2024-2025學(xué)年高中物理第三章4原子核的結(jié)合能練習(xí)含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE64原子核的結(jié)合能1.(多選)關(guān)于核力與比結(jié)合能的說法正確的是()A.核力具有飽和性和短程性B.原子核為了穩(wěn)定,故重核在形成時(shí)其中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)C.比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)肯定釋放核能D.中等核的比結(jié)合能比較小的核與較大核的比結(jié)合能小解析:核力是短程力,只能在1.5×10-15m的距離內(nèi)起作用,且只有相鄰的核子間才有核力作用,核力具有飽和性,選項(xiàng)A正確;核力克服了原子核中質(zhì)子與質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力,使原子核穩(wěn)定,重核在形成時(shí),核力比庫(kù)侖斥力減小得快,只有中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)才能使核穩(wěn)定,選項(xiàng)B正確;比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)肯定釋放核能,選項(xiàng)C正確;中等核的比結(jié)合能比較小的核與較大核的比結(jié)合能大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:ABC2.如圖表示原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系,據(jù)此下列說法正確的是()A.重的原子核,例如鈾核(92235U),因?yàn)樗暮俗佣?核力大,所以結(jié)合得B.鋰核(36Li)的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能小,因而比鈾核結(jié)合得更C.原子核結(jié)合的松緊程度可以用“比結(jié)合能”來表征,比結(jié)合能的定義是每個(gè)核子的平均結(jié)合能;比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.以上三個(gè)表述都錯(cuò)誤解析:比結(jié)合能是指要把原子核內(nèi)核子分開平均每個(gè)核子須要的能量,所以比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,由題圖知,中等大小的原子核比結(jié)合能最大,最穩(wěn)定,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確.答案:C3.(多選)對(duì)于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2,下列說法正確的是()A.E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B.依據(jù)ΔE=Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能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(yīng)中釋放的核能解析:E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比,其中E不能理解為發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能,選項(xiàng)A正確,D錯(cuò)誤;依據(jù)ΔE=Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能,選項(xiàng)B正確;一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)發(fā)生聚變反應(yīng),會(huì)有質(zhì)量虧損,虧損的質(zhì)量以能量的形式釋放出來,即釋放出核能,選項(xiàng)C正確.答案:ABC4.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射線照耀靜止氘核使之分解,反應(yīng)方程為γ+D→p+n.若分解后的中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等,則中子的動(dòng)能是()A.12[(mD-mp-mn)c2-EB.12[(mp-mn-mD)c2-EC.12[(mD-mp-mn)c2+ED.12[(mp-mn-mD)c2+E解析:據(jù)能量守恒可知,E+Δmc2=2Ek,得Ek=12(E+Δmc2即Ek=12[(mD-mp-mn)c2+E],故C正確答案:C5.右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,下列說法正確的是()①如D和E結(jié)合成F,結(jié)合過程肯定會(huì)汲取核能;②如D和E結(jié)合成F,結(jié)合過程肯定會(huì)釋放核能;③如A分裂成B和C,分裂過程肯定會(huì)汲取核能;④如A分裂成B和C,分裂過程肯定會(huì)釋放核能.A.①④B.②④C.②③D.①③解析:由圖像知F的核子平均質(zhì)量小于D、E的核子平均質(zhì)量,B、C的核子平均質(zhì)量小于A的,所以當(dāng)D、E結(jié)合成F時(shí),A分裂成B和C時(shí),均會(huì)有質(zhì)量虧損,由愛因斯坦質(zhì)能方程知均會(huì)有核能放出,所以正確的為②④.答案:B6.(多選)我國(guó)首次運(yùn)用核電池隨嫦娥三號(hào)軟著陸月球,并用于嫦娥三號(hào)的著陸器和月球車上,核電池是通過半導(dǎo)體換能器,將放射性同位素衰變過程中釋放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?嫦娥三號(hào)采納放射性同位素

94239Pu,靜止的

94239Pu衰變?yōu)殁櫤?/p>

92235U和α粒子,并放出頻率為ν的γ光子,已知

94239Pu、92235U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu、A.

94239Pu的衰變方程為

94239B.此核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm=mPu-mU-mαC.釋放出的γ光子的能量為(mPu-mU-mα)c2D.反應(yīng)后

92235U和α粒子結(jié)合能之和比解析:依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,94239Pu的衰變方程為

94239Pu→92235U+24He+γ,故A正確;此核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損等于反應(yīng)前后質(zhì)量的差,為Δm=mPu-mU-mα,故B正確;釋放的γ光子的能量為hν,核反應(yīng)的過程中釋放的能量為E=(mPu-mU-mα)c2,由于核反應(yīng)的過程中釋放的核能轉(zhuǎn)化為新核與α粒子的動(dòng)能以及光子的能量,所以光子的能量小于(mPu-mU-mα)c2,故C錯(cuò)誤;94239Pu衰變成

答案:ABD7.某核反應(yīng)方程為

12H+13H→24He+X.已知

12H的質(zhì)量為2.0136u,13A.X是質(zhì)子,該反應(yīng)釋放能量B.X是中子,該反應(yīng)釋放能量C.X是質(zhì)子,該反應(yīng)汲取能量D.X是中子,該反應(yīng)汲取能量解析:由題目所給核反應(yīng)方程式,依據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律,可得:12H+13H→24He+01X,X是中子,在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m1=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2=4.0026u+答案:B8.一靜止的钚核發(fā)生衰變后放出一個(gè)α粒子變成鈾核.已知钚核質(zhì)量為m1,α粒子質(zhì)量為m2,鈾核質(zhì)量為m3,光在真空中的傳播速度為c.(1)假如放出的粒子的速度大小為v,求鈾核的速度大小v'.(2)求此衰變過程中釋放的總能量.解析:(1)钚核發(fā)生衰變后放出一個(gè)α粒子的過程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,以鈾核的速度方向?yàn)檎较?依據(jù)動(dòng)量守恒定律得m3v'-m2v=0解得,v'=m2m(2)質(zhì)量虧損Δm=m1-m2-m3依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的總能量ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2.答案:(1)m2m3v(2)(m1-m2-m39.氘核和氚核聚變時(shí)的核反應(yīng)方程為

12H+13H→

24He+01n.已知

13解析:聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV.反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能E2=7.03×4MeV=28.12MeV.由于單個(gè)核子無結(jié)合能,所以聚變過程釋放出的能量ΔE=E2-E1=(28.12-10.52)MeV=17.6MeV.答案:17.6MeV10.兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核,同時(shí)釋放肯定的核能,若已知中子質(zhì)量為1.0087u,質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u,氦核質(zhì)量為4.0026u.試計(jì)算用中子和質(zhì)子生成1kg氦時(shí)釋放的核能.解析:計(jì)算核能的步驟一般是:首先,寫出核反應(yīng)方程;其次,計(jì)算質(zhì)量虧損Δm;然后依據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計(jì)算核能.若Δm以原子核質(zhì)量單位(u)為單位,可干脆用ΔE=Δm(u)×931.5MeV計(jì)算,此法較便利且常用.兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氦核的反應(yīng)如下:201n+211H→質(zhì)量虧