高中物理 第19章 原子核 5 核力與結(jié)合能課時(shí)作業(yè) 新人教版選修3-5

1、5核力與結(jié)合能一、A組(20分鐘)1.對(duì)于核力,以下哪些說法是正確的()A.核力是弱相互作用,作用力很小B.核力是強(qiáng)相互作用,是強(qiáng)力C.核子之間的距離小于0.810-15 m時(shí),核力表現(xiàn)為斥力,因此核子不會(huì)融合在一起D.人們對(duì)核力的了解很清楚,特別是在小于0.810-15 m時(shí),核力的變化規(guī)律更清楚解析:核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn),它的作用范圍在 1.510-15 m之內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多,因此,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;核力在大于0.810-15 m時(shí),表現(xiàn)為吸引力,且隨距離增大而減小,在距離小于0.810-15 m時(shí),核力表現(xiàn)為斥力,因此核子不會(huì)融合在一起,所以,選項(xiàng)C正確;人們對(duì)核力的了解還

2、不是很清楚,這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:BC2.核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí),都伴隨著巨大的能量變化,這是因?yàn)?)A.原子核帶正電,電子帶負(fù)電,電荷間存在很大的庫(kù)侖力B.核子具有質(zhì)量且相距很近,存在很大的萬有引力C.核子間存在著強(qiáng)大的核力D.核子間存在著復(fù)雜磁力解析:核子之間存在核力作用,核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí),都有核力作用,故伴隨著巨大的能量變化,故選C。答案:C3.一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),產(chǎn)生光子,由此可見()A.氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B.氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和C.核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)釋放核能D.原子核分解成核子時(shí)會(huì)

3、釋放核能解析:由于結(jié)合時(shí)產(chǎn)生光子,即產(chǎn)生能量,故反應(yīng)中有質(zhì)量虧損,B對(duì),A錯(cuò);質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子,該反應(yīng)為核子結(jié)合成原子核的反應(yīng),故C對(duì),D錯(cuò)。答案:BC4.對(duì)于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2,下列說法中不正確的是()A.E=mc2表明物體具有的總能量與其質(zhì)量成正比B.根據(jù)E=mc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的結(jié)合能C.一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),釋放出能量,表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.E=mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的能量解析:公式E=mc2中的E表示物體具有的總能量,m表示物體的質(zhì)量,故選項(xiàng)A正確,D錯(cuò)誤;E=mc2表示的意義則是當(dāng)物體的質(zhì)量變化m時(shí),它的能量就會(huì)相應(yīng)的變化E,故選項(xiàng)B

4、正確;只有出現(xiàn)質(zhì)量虧損時(shí),才能釋放核能,故選項(xiàng)C正確。答案:D5.導(dǎo)學(xué)號(hào)97280110如圖,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,下列說法正確的是()A.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要釋放能量B.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要吸收能量C.若C、B能結(jié)合成G,結(jié)合過程一定要釋放能量D.若F、C能結(jié)合成B,結(jié)合過程一定要釋放能量解析:由E=mc2可知,釋放能量時(shí)生成物比反應(yīng)物質(zhì)量小,反之則大。根據(jù)題圖可知,D、E結(jié)合成F,核子數(shù)不變,質(zhì)量減少,釋放能量,A選項(xiàng)正確。答案:A6.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí),質(zhì)量虧損為m,相應(yīng)的能量E=mc2=2.2 MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的

5、是()A.用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí),氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B.用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和為零C.用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和為零D.用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí),氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子,它們的動(dòng)能之和不為零解析:中子和質(zhì)子結(jié)合時(shí)放出的能量為2.2 MeV,所以要使氘核分解為中子和質(zhì)子至少也需要2.2 MeV的能量,所以A正確;又因?yàn)閯?dòng)能為標(biāo)量,氘核分解為中子和質(zhì)子時(shí),二者不可能都是靜止的,所以動(dòng)能之和不為零

6、,這一部分動(dòng)能來自于光子的能量,所以B、C錯(cuò)誤,D正確。答案:AD7.在某些恒星內(nèi),3個(gè)粒子結(jié)合成1個(gè)C原子的質(zhì)量是12.000 0 uHe原子的質(zhì)量是4.002 6 u。已知1 u=1.6610-27 kg,則()A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是0.007 8 uB.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是1.2910-29 kgC.反應(yīng)過程中釋放的能量是7.26 MeVD.反應(yīng)過程中釋放的能量是1.1610-19 J解析:由題意可得核反應(yīng)方程為HeC+E。則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m=(34.002 6-12.000 0)u=0.007 8 u=0.007 81.6610-27 kg1.2910-29 kg,由質(zhì)能方

7、程得E=mc2=1.2910-29(3108)2 J=1.16110-12 J7.26 MeV。故正確選項(xiàng)為A、B、C。答案:ABC8.如果要把O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子,要給它多少能量?要把它分成4個(gè)He,要給它多少能量?(已知O的核子比結(jié)合能是7.98 MeVHe的核子比結(jié)合能是7.07 MeV)解析:將O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子所提供的能量為O的結(jié)合能,即為其核子數(shù)與比結(jié)合能的乘積。需提供的能量為E=167.98 MeV=127.68 MeV。O的結(jié)合能為EO=127.68 MeV。4個(gè)He的總的結(jié)合能為EHe=447.07 MeV=113.12 MeV。將O分成4個(gè)He需提供的能量為E=E

8、O-EHe=127.68 MeV-113.12 MeV=14.56 MeV。答案:127.68 MeV14.56 MeV9.一個(gè)靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個(gè)粒子(原子質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.028 7 u)。(已知原子質(zhì)量單位1 u=1.6610-27 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)(1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程。(2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能。(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動(dòng)能,則粒子的動(dòng)能為多少?解析:(1ThHe。(2)質(zhì)量虧損m=mU-m-mTh=0.005 9 uE=mc2=0.005 9931.5

9、 MeV5.50 MeV。(3)系統(tǒng)動(dòng)量守恒,釷核和粒子的動(dòng)量大小相等,即pTh+(-p)=0pTh=pEkTh=Ek=EkTh+Ek=E,所以粒子獲得的動(dòng)能Ek=E=5.50 MeV5.41 MeV。答案:(1ThHe(2)5.50 MeV(3)5.41 MeV二、B組(20分鐘)1.導(dǎo)學(xué)號(hào)97280111原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,真空中光速為c。當(dāng)質(zhì)量分別為m1 kg和m2 kg的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M kg的原子核時(shí),釋放出的能量是()A.(M-m1-m2)c2 JB.(m1+m2-M)931.5 JC.(m1+m2-M)c2 JD.(m1+m2-M)931.

10、5 eV解析:在核能計(jì)算時(shí),如果質(zhì)量單位是kg,則用E=mc2進(jìn)行計(jì)算,單位是J;若質(zhì)量單位是u,則利用E=m931.5 MeV進(jìn)行計(jì)算,所以選項(xiàng)C正確。答案:C2.為了直接驗(yàn)證愛因斯坦狹義相對(duì)論中著名的質(zhì)能方程 E=mc2,科學(xué)家用中子轟擊硫原子,分別測(cè)出原子捕獲中子前后質(zhì)量的變化以及核反應(yīng)過程中放出的能量,然后進(jìn)行比較,精確驗(yàn)證了質(zhì)能方程的正確性,設(shè)捕獲中子前的原子質(zhì)量為m1,捕獲中子后的原子質(zhì)量為m2,被捕獲的中子質(zhì)量為m3,核反應(yīng)過程放出的能量為E,則這一實(shí)驗(yàn)需驗(yàn)證的關(guān)系式是()A.E=(m1-m2-m3)c2B.E=(m1+m3-m2)c2C.E=(m2-m1-m3)c2D.E=(m

11、2-m1+m3)c2解析:反應(yīng)前的質(zhì)量總和為(m1+m3),質(zhì)量虧損m=m1+m3-m2,核反應(yīng)釋放的能量E=mc2=(m1+m3-m2)c2,故選項(xiàng)B正確。答案:B3.關(guān)于原子核的結(jié)合能,下列說法正確的是()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.一重原子核衰變成粒子和另一原子核,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C.銫原子核Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核Pb)的結(jié)合能D.自由核子組成原子核時(shí),其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能解析:結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量,選項(xiàng)A正確;一重原子核衰變成粒子和另一原子核,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能

12、,選項(xiàng)B正確;核子數(shù)越多,結(jié)合能越大,選項(xiàng)C正確;自由核子組成原子核時(shí),其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:ABC4.鐳核Ra發(fā)生衰變放出一個(gè)粒子變?yōu)殡焙薘n。已知鐳核226質(zhì)量為226.025 4 u,氡核222質(zhì)量為222.016 3 u,放出粒子質(zhì)量為4.002 6 u。(1 u=1.6610-27 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)(1)寫出核反應(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)殡焙撕头懦龅牧Ｗ拥膭?dòng)能,求放出粒子的動(dòng)能。解析:(1)核反應(yīng)(衰變)方程為RaRnHe。(2)鐳核衰變放出的能量為E=mc2=(226.025

13、 4-4.002 6-222.016 3)931.5 MeV6.05 MeV。(3)設(shè)鐳核衰變前靜止,鐳核衰變時(shí)動(dòng)量守恒,則由動(dòng)量守恒定律可得mRnvRn-mv=0又根據(jù)衰變放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕土Ｗ拥膭?dòng)能,則E=mRnm,由可得E=E=6.05 MeV5.94 MeV。答案:(1RaRnHe(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV5.用中子轟擊鋰核Li)發(fā)生核反應(yīng),生成氚核H)和粒子,并放出4.8 MeV的能量。(1)寫出核反應(yīng)方程。(2)求出質(zhì)量虧損。(3)若中子和鋰核是以等值反向的動(dòng)量相碰,則氚核和粒子的動(dòng)能比是多少?(4)粒子的動(dòng)能是多大?解析:(1LiHe+4.8 MeV。(2)

14、依據(jù)E=mc2得m=8.510-30 kg。(3)根據(jù)題意有0=m1v1+m2v2,式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和粒子的質(zhì)量和速度,由上式及動(dòng)能Ek=,可得它們的動(dòng)能之比為Ek1Ek2=m2m1=43。(4)粒子的動(dòng)能Ek2=(Ek1+Ek2)=4.8 MeV2.06 MeV。答案:(1LiHe+4.8 MeV(2)8.510-30 kg(3)43(4)2.06 MeV6.導(dǎo)學(xué)號(hào)97280112 H的質(zhì)量是3.016 050 u,質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u,中子的質(zhì)量是1.008 665 u。已知u為質(zhì)量單位,1 u相當(dāng)于931.5 MeV能量。則:(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí),是吸收還是放出能量?該能量為多少?(2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少?(3)如果這些能量是以光子形式放出的,則光子的頻率是多少?解析:(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程式是H+H,反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為mp+2mn=1.007 277 u+21.008 665 u=3.024 607 u反應(yīng)后新核的質(zhì)量為mH=3.016