新教材高中物理選擇性課時作業(yè)16核力與核能

課時分層作業(yè)(十六)核力與核能(建議用時：25分鐘)◎考點(diǎn)一原子核穩(wěn)定性分析1．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、庫侖力和核力，則這3種力從大到小的排列順序是()A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力D[本題考查核子間作用力的大?。俗娱g的核力最大，萬有引力最小，D項正確．]2．對于核力，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，是短程力C．核子之間的距離小于0.8×10－16m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起D．人們對核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時，核力的變化規(guī)律更清楚B[核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力比庫侖力大得多．因此，選項B正確，A錯誤；核力在大于0.8×10－15m時，表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，在距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起，選項C錯誤；人們對核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故D不正確．]◎考點(diǎn)二對結(jié)合能的理解3．一個中子與一個質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)，生成一個氘核，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H．若該核反應(yīng)放出的核能為ΔE，則氘核的平均結(jié)合能為()A．eq\f(ΔE,4) B．eq\f(ΔE,3)C．eq\f(ΔE,2) D．ΔEC[根據(jù)結(jié)合能的定義可知，一個中子與一個質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)，生成氘核的過程中，放出的能量等于氘核的結(jié)合能，由題意可知，氘核的結(jié)合能等于ΔE；因氘核有兩個核子，所以氘核的平均結(jié)合能為eq\f(ΔE,2)，C正確．]4．(多選)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，產(chǎn)生γ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)合成原子核時會釋放核能D．原子核分解成核子時會釋放核能BC[由于結(jié)合時產(chǎn)生γ光子，即產(chǎn)生能量，故反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，但反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，B正確，A錯誤；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正確，D錯誤．]5．(多選)如圖是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像．下列說法中正確的是()A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定釋放能量B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定吸收能量C．若A能分裂成B、C，分裂過程一定釋放能量D．若A能分裂成B、C，分裂過程一定吸收能量AC[由圖可知Fe原子核的核子的平均質(zhì)量最小，則原子序數(shù)較小的核D、E結(jié)合成原子序數(shù)較大的核F時，因F核子的平均質(zhì)量小于D、E核子的平均質(zhì)量，故出現(xiàn)質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程知，該過程一定放出核能，所以選項A正確，B錯誤；因為C、B核子的平均質(zhì)量小于A核子的平均質(zhì)量，故A分裂成B、C過程一定要釋放能量，所以選項C正確，D錯誤．]◎考點(diǎn)三核能的計算6．對公式ΔE＝Δmc2，下列說法正確的是()A．能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量B．質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量C．能量的轉(zhuǎn)化與質(zhì)量的轉(zhuǎn)化是成比例的D．發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生C[ΔE＝Δmc2只說明質(zhì)量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象的聯(lián)系，并不是說明物體的質(zhì)量和能量之間存在著相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，故A、B錯誤，C正確；若核反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損情況，則該核反應(yīng)釋放能量，故D錯誤．]7．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3．當(dāng)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)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2C[該聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H，故發(fā)生的質(zhì)量虧損是m1＋m2－m3，根據(jù)質(zhì)能方程，得該反應(yīng)放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正確．]8．當(dāng)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(dāng)三個α粒子結(jié)合成一個碳(C)核時，放出7.26MeV能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳(C)核時，釋放的能量約為()A．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeVD[6個中子和6個質(zhì)子可結(jié)合成3個α粒子，放出能量3×28.30MeV＝84.9MeV,3個α粒子再結(jié)合成一個碳核，放出7.26MeV能量，故6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放能量為84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV，D項正確．]9．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)出的，p＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)Neq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋νp＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)Np＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)Oeq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋νp＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α．其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子．已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644929×10－27kg，正電子的質(zhì)量為me＋＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00×108m/s．試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量．[解析]將題中的幾個核反應(yīng)方程左右分別相加，消去兩邊相同的項，上述系列反應(yīng)等效為：4p→α＋2e＋＋2ν，質(zhì)量虧損Δm＝4mp－(mα＋2me＋)＝4×1.672648×10－27kg－6.644929×10－27kg－2×9.11×10－31kg＝0.043841×10－27kg，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝0.043841×10－27×(3.00×108)2J≈3.95×10－12J．[答案]3.95×10－12J(建議用時：15分鐘)10．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(yīng)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．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]B．eq\f(1,2)[(mD＋mn＋mp)c2＋E]C．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]D．eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]C[因質(zhì)量虧損產(chǎn)生的能量為ΔE＝(mD－mp－mn)c2，設(shè)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＝eq\f(mD－mp－mnc2＋E,2)，故A、B、D錯誤，C正確．]11．一個靜止的原子核eq\o\al(a,b)X經(jīng)α衰變，放出一個α粒子并生成一個新核Y，α粒子的動能為E0．設(shè)衰變時產(chǎn)生的能量全部變成α粒子和新核的動能，則在此衰變過程中的質(zhì)量虧損為()A．eq\f(E0,c2) B．eq\f(E0,a－4c2)C．eq\f(a－4E0,c2) D．eq\f(aE0,a－4c2)D[根據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒可知，Y核質(zhì)量數(shù)為a－4，核電荷數(shù)為b－2，由動量守恒定律可知mYvY＋mαvα＝0；兩粒子動量p大小相等，則α粒子動能E0＝eq\f(p2,2mα)，Y核的動能EY＝eq\f(p2,2mY)，那么eq\f(EY,E0)＝eq\f(mα,mY)＝eq\f(4,a－4)，衰變過程中放出總能量為ΔE＝EY＋E0＝eq\f(a,a－4)E0；又由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可得虧損的質(zhì)量為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(aE0,a－4c2)，故D正確，A、B、C錯誤．]12．一個靜止的钚核eq\o\al(239,94)Pu自發(fā)地衰變成一個鈾核eq\o\al(235,92)U和另一個原子核X，并釋放出一定的能量．其核衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋X．(1)方程中的X核符號為________；(2)钚核的質(zhì)量為239.0522u，鈾核的質(zhì)量為235.0439u，X核的質(zhì)量為4.0026u，已知1u相當(dāng)于931MeV，則該衰變過程放出的能量是________MeV；(3)假設(shè)钚核衰變釋放出的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕蚗核的動能，則X核與鈾核的動能之比是________．[解析](1)根據(jù)核反應(yīng)中電荷數(shù)守恒可得X的電荷數(shù)為2，由質(zhì)量數(shù)守恒可得X的質(zhì)量數(shù)為4，則X的符號為eq\o\al(4,2)He．(2)由核反應(yīng)方程可得反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝239.0522u－(235.0439u＋4.0026u)＝0.0057u，故衰變過程放出的能量為ΔE＝Δmc2＝0.0057×931MeV＝5.3067MeV≈5.31MeV．(3)钚核衰變前動量為零，設(shè)衰變后eq\o\al(4,2)He的動量為p1，動能為Ek1，eq\o\al(235,92)U的動量為p2，動能為Ek2，由動量守恒定律得p1＋p2＝0，而動量與動能的關(guān)系為Ek＝eq\f(p2,2m)，則動能之比等于兩個核子質(zhì)量的反比，即eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(m2,m1)＝eq\f(235.0439,4.0026)＝eq\f(58.7,1)．[答案](1)eq\o\al(4,2)He(2)5.31(3)58.7∶113．一個鋰核(eq\o\al(7,3)Li)受到一個質(zhì)子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.6736×10－27kg，鋰核的質(zhì)量是11.6505×10－27kg，氦核的質(zhì)量是6.6466×10－27kg．(1)寫出上述核反應(yīng)的方程；(2)計算上述核反應(yīng)釋放出的能量．(保留3位有效數(shù)字)[解析](1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H