2022高中物理 第十九章 原子核 課時提升作業(yè)十五 19.5 核力與結(jié)合能 新人教版選修3-5

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1、2022高中物理 第十九章 原子核 課時提升作業(yè)十五 19.5 核力與結(jié)合能 新人教版選修3-5 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分) 1.下列說法中正確的是(　　) A.原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫侖力 B.對質(zhì)子數(shù)較多的原子核,其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用 C.重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定 D.兩個質(zhì)子之間不管距離如何,核力總大于庫侖力 【解析】選B。只有相鄰質(zhì)子間才存在核力,選項A、D錯誤;中子與其他核子間沒有庫侖斥力,但有相互吸引的核力,起到維系原子核穩(wěn)定的作用,選項B正確;中等質(zhì)量大小的核最穩(wěn)定,選項C錯誤。 2.(2018·開封高二檢測)下列關(guān)于

2、結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中,正確的有(　　) A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結(jié)合能也一定越大 C.重核與中等質(zhì)量的原子核相比較,重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大 D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大 【解析】選D。核子結(jié)合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A選項錯誤;比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,但比結(jié)合能越大的原子核,其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大,但由于核子數(shù)比重核少,其結(jié)合能比重核反而小,B、C選項錯誤;中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大,它的原子核內(nèi)核子數(shù)

3、又比輕核多,因此它的結(jié)合能也比輕核大,D選項正確。 3.某核反應(yīng)方程為HHHe+X。已知H的質(zhì)量為2.0136uH的質(zhì)量為3.0180uHe的質(zhì)量為4.0026u,X的質(zhì)量為1.0087u,則下列說法中正確的是 (　　) A.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)吸收能量 D.X是中子,該反應(yīng)吸收能量 【解析】選B。由題目所給核反應(yīng)方程式,根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律,可得HHHeX,則X為中子,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+1.0087u=5.

4、0113u,總質(zhì)量減少,出現(xiàn)了質(zhì)量虧損。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知該反應(yīng)釋放能量,故選項B正確。 【互動探究】這個核反應(yīng)釋放或吸收的能量是多少? 【解析】發(fā)生的質(zhì)量虧損是 Δm=5.0316u-5.0113u=0.0203u, 再有ΔE=Δmc2=0.0203×931.5MeV=18.91MeV 答案:18.91MeV 4. (2018·臨沂高二檢測)如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量m與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線,由圖可知下列說法正確的是(　　) A.將原子核A分解為原子核B、C可能吸收能量 B.將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能吸收能量 C.將原子核A分解為原子核B、F一定釋

5、放能量 D.將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量 【解析】選C。因B、C核子平均質(zhì)量小于A的核子平均質(zhì)量,故A分解為B、C時,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,放出核能,故A項錯誤;同理可得B、D項錯誤,C項正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如圖所示,核子組合成原子核時(　　) A.小質(zhì)量數(shù)的原子核質(zhì)量虧損最大 B.中等質(zhì)量數(shù)的原子核質(zhì)量虧損最大 C.大質(zhì)量數(shù)的原子核質(zhì)量虧損最大 D.不同質(zhì)量數(shù)的原子核質(zhì)量虧損相同 【解析】選B。比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,從圖中可以看出,中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能最大,兩個較輕的核子結(jié)合成一個新核時,就會釋放出巨大的能量,因此中等質(zhì)量數(shù)

6、的原子核質(zhì)量虧損最大,選項B正確。 5.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)合成一個碳核時,放出7.26MeV的能量,則當(dāng)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.21.04MeV　　　　　　 B.35.56MeV C.92.16MeV D.77.64MeV 【解析】選C。設(shè)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)質(zhì)能方程: ΔE1=28.30MeV=[2(mn+mp)-mα]c2 ΔE2=7.26MeV=[3mα-mC]c2 ΔE3=[6mn+6mp-mC

7、]c2 由各式得ΔE3=92.16MeV 二、非選擇題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6.質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg,中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質(zhì)量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。請計算α粒子的結(jié)合能。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 【解析】α粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子組成,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,可求: ΔE=(2mp+2mn-mα)c2=4.3×10-12J。 答案:4.3×10-12J (25分鐘　50分) 一、選擇題(本題共4小題,每小題7分,共28分) 1.(多選)對核子結(jié)

8、合成原子核,下列說法正確的是(　　) A.原子核內(nèi)的核子間均存在核力 B.原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力 C.當(dāng)n個核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合成原子核時,其間“勢能”一定減小 D.對質(zhì)子數(shù)較多的原子核,其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用 【解析】選C、D。由于核力為短程力,只會發(fā)生在相鄰核子之間,由此知A、B錯誤;當(dāng)n個核子靠近到核力作用范圍內(nèi),而距離大于0.8×10-15m時,核力表現(xiàn)為引力,在此過程核力必做正功,其間勢能必定減小,形成原子核后距離一般不小于0.8×10-15m,故C正確;對質(zhì)子數(shù)較多的原子核,由于只有相鄰的質(zhì)子間才有核力,但各個質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫

9、侖斥力,隨著質(zhì)子數(shù)的增加,其庫侖斥力增加,對于穩(wěn)定的原子核,必須存在較多的中子才能維系二者的平衡,故D正確。 2.(多選)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Cs的結(jié)合能小于鉛原子核Pb的結(jié)合能 D.比結(jié)合能越大,原子核越不穩(wěn)定 【解題指南】解答本題要注意以下兩點(diǎn): (1)結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量。 (2)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和,這個現(xiàn)象叫質(zhì)量虧損。 【解析】選A、B、C。原子核的結(jié)合能等

10、于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,A正確;一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,要釋放能量,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,B正確;銫原子核不如鉛原子核穩(wěn)定,所以銫原子核Cs的結(jié)合能小于鉛原子核Pb的結(jié)合能,C正確;比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,D錯誤。 3.(2018·湛江高二檢測)對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)ΔE=Δmc2可以計算核反應(yīng)中釋放的結(jié)合能 C.一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時,釋放出能量,表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損 D.ΔE=Δmc2中的ΔE是發(fā)生核反應(yīng)中釋

11、放的能量 【解析】選D。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A正確;ΔE=Δmc2表示的意義則是當(dāng)物體的質(zhì)量變化Δm時,它的能量就會相應(yīng)地變化ΔE,故選項B正確;只有出現(xiàn)質(zhì)量虧損時,才能釋放核能,故選項C正確;公式ΔE=Δmc2中,ΔE是質(zhì)量為Δm的物體所具有的能量,并非核反應(yīng)中釋放的能量,故選項D錯誤。 4.(多選)(2018·郴州高二檢測)在某些恒星內(nèi),3個α粒子結(jié)合成1個C原子,C原子的質(zhì)量是12.0000u,He原子的質(zhì)量是4.0026u。已知1u=1.66×10-27kg,則 (　　) A.反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是0.0078u B.反應(yīng)過程中的

12、質(zhì)量虧損是1.29×10-29kg C.反應(yīng)過程中釋放的能量是7.26MeV D.反應(yīng)過程中釋放的能量是1.16×10-19J 【解析】選A、B、C。由題意可得核反應(yīng)方程為He→C+ΔE。則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078u=0.0078×1.66×10-27kg≈1.29×10-29kg,由質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2=1.29×10-29×(3×108)2J=1.161×10-12J≈7.26MeV。故正確答案為A、B、C。 二、非選擇題(本題共2小題,共22分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 5.(10分)已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.008665u、中

13、子的質(zhì)量也是1.008665u,氫原子的質(zhì)量是1.007825u,碳原子的質(zhì)量是12.000000u,12個核子結(jié)合成碳原子核時,質(zhì)量虧損是多少,碳原子核的比結(jié)合能是多少? 【解析】碳原子可以看成是6個氫原子與6個中子結(jié)合而成,質(zhì)量虧損:Δm=6×1.007825u+6×1.008665u-12.000000u=0.098940u 比結(jié)合能為:== ==7.68MeV。 答案:0.098940u　7.68MeV 6.(12分)（2017·北京高考）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出α粒子（）在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，其軌道半徑為R。以m

14、、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。 （1）放射性原子核用表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程。 （2）α粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大小。 （3）設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。 【解析】（1）α衰變的核反應(yīng)方程為： （2）α粒子在磁場中做圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力 qv1B= T= 解得：T= 由電流的定義式可得：I= （3）衰變過程中由動量守恒定律可得：mv1=Mv2 由能量守恒可知，釋放的核能為： ΔE=mv12+Mv22 由質(zhì)能方程可得：ΔE=Δmc2 聯(lián)立以上方程可解得：Δm= 答案：（1） （2） （3）