2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核第5節(jié)核力與結(jié)合能課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE5-第5節(jié)核力與結(jié)合能A組：合格性水平訓(xùn)練1．(核子間的相互作用)下列推斷中正確的是()A．組成eq\o\al(238,)92U核的核子中任何兩個(gè)核子之間都存在不行忽視的核力作用B．組成eq\o\al(238,92)U核的中子中任何兩個(gè)中子之間都存在不行忽視的核力作用C．組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間都存在不行忽視的庫(kù)侖斥力作用D．組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間，除庫(kù)侖斥力之外還都存在不行忽視的核力作用答案C解析核力是組成原子核的相鄰核子之間存在的特別的力，它是短程力，超過(guò)1.5×10－15m，核力急劇下降幾乎消逝，所以并非任何兩個(gè)核子、質(zhì)子、中子之間都存在不行忽視的核力作用，故A、B錯(cuò)誤；庫(kù)侖力與距離的平方成反比，所以在距離很小的尺度內(nèi)庫(kù)侖力不行忽視，故C正確；由A、B分析可知，D2．(綜合)(多選)對(duì)核子結(jié)合成原子核的下列說(shuō)法正確的是()A．原子核內(nèi)的核子間均存在核力B．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫(kù)侖力C．當(dāng)n個(gè)核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時(shí)，其間“勢(shì)能”肯定減小D．對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用答案CD解析由于核力為短程力，只會(huì)發(fā)生在相鄰核子之間，由此知A、B錯(cuò)誤；當(dāng)n個(gè)核子靠近到核力作用范圍內(nèi)，而距離大于0.8×10－15m，核力表現(xiàn)為引力，在此過(guò)程核力必做正功，其間勢(shì)能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.8×10－15m，故C正確；對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個(gè)質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力，隨著質(zhì)子數(shù)的增加，其庫(kù)侖斥力增加，對(duì)于穩(wěn)定的原子核，必需存在較多的中子才能維系二者的平衡，故3．(結(jié)合能與比結(jié)合能)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中正確的是()A．核子結(jié)合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也肯定越大C．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大答案D解析核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量，原子核拆解成核子時(shí)汲取能量，A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不肯定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，B、C錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D正確。4．(質(zhì)量虧損和質(zhì)能關(guān)系)下列說(shuō)法正確的是()A．愛因斯坦的質(zhì)能方程說(shuō)明白物體質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B．由質(zhì)能方程可知，能量與質(zhì)量之間存在正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所含有的能量的量度C．核反應(yīng)中發(fā)覺的“質(zhì)量虧損”是消逝的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成的D．因在核反應(yīng)中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量不守恒答案B解析質(zhì)能方程說(shuō)明白質(zhì)量與能量之間具有肯定的聯(lián)系，但不能說(shuō)物體質(zhì)量就是能量，在核反應(yīng)中，能量隨著質(zhì)量虧損釋放出來(lái)，二者不是相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A、C錯(cuò)誤；依據(jù)E＝mc2，可知物體的能量與質(zhì)量存在正比關(guān)系，所以可以將物體的質(zhì)量作為它所含有的能量的量度，故B正確；在核反應(yīng)中，系統(tǒng)的質(zhì)量數(shù)守恒，總能量也守恒，產(chǎn)生的能量是由反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損釋放出來(lái)的，而所謂的質(zhì)量虧損也是指靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)質(zhì)量的部分，故D錯(cuò)誤。5．(質(zhì)量虧損和質(zhì)能關(guān)系)一個(gè)鈹原子核(eq\o\al(7,4)Be)從最靠近核的K層電子軌道上俘獲一個(gè)電子后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核(eq\o\al(7,3)Li)，并放出一個(gè)不帶電的、質(zhì)量接近零的中微子νe(質(zhì)量不計(jì))，人們把這種衰變叫做鈹核的EC衰變，核反應(yīng)方程為：eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe。已知一個(gè)鈹原子質(zhì)量為m1，一個(gè)鋰原子質(zhì)量為m2，一個(gè)電子質(zhì)量為me，光速為c，則一個(gè)鈹原子核發(fā)生上述核反應(yīng)釋放的能量為()A．(m1－m2)c2 B．(m1＋me＋m2)c2C．(m1＋me－m2)c2 D．(m2－m1－me)c2答案A解析鈹原子核的質(zhì)量為m1－4me，鋰原子核的質(zhì)量為m2－3me，則質(zhì)量虧損為(m1－4me＋me)－(m2－3me)＝m1－m2，故核反應(yīng)中釋放的能量為(m1－m2)c2。A正確。6．(綜合)如圖所示是原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象，下列說(shuō)法正確的是()A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定要汲取能量C．若C、B能結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量D．若F、C能結(jié)合成B，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量答案A解析D、E平均核子質(zhì)量大于F平均核子質(zhì)量，D、E結(jié)合成F，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，要釋放能量，A正確，B錯(cuò)誤；C、B結(jié)合成A，F(xiàn)、C結(jié)合成B都是質(zhì)量增加，結(jié)合過(guò)程要汲取能量，C、D錯(cuò)誤。7．(綜合)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子，假設(shè)γ光子攜帶全部釋放的核能。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(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eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3)c2)答案B解析依據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知該核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，故A錯(cuò)誤；聚變過(guò)程中輻射出γ光子，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故B正確；由質(zhì)能方程知，輻射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故C錯(cuò)誤；由E＝eq\f(hc,λ)知，γ光子的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,(m1＋m2－m3)c)，故D錯(cuò)誤。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練8．(綜合)(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．中子不帶電，故相鄰中子間無(wú)核力作用B．由E＝mc2可知：質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化C．β衰變是由弱相互作用引起的D．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定答案CD解析質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，中子間也有核力作用，A錯(cuò)誤。公式E＝mc2指能量與質(zhì)量存在正比關(guān)系，B錯(cuò)誤，C、D正確。9．(綜合)一個(gè)電子(質(zhì)量為m、電荷量為－e)和一個(gè)正電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)，以相等的初動(dòng)能Ek相向運(yùn)動(dòng)，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個(gè)頻率相同的光子，設(shè)產(chǎn)生的光子頻率為ν，若這兩個(gè)光子的能量都為hν，動(dòng)量分別為p和p′，下面關(guān)系中正確的是()A．hν＝mc2，p＝p′B．hν＝eq\f(1,2)mc2，p＝p′C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′D．hν＝eq\f(1,2)(mc2＋Ek)，p＝－p′答案C解析能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律為普適定律，故以相等動(dòng)能相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞而湮滅的正負(fù)電子總能量為：2Ek＋2mc2，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)光子后，總動(dòng)量守恒，為零，故p＝－p′，且2Ek＋2mc2＝2hν，即hν＝Ek＋mc2，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。10．(綜合)雷蒙德·戴維斯因探討來(lái)自太陽(yáng)的電子中微子(νe)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他探測(cè)中微子所用的探測(cè)器的主體是一個(gè)儲(chǔ)滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程式為νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e，已知eq\o\al(37,17)Cl核的質(zhì)量為36.95658u，eq\o\al(37,18)Ar核的質(zhì)量為36.95691u，eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量為0.00055u,1u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，試計(jì)算參加上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量。答案0.82MeV解析在核反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量盈余，即Δm＝mAr＋me－mCl＝(36.95691＋0.00055－36.95658)u＝0.00088u。電子中微子的最小能量為ΔE＝Δm×931.5MeV/u＝0.00088×931.5MeV≈0.82MeV。11．(綜合)一個(gè)靜止的鈾核eq\o\al(232,)92U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個(gè)α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\a\vs4\al(\o\al(228,90)Th)(原子質(zhì)量為228.0287u)。(已知：原子質(zhì)量單位1u＝1.66×10－27kg,1u相當(dāng)于931.5MeV)(1)寫出核衰變方程；(2)算出該核衰變釋放出的核能；(3)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能，則釷核獲得的動(dòng)能有多大？答案(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)5.50MeV(3)0.09MeV解析(1)核衰變方程為：eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。(2)ΔE＝Δmc2＝(232.0372u－228.0287u－4.0026u)×931.5MeV/u≈5.50MeV。(3)依據(jù)動(dòng)量守恒定律：m釷v釷＝mαvα，則eq\f(Ek釷,Ekα)＝eq\f(\f(1,2)m釷v\o\al(2,釷),\f(1,2)mαv\o\al(2,α))＝eq\f(mα(m釷v釷)2,m釷(mαvα)2)＝＝eq\f(mα,m釷)＝eq\f(4,228)＝eq\f(1,57)故Ek釷＝eq\f(ΔE,58)＝eq\f(5.50MeV,58)≈0.09MeV。12．(綜合)靜止的氮核eq\o\al(14,7)N被速度是v0的中子eq\o\al(1,0)n擊中生成甲、乙兩核。已知甲、乙兩核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一樣，甲、乙兩核動(dòng)量之比為1∶1，動(dòng)能之比為1∶4，它們沿垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑之比為1∶6。問：甲、乙各是什么核，速度各是多大？寫出核反應(yīng)方程。答案甲為eq\o\al(12,6)C，乙為eq\o\al(3,1)H甲的速度v甲＝eq\f(v0,24)，乙的速度v乙＝eq\f(v0,6)核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(3,1)H解析設(shè)甲、乙兩核的質(zhì)量分別為m甲、m乙，電荷量分別為q甲、q乙。中子的質(zhì)量為m0，氮核質(zhì)量為14m0由動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系p＝eq\r(2mEk)和p甲＝p乙，可得m甲∶m乙＝Ek乙∶Ek甲＝4∶1。又由R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)，可得