新教材2025版高中物理分层作业十八核力与结合能新人教版选择性必修第三册

分层作业(十八)核力与结合能A级必备学问基础练1.科学探讨表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于()A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用2．关于原子核中的核力与结合能，下列说法正确的是()A．核力是短程力，作用范围在10－10m内，核力比库仑力小得多B．原子核中，质子与质子间有核力，质子与中子间没有核力C．结合能是指由核子构成原子核时而具有的能量D．比结合能越大，表示原子核中的核子结合得越坚固3．(多选)爱因斯坦提出了质能方程，揭示了质量与能量的关系，关于质能方程E＝mc2，下列说法正确的是()A．质量和能量可以相互转化B．当物体向外释放能量时，其质量必定削减，且削减的质量Δm与释放的能量ΔE满意ΔE＝Δmc2C．物质的核能可用mc2表示D．mc2是物体具有的总能量4．雷蒙德·戴维斯因探讨来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为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核的质量为36.95658u，eq\o\al(\s\up1(37),\s\do1(18))Ar核的质量为36.95691u，eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))e质量为0.00055u，1u对应的能量为931.5MeV.依据以上数据，可以推断参加上述反应的电子中微子的最小能量为()A．0.82MeVB．0.31MeVC．1.33MeVD．0.51MeV5．[2024·浙江模拟预料](多选)关于核反应方程：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，说法正确的是()A．①是α衰变，有能量放出B．②是β衰变，没有能量放出C．Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、UD．Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Th、Pa6．[2024·黑龙江鹤岗高二期末]核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu衰变过程释放的能量转变为电能．一静止的eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu核衰变为核eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U和新粒子，并释放出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的质量分别为mPu、mU，下列说法正确的是()A．eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的衰变方程为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．释放的核能转变为eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的动能、新粒子的动能和γ光子能量C．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的结合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的结合能更大D．核反应过程中释放的核能为ΔE＝(mPu－mU)c27．[2024·江西金溪高二期末]运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m，α粒子的动能为E，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．则在上述核反应中的质量亏损是()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·江苏苏州模拟预料]硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(5))B)汲取慢中子，转变成锂核(eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li)和α粒子，释放出γ光子．已知核反应过程中质量亏损为Δm，γ光子的能量为E0，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c.(1)写出核反应方程并求出γ光子的波长λ；(2)求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3.B级关键实力提升练9.[2024·河南新乡高二期末](多选)一个静止的原子核发生衰变，核反应中放出的能量为Q，其方程为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，假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，其中Z的速度为v，以下结论正确的是()A．Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为eq\f(F,D)B．Y原子核的速度大小为eq\f(D,F)vC．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大D．Y和Z的结合能之和肯定大于X的结合能10．(多选)用质子轰击锂核(eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li)生成两个α粒子，以此进行验证爱因斯坦质能方程的试验．已知质子的初动能是0.6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u．已知1u相当于931.5MeV，则下列叙述中正确的是()A．此反应过程质量削减0.0103uB．生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV，与试验相符C．核反应中释放的能量是18.9MeV，与试验相符D．生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV，与试验相符11.(多选)如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知()A．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程肯定会释放能量B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程肯定要汲取能量C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程肯定会释放能量D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程肯定要汲取能量12．静止在匀强磁场中的放射性原子核X衰变为两个粒子a和b，衰变后粒子a的运动速度与磁场垂直．粒子a和b的轨道半径之比Ra∶Rb＝45∶1，周期之比Ta∶Tb＝10∶13.已知该衰变过程中的质量亏损为Δm，假定衰变过程中释放的核能全部转化成粒子的动能，光速为c，求：(1)粒子a和b的电荷数之比eq\f(qa,qb)；(2)粒子a和b的质量之比eq\f(ma,mb)；(3)原子核X的电荷数Z和质量数A；(4)粒子a的动能Eka.分层作业(十八)核力与结合能1．答案：B2．答案：D3．解析：E＝mc2中E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，C错误，D正确；ΔE＝Δmc2表示当物体的能量增加或削减ΔE时，其质量相应的增加或削减Δm，质量和能量不能相互转化，A错误，B正确．答案：BD4．解析：先计算出核反应过程中的质量增加Δm＝36.95691u＋0.00055u－36.95658u＝0.00088u，再由爱因斯坦的质能方程得所须要的能量ΔE＝Δmc2＝0.00088u×931.5MeV＝0.82MeV，故选项A是正确的．答案：A5．解析：因为①中释放出了α粒子，所以①是α衰变，同理②中释放出了β粒子，所以②是β衰变，且都有能量放出，故A正确，B错误；因为比结合能越大越稳定，所以Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U，故C正确；因为核子数越多，结合能越高，且比结合能等于结合能与核子数之比，故可得Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Pa、Th，故D错误．答案：AC6．解析：依据质量数守恒与电荷数守恒可知，eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的衰变方程为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错误；依据质能方程可知，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(mPu－mU－mα)c2，释放的核能转变为eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的动能、新粒子的动能和γ光子能量，故B正确，D错误；eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的核子数少，则结合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的结合能小，但eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的比结合能比eq\o\al(\s\up1(239),\s\do1(94))Pu的比结合能更大，故C错误．答案：B7．解析：核反应中动量守恒，有mvα＝MvX，α粒子的动能为E＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(α))，依据能量守恒得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))，由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，联立解得Δm＝eq\f(M－m,Mc2)E，故选B.答案：B8．解析：(1)核反应方程为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依据E0＝heq\f(c,λ)，可求得γ光子的波长λ＝heq\f(c,E0).(2)由质能方程可知，核反应中放出的能量E＝Δmc2，由能量关系可得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：静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒，设Y的速度大小为v′，依据动量守恒定律得Fv＝Dv′，解得v′＝eq\f(Fv,D)，依据动能和动量关系Ek＝eq\f(p2,2m)，可知，动量相等动能与质量成反比，即Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为F∶D，故A正确，B错误；由于该反应的过程中释放能量，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小，故C错误；由于该反应的过程中释放能量，所以Y和Z的结合能之和肯定大于X的结合能，故D正确．故选AD.答案：AD10．解析：核反应前的总质量为1.0073u＋7.0160u＝8.0233u，核反应后的总质量为2×4.0015u＝8.0030u，此反应过程中质量削减了0.0203u，故A错；依据质能方程有ΔE＝Δm×931.5MeV＝18.9MeV，故核反应释放的核能为18.9MeV，故C对；由反应过程中能量守恒知反应后两个α粒子的总动能E总＝18.9MeV＋0.6MeV＝19.5MeV，故B错，D对．答案：CD11．解析：D和E结合成F，有质量亏损，依据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故A正确，B错误；若A分裂成B和C，也有质量亏损，依据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故C正确，D错误．答案：AC12．解析：(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式为R＝eq\f(mv,qB)，依据动量守恒定律有mava＝mbvb，联立得eq\f(Ra,Rb)＝eq\f(qb,qa)，代入数据得eq\f(qa,qb)＝eq\f(1,45).(2)依据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)依据电荷数守恒和质量数守恒，有Z＝qa＋qb＝46q0，A＝ma＋mb＝119m0，其中q0和m0为定值，单位分别为一个单位正电荷和一个原子质量单位，可推想q0＝2