重核的結(jié)合能,選項(xiàng)B正確.核子數(shù)越多,結(jié)合能越大,選項(xiàng)C正確.比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能,比結(jié)合能越大,分開(kāi)核子所需的能量越大,原子核越穩(wěn)定,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:ABC3.氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成,這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、靜電力和核力,則此三種力從大到小的排列依次是 ()A.核力、萬(wàn)有引力、靜電力B.萬(wàn)有引力、靜電力、核力C.靜電力、核力、萬(wàn)有引力D.核力、靜電力、萬(wàn)有引力解析:核子間的核力最大,萬(wàn)有引力最小,選項(xiàng)D正確.答案:D4.質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),釋放的能量是(c表示真空中的光速) ()A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2解析:一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,依據(jù)ΔE=Δmc2,釋放的能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,選項(xiàng)C正確.答案:C5.當(dāng)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)α粒子時(shí),放出28.30MeV的能量,當(dāng)三個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)碳核

612C時(shí),放出7.26MeV的能量,則當(dāng)6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí),釋放的能量為 (A.21.04MeVB.35.56MeVC.92.16MeV D.77.64MeV解析:設(shè)中子的質(zhì)量為mn,質(zhì)子的質(zhì)量為mp,α粒子的質(zhì)量為mα,碳原子核的質(zhì)量為mC.依據(jù)ΔE=Δmc2,ΔE1=28.30MeV=[2(mn+mp)-mα]c2,ΔE2=7.26MeV=(3mα-mC)c2,ΔE3=(6mn+6mp-mC)c2,由以上各式得ΔE3=92.16MeV.答案:C6.一個(gè)氘核

12H質(zhì)量為m1,一個(gè)氚核

13H質(zhì)量為m2,它們結(jié)合成一個(gè)質(zhì)量為m3的氦核.核反應(yīng)方程為

12H+13HHe+X.A.X是質(zhì)子B.X是正電子C.X的質(zhì)量為m1+m2-m3D.X的質(zhì)量為m1+m2-m3-Δ解析:由電荷數(shù)守恒知,X的質(zhì)子數(shù)為0,由質(zhì)量數(shù)守恒知,X的質(zhì)量數(shù)為1,X為中子,設(shè)X的質(zhì)量為m,反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3-m,釋放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m)c2,則X的質(zhì)量為m1+m2-m3-ΔEc答案:D7.(多選)下圖是各種元素的原子核中核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像,由此可知 ()A.若原子核D和E結(jié)合成原子核F,則結(jié)合過(guò)程肯定會(huì)釋放能量B.若原子核D和E結(jié)合成原子核F,則結(jié)合過(guò)程肯定要汲取能量C.若原子核A分裂成原子核B和C,則分裂過(guò)程肯定會(huì)釋放能量D.若原子核A分裂成原子核B和C,則分裂過(guò)程肯定要汲取能量解析:D和E結(jié)合成F,結(jié)合過(guò)程中雖然核子數(shù)不變,但核子平均質(zhì)量變小,有質(zhì)量虧損,依據(jù)ΔE=Δmc2可知,有能量釋放,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.若A分裂成B和C,也有質(zhì)量虧損,依據(jù)ΔE=Δmc2可知,有能量釋放,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:AC8.中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照耀靜止的氘核使之分解,反應(yīng)的方程為γ+D→p+n,若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等,則中子的動(dòng)能是 ()A.12[(mD-mp-mn)c2-EB.12[(mD+mn+mp)c2+EC.12[(mD-mp-mn)c2+ED.12[(mD+mn-mp)c2-E解析:因質(zhì)量虧損釋放的能量為ΔE=(mD-mp-mn)c2,設(shè)質(zhì)子、中子的動(dòng)能為Ek,依據(jù)能量守恒有ΔE+E=2Ek,聯(lián)立解得Ek=(mD答案:C9.盧瑟福用α粒子轟擊氮核時(shí)發(fā)覺(jué)質(zhì)子.發(fā)覺(jué)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為

714N+24HeO+11H.已知氮核質(zhì)量為mN=14.00753u,氧核質(zhì)量為mO=17.00454u,氦核質(zhì)量為mHe=4.00387u,質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為931.5MeV的能量.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)這一核反應(yīng)汲取能量,還是放出能量?相應(yīng)的能量改變?yōu)槎嗌?(2)若入射氦核以v0=3×107m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核,反應(yīng)生成的氧核和質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng),且速度大小之比為1∶50.求氧核的速度大小.解析:(1)由Δm=mN+mHe-mO-mp得Δm=-0.00129u,所以這一核反應(yīng)汲取能量.汲取能量ΔE=1.2MeV.(2)以v0的方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律可得mHev0=mOv氧+mpvp,又v氧∶vp=1∶50,可解得v氧=1.8×106m/s.答案:(1)汲取能量1.2MeV(2)1.8×106m/s【拓展提高】10.對(duì)于關(guān)系式E=mc2,下列說(shuō)法不正確的是 ()A.E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B.依據(jù)ΔE=Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C.一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),釋放出核能,表明此過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.E=mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)時(shí)釋放的核能解析:E=mc2中的E表示物體具有的總能量,m表示物體的質(zhì)量,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.ΔE=Δmc2表示的意義是當(dāng)物體的能量增加或削減ΔE時(shí),它的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)地增加或削減Δm,選項(xiàng)B正確.只有出現(xiàn)質(zhì)量虧損時(shí),才能釋放核能,選項(xiàng)C正確.答案:D11.一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)原子核,同時(shí)輻射一個(gè)光子.已知質(zhì)子、中子、原子核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c.下列說(shuō)法正確的是 ()A.核反應(yīng)方程是

11H+0B.核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3C.輻射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c2D.γ光子的波長(zhǎng)λ=h解析:核反應(yīng)方程要遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,選項(xiàng)B正確.核反應(yīng)中釋放的核能以光子的形式放出,光子的能量E=(m1+m2-m3)c2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.依據(jù)光子的能量E=hν=hcλ,得λ=h答案:B12.靜止的氡核

86222Rn放出α粒子后變成釙核

84218Po,α粒子動(dòng)能為Ekα,若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動(dòng)能,真空中的光速為A.2EC.111Ekα解析:核反應(yīng)過(guò)程中動(dòng)量守恒,釙核與α粒子動(dòng)量大小相等,由p=2mEk可求出釙核動(dòng)能EkPo=2109Ekα,ΔE=EkPo+Ekα=111Ekα答案:C13.(多選)關(guān)于核反應(yīng)方程

90234ThPa+X+ΔE(ΔE為釋放出的核能,X為新生成粒子),已知

90234Th的半衰期為T(mén)A.

91B.91234Pa比C.N0個(gè)

90234Th經(jīng)2T時(shí)間因發(fā)生上述核反應(yīng)而放出的核能為34N0ΔE(D.90234解析:原子序數(shù)大于83的原子核都具有放射性,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.該核反應(yīng)為β衰變,原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子,同時(shí)釋放出一個(gè)電子,選項(xiàng)B正確.N0個(gè)

90234Th原子核經(jīng)2T時(shí)間發(fā)生衰變的個(gè)數(shù)為34N0,由核反應(yīng)方程知,放出的核能為34N0ΔE答案:BC14.氘核與氚核綜合的核反應(yīng)方程為

12H+13H

24He+

a(1)核反應(yīng)式中的X是什么粒子?(2)這一過(guò)程的質(zhì)量虧損是多少?(3)1g氘核完全參加上述反應(yīng),共釋放多少核能?光在真空中的速度c=3×108m/s,氘核的摩爾質(zhì)量M=2g/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×1023mol-1.解析:(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,氘核與氚核的核反應(yīng)中,X的質(zhì)量數(shù)是1,電荷數(shù)是0,X是中子.(2)依據(jù)ΔE=Δmc2得Δm=ΔEc2=17.6×(3)1g氘核完全與氚核發(fā)生反應(yīng)釋放的核能ΔE'=mMNA×17.6×106eV=5.28×1030eV=8.448×1011J答案:(1)中子(2)3.1×10-29kg(3)8.448×1011J【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】15.一個(gè)靜止的鐳核

88226Ra發(fā)生衰變放出一個(gè)粒子變?yōu)殡焙?/p>

86222Rn4.0026u,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量.(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程.(2)求鐳核衰變放出的能量.(3)若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦隽Ｗ拥膭?dòng)能,求放出粒子的動(dòng)能.解析:(1)核反應(yīng)方程為

88226RaRn+2(2)鐳核衰變放出的能量ΔE=Δm·c2=(2