2024-2025学年高中物理第十九章原子核5核力与结合能课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE4核力与结合能时间：45分钟一、选择题(1～7题为单选，8～9题为多选)1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列依次是(D)A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的两个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量特别小，万有引力小于库仑力，故D正确．2．下列说法中正确的是(B)A．原子核内的全部质子间都存在核力和库仑力B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用C．重核比中等质量的核更稳定D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力解析：只有相邻质子间才存在核力，A、D错误；中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，起到维系原子核稳定的作用，B正确；中等质量大小的核最稳定，C错误．3．对原子核的组成，下列说法正确的是(D)A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使特别多的质子组成原子核C．不存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内肯定有中子解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把特别多的质子聚集在一起组成原子核，缘由是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如eq\o\al(1,1)H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能减弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．4．原来静止的原子核eq\o\al(a,b)X发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0.假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是(D)A.eq\f(E0,c2) B.eq\f(E0,a－4c2)C.eq\f(a－4E0,c2) D.eq\f(aE0,a－4c2)解析：α粒子与新核质量比为eq\f(4,a－4)，衰变过程满意动量守恒，即mαvα＝m新v新，依据动量和动能的关系p2＝2mEk可知，新核动能为eq\f(4,a－4)E0.由ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(E0＋\f(4,a－4)E0,c2)＝eq\f(aE0,a－4c2)，故D选项正确．5.如图所示是描述原子核核子的平均质量eq\x\to(m)与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(C)A．将原子核A分解为原子核B、C可能汲取能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能汲取能量C．将原子核A分解为原子核B、F肯定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B肯定释放能量解析：因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，出现质量亏损，放出核能，A错误；同理可得B错误，Fe处于稳定态，越靠近Fe轴线的越不易发生分解或聚合，D错误，C正确．6．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断削减．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，依据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟削减的质量最接近(D)A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析：依据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,3×1082)kg≈4.4×109kg.7．某核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,1)H的质量为3.0180u，eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u．则下列说法中正确的是(B)A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应汲取能量D．X是中子，该反应汲取能量解析：依据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，即X为中子；在该反应发生前，反应物的总质量m1＝(2.0136＋3.0180)u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝(4.0026＋1.0087)u＝5.0113u，总质量削减，出现了质量亏损，故该反应释放能量．8．一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见(BC)A．氘核的质量等于质子和中子的质量之和B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和C．核子结合成原子核时会释放核能D．原子核分解成核子时会释放核能解析：由于结合时产生γ光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，B对，A错；质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故C对，D错．9．关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是(BC)A．原子核中质子和中子的个数肯定相等B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多C．原子核大到肯定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了D．质子和中子可以组合成随意稳定的核解析：因为库仑力是长程力，它作用于核内全部质子，而核力只作用于相邻的核子，随着Z的增加，为使原子核保持稳定，必需靠中子数的增多来抵消库仑力的作用．因此，随着Z的增加，稳定核的中子数越来越大于质子数．二、非选择题10．氘核和氚核反应时的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n已知eq\o\al(3,1)H的比结合能是2.78MeV，eq\o\al(2,1)H的比结合能是1.09MeV，eq\o\al(4,2)He的比结合能是7.03MeV，试计算核反应时释放的能量．答案：17.6MeV解析：反应前氘核和氚核的总结合能E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52MeV.反应后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.由于单个核子无结合能，所以反应过程释放出的能量ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6MeV.答案：吸能反应1.2MeV解析：反应前总质量mN＋mHe＝18.01140u反应后总质量mO＋mH＝18.01269u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所汲取能量为ΔE＝Δmc2＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV.12．一个静止的铀核eq\o\al(232,92)U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,90)Th(原子质量为228.0287u)．(已知原子质量单位1u＝1.67×10－27kg,1u相当于931.5MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？答案：(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)5.50MeV(3)5.41MeV解析：(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059u释放出的核能ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.50MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0，pTh＝p