新教材同步輔導2023年高中物理第五章原子核5.3核力與結(jié)合能同步練習新人教版選擇性必修第三冊

3核力與結(jié)合能【基礎鞏固】1.下列對核力的認識,正確的是 ()A.核力是強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,但當原子核大到一定程度時,核力將不足以平衡靜電力,選項A錯誤.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B錯誤.相鄰核子間的核力具有飽和性,選項D正確.在核力作用范圍內(nèi),核子間的距離小于0.8×10-15m時核力表現(xiàn)為斥力,大于0.8×10-15m時表現(xiàn)為吸引力,選項C錯誤.答案:D2.(多選)關于原子核的結(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α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(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)合能是把核子分開所需的最小能量,選項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)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能,選項B正確.核子數(shù)越多,結(jié)合能越大,選項C正確.比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能,比結(jié)合能越大,分開核子所需的能量越大,原子核越穩(wěn)定,選項D錯誤.答案:ABC3.氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成,這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、靜電力和核力,則此三種力從大到小的排列順序是 ()A.核力、萬有引力、靜電力B.萬有引力、靜電力、核力C.靜電力、核力、萬有引力D.核力、靜電力、萬有引力解析:核子間的核力最大,萬有引力最小,選項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.當一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時,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:一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時,質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,根據(jù)ΔE=Δmc2,釋放的能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,選項C正確.答案:C5.當兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時,放出28.30MeV的能量,當三個α粒子結(jié)合成一個碳核

612C時,放出7.26MeV的能量,則當6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時,釋放的能量為 (A.21.04MeVB.35.56MeVC.92.16MeV D.77.64MeV解析:設中子的質(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.根據(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:C6.一個氘核

12H質(zhì)量為m1,一個氚核

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

12H+13HHe+X.在這一核反應過程中釋放的能量為ΔE.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X的質(zhì)量為m,反應中的質(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-ΔEc2,選項答案: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)合過程一定會釋放能量B.若原子核D和E結(jié)合成原子核F,則結(jié)合過程一定要吸收能量C.若原子核A分裂成原子核B和C,則分裂過程一定會釋放能量D.若原子核A分裂成原子核B和C,則分裂過程一定要吸收能量解析:D和E結(jié)合成F,結(jié)合過程中雖然核子數(shù)不變,但核子平均質(zhì)量變小,有質(zhì)量虧損,根據(jù)ΔE=Δmc2可知,有能量釋放,選項A正確,選項B錯誤.若A分裂成B和C,也有質(zhì)量虧損,根據(jù)ΔE=Δmc2可知,有能量釋放,選項C正確,選項D錯誤.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射線照射靜止的氘核使之分解,反應的方程為γ+D→p+n,若分解后中子、質(zhì)子的動能可視為相等,則中子的動能是 ()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,設質(zhì)子、中子的動能為Ek,根據(jù)能量守恒有ΔE+E=2Ek,聯(lián)立解得Ek=(mD-mp答案:C9.(2023·廣東湛江)實現(xiàn)核能電池的小型化、安全可控化一直是人們的目標.現(xiàn)在有一種“氚電池”,它的體積比一元硬幣還要小,有的心臟起搏器就是使用“氚電池”供電,使用壽命長達20年.已知氚核的衰變方程為e+νe,其中νe是質(zhì)量可忽略不計的中性粒子,氚核的半衰期為12.5年.設反應前

13H的質(zhì)量為m1,反應后

ZAHe的質(zhì)量為m2,-10e的質(zhì)量為m3A.Z=2,A=3,原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒B.100個

13H經(jīng)過25年后一定還剩余C.13H發(fā)生的是β衰變D.該衰變過程釋放的能量為(m2+m3-m1)c2解析:根據(jù)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒,可得3=A+0,1=Z-1,解得A=3,Z=2,由此可知

13H發(fā)生的衰變?yōu)棣滤プ?β射線的穿透能力不是最強,故A正確,C錯誤;半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律,對少量的原子核不適用,故B錯誤;根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的核能ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2,故D答案:A【拓展提高】10.對于關系式E=mc2,下列說法不正確的是 ()A.E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B.根據(jù)ΔE=Δmc2可以計算核反應中釋放的核能C.一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時,釋放出核能,表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.E=mc2中的E是發(fā)生核反應時釋放的核能解析: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A正確,選項D錯誤.ΔE=Δmc2表示的意義是當物體的能量增加或減少ΔE時,它的質(zhì)量也會相應地增加或減少Δm,選項B正確.只有出現(xiàn)質(zhì)量虧損時,才能釋放核能,選項C正確.答案:D11.一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個原子核,同時輻射一個光子.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.下列說法正確的是 ()A.核反應方程是

11H+0B.核反應中的質(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λ=h解析:核反應方程要遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,選項A錯誤.核反應中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,選項B正確.核反應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C錯誤.根據(jù)光子的能量E=hν=hcλ,得λ=h(m1答案:B12.靜止的氡核

86222Rn放出α粒子后變成釙核

84218Po,α粒子動能為Ekα,若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能,真空中的光速為c,A.2EC.111Ekα109解析:核反應過程中動量守恒,釙核與α粒子動量大小相等,由p=2mEk可求出釙核動能EkPo=2109Ekα,ΔE=EkPo+Ekα=111Ekα109,根據(jù)Δ答案:C13.(多選)關于核反應方程

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,下列說法正確的是A.

91234B.91234Pa比

90234Th少1個中子,X粒子是從原子核中射出的C.N0個

90234Th經(jīng)2T時間因發(fā)生上述核反應而放出的核能為34N0ΔE(ND.90234Th解析:原子序數(shù)大于83的原子核都具有放射性,選項A錯誤.該核反應為β衰變,原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子,同時釋放出一個電子,選項B正確.N0個

90234Th原子核經(jīng)2T時間發(fā)生衰變的個數(shù)為34N0,由核反應方程知,放出的核能為34N0ΔE,選項C正確.由比結(jié)合能的概念知,答案:BC14.氘核與氚核綜合的核反應方程為

12H+13H

24He+

a(1)核反應式中的X是什么粒子?(2)這一過程的質(zhì)量虧損是多少?(3)1g氘核完全參與上述反應,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中,X的質(zhì)量數(shù)是1,電荷數(shù)是0,X是中子.(2)根據(jù)ΔE=Δmc2得Δm=ΔEc2=17.6×(3)1g氘核完全與氚核發(fā)生反應釋放的核能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】15.一個靜止的鐳核

88226Ra發(fā)生衰變放出一個粒子變?yōu)殡焙?/p>

86222Rn.已知鐳核226質(zhì)量為226.0254u,氡核4.0026u,1u相當于931.5MeV的能量.(1)寫出核反應方程.(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拥膭幽?求放出粒子的動能.解析:(1)核反應方程為

88226RaRn+2(2)鐳核衰變放出的能量ΔE=Δm·