新教材2025版高中物理分層作業(yè)十八核力與結(jié)合能新人教版選擇性必修第三冊(cè)

分層作業(yè)(十八)核力與結(jié)合能A級(jí)必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.科學(xué)探討表明，自然界存在四種基本相互作用．我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上是屬于()A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用2．關(guān)于原子核中的核力與結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是()A．核力是短程力，作用范圍在10－10m內(nèi)，核力比庫(kù)侖力小得多B．原子核中，質(zhì)子與質(zhì)子間有核力，質(zhì)子與中子間沒有核力C．結(jié)合能是指由核子構(gòu)成原子核時(shí)而具有的能量D．比結(jié)合能越大，表示原子核中的核子結(jié)合得越堅(jiān)固3．(多選)愛因斯坦提出了質(zhì)能方程，揭示了質(zhì)量與能量的關(guān)系，關(guān)于質(zhì)能方程E＝mc2，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化B．當(dāng)物體向外釋放能量時(shí)，其質(zhì)量必定削減，且削減的質(zhì)量Δm與釋放的能量ΔE滿意ΔE＝Δmc2C．物質(zhì)的核能可用mc2表示D．mc2是物體具有的總能量4．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)貯滿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(\s\up1(37),\s\do1(17))Cl→eq\o\al(\s\up1(37),\s\do1(18))Ar＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e，已知eq\o\al(\s\up1(37),\s\do1(17))Cl核的質(zhì)量為36.95658u，eq\o\al(\s\up1(37),\s\do1(18))Ar核的質(zhì)量為36.95691u，eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e質(zhì)量為0.00055u，1u對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV.依據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以推斷參加上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為()A．0.82MeVB．0.31MeVC．1.33MeVD．0.51MeV5．[2024·浙江模擬預(yù)料](多選)關(guān)于核反應(yīng)方程：①eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He和②eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(91))Pa＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e，說(shuō)法正確的是()A．①是α衰變，有能量放出B．②是β衰變，沒有能量放出C．Pa、U、Th三者的比結(jié)合能由大到小是Pa、Th、UD．Pa、Th、U的結(jié)合能由大到小是U、Th、Pa6．[2024·黑龍江鶴崗高二期末]核電池可通過(guò)半導(dǎo)體換能器，將放射性同位素eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu衰變過(guò)程釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽混o止的eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu核衰變?yōu)楹薳q\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U和新粒子，并釋放出γ光子．已知eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu、eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的質(zhì)量分別為mPu、mU，下列說(shuō)法正確的是()A．eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的衰變方程為eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu→eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋γB．釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的動(dòng)能、新粒子的動(dòng)能和γ光子能量C．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的結(jié)合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的結(jié)合能更大D．核反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能為ΔE＝(mPu－mU)c27．[2024·江西金溪高二期末]運(yùn)動(dòng)的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的質(zhì)量分別是M、m，α粒子的動(dòng)能為E，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速．則在上述核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損是()A．eq\f(M－m,mc2)EB．eq\f(M－m,Mc2)EC．eq\f(m,（M－m）c2)ED．eq\f(M,（M－m）c2)E8.[2024·江蘇蘇州模擬預(yù)料]硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核(eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(5))B)汲取慢中子，轉(zhuǎn)變成鋰核(eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li)和α粒子，釋放出γ光子．已知核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損為Δm，γ光子的能量為E0，硼核的比結(jié)合能為E1，鋰核的比結(jié)合能為E2，普朗克常量為h，真空中光速為c.(1)寫出核反應(yīng)方程并求出γ光子的波長(zhǎng)λ；(2)求核反應(yīng)放出的能量E及氦核的比結(jié)合能E3.B級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練9.[2024·河南新鄉(xiāng)高二期末](多選)一個(gè)靜止的原子核發(fā)生衰變，核反應(yīng)中放出的能量為Q，其方程為eq\o\al(\s\up1(B),\s\do1(A))X→eq\o\al(\s\up1(D),\s\do1(C))Y＋eq\o\al(\s\up1(F),\s\do1(E))Z，假設(shè)釋放的能量全都轉(zhuǎn)化為新核Y和Z的動(dòng)能，其中Z的速度為v，以下結(jié)論正確的是()A．Y原子核的動(dòng)能與Z原子核的動(dòng)能之比為eq\f(F,D)B．Y原子核的速度大小為eq\f(D,F)vC．Y原子核和Z原子核的質(zhì)量之和比X原子核的質(zhì)量大D．Y和Z的結(jié)合能之和肯定大于X的結(jié)合能10．(多選)用質(zhì)子轟擊鋰核(eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li)生成兩個(gè)α粒子，以此進(jìn)行驗(yàn)證愛因斯坦質(zhì)能方程的試驗(yàn)．已知質(zhì)子的初動(dòng)能是0.6MeV，質(zhì)子、α粒子和鋰核的質(zhì)量分別是1.0073u、4.0015u和7.0160u．已知1u相當(dāng)于931.5MeV，則下列敘述中正確的是()A．此反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量削減0.0103uB．生成的兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和是18.3MeV，與試驗(yàn)相符C．核反應(yīng)中釋放的能量是18.9MeV，與試驗(yàn)相符D．生成的兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和是19.5MeV，與試驗(yàn)相符11.(多選)如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，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，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，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，分裂過(guò)程肯定要汲取能量12．靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的放射性原子核X衰變?yōu)閮蓚€(gè)粒子a和b，衰變后粒子a的運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)垂直．粒子a和b的軌道半徑之比Ra∶Rb＝45∶1，周期之比Ta∶Tb＝10∶13.已知該衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為Δm，假定衰變過(guò)程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化成粒子的動(dòng)能，光速為c，求：(1)粒子a和b的電荷數(shù)之比eq\f(qa,qb)；(2)粒子a和b的質(zhì)量之比eq\f(ma,mb)；(3)原子核X的電荷數(shù)Z和質(zhì)量數(shù)A；(4)粒子a的動(dòng)能Eka.分層作業(yè)(十八)核力與結(jié)合能1．答案：B2．答案：D3．解析：E＝mc2中E表示物體具有的總能量，m表示物體的質(zhì)量，C錯(cuò)誤，D正確；ΔE＝Δmc2表示當(dāng)物體的能量增加或削減ΔE時(shí)，其質(zhì)量相應(yīng)的增加或削減Δm，質(zhì)量和能量不能相互轉(zhuǎn)化，A錯(cuò)誤，B正確．答案：BD4．解析：先計(jì)算出核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量增加Δm＝36.95691u＋0.00055u－36.95658u＝0.00088u，再由愛因斯坦的質(zhì)能方程得所須要的能量ΔE＝Δmc2＝0.00088u×931.5MeV＝0.82MeV，故選項(xiàng)A是正確的．答案：A5．解析：因?yàn)棰僦嗅尫懦隽甩亮Ｗ?，所以①是α衰變，同理②中釋放出了β粒子，所以②是β衰變，且都有能量放出，故A正確，B錯(cuò)誤；因?yàn)楸冉Y(jié)合能越大越穩(wěn)定，所以Pa、U、Th三者的比結(jié)合能由大到小是Pa、Th、U，故C正確；因?yàn)楹俗訑?shù)越多，結(jié)合能越高，且比結(jié)合能等于結(jié)合能與核子數(shù)之比，故可得Pa、Th、U的結(jié)合能由大到小是U、Pa、Th，故D錯(cuò)誤．答案：AC6．解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的衰變方程為eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu→eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋γ，故A錯(cuò)誤；依據(jù)質(zhì)能方程可知，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(mPu－mU－mα)c2，釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的動(dòng)能、新粒子的動(dòng)能和γ光子能量，故B正確，D錯(cuò)誤；eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的核子數(shù)少，則結(jié)合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的結(jié)合能小，但eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的比結(jié)合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的比結(jié)合能更大，故C錯(cuò)誤．答案：B7．解析：核反應(yīng)中動(dòng)量守恒，有mvα＝MvX，α粒子的動(dòng)能為E＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(α))，依據(jù)能量守恒得ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(α))－eq\f(1,2)Mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(X))，由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，聯(lián)立解得Δm＝eq\f(M－m,Mc2)E，故選B.答案：B8．解析：(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(5))B＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋γ依據(jù)E0＝heq\f(c,λ)，可求得γ光子的波長(zhǎng)λ＝heq\f(c,E0).(2)由質(zhì)能方程可知，核反應(yīng)中放出的能量E＝Δmc2，由能量關(guān)系可得E＝7E2＋4E3－10E1，解得E3＝eq\f(Δmc2＋10E1－7E2,4).答案：(1)eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(5))B＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋γheq\f(c,E0)(2)Δmc2eq\f(Δmc2＋10E1－7E2,4)9．解析：靜止的原子核發(fā)生衰變的過(guò)程中動(dòng)量守恒，設(shè)Y的速度大小為v′，依據(jù)動(dòng)量守恒定律得Fv＝Dv′，解得v′＝eq\f(Fv,D)，依據(jù)動(dòng)能和動(dòng)量關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，可知，動(dòng)量相等動(dòng)能與質(zhì)量成反比，即Y原子核的動(dòng)能與Z原子核的動(dòng)能之比為F∶D，故A正確，B錯(cuò)誤；由于該反應(yīng)的過(guò)程中釋放能量，所以Y原子核和Z原子核的質(zhì)量之和比X原子核的質(zhì)量小，故C錯(cuò)誤；由于該反應(yīng)的過(guò)程中釋放能量，所以Y和Z的結(jié)合能之和肯定大于X的結(jié)合能，故D正確．故選AD.答案：AD10．解析：核反應(yīng)前的總質(zhì)量為1.0073u＋7.0160u＝8.0233u，核反應(yīng)后的總質(zhì)量為2×4.0015u＝8.0030u，此反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量削減了0.0203u，故A錯(cuò)；依據(jù)質(zhì)能方程有ΔE＝Δm×931.5MeV＝18.9MeV，故核反應(yīng)釋放的核能為18.9MeV，故C對(duì)；由反應(yīng)過(guò)程中能量守恒知反應(yīng)后兩個(gè)α粒子的總動(dòng)能E總＝18.9MeV＋0.6MeV＝19.5MeV，故B錯(cuò)，D對(duì)．答案：CD11．解析：D和E結(jié)合成F，有質(zhì)量虧損，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，有能量釋放，故A正確，B錯(cuò)誤；若A分裂成B和C，也有質(zhì)量虧損，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，有能量釋放，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：AC12．解析：(1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式為R＝eq\f(mv,qB)，依據(jù)動(dòng)量守恒定律有mava＝mbvb，聯(lián)立得eq\f(Ra,Rb)＝eq\f(qb,qa)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(qa,qb)＝eq\f(1,45).(2)依據(jù)T＝eq\f(2πm,qB)，有eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(ma,mb)·eq\f(qb,qa)，解得eq\f(ma,mb)＝eq\f(qa,qb)·eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(2,117).(3)依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，有Z＝qa＋qb＝46q0，A＝ma＋mb＝119m0，其中q0和m0為定值，單位分別為一個(gè)單位正電荷和一個(gè)原子質(zhì)量單位，可推想q0＝2