2023高中物理第五章原子核53核力与结合能测试新人教版选择性

第五章原子核3核力与结合能【基础巩固】1.下列对核力的认识,正确的是 ()A.核力是强相互作用的一种表现,比静电力大得多B.核力存在于质子和电子之间C.核力是核子间相互吸引的力,是短程力D.核力只存在于相邻的核子之间,具有饱和性解析:在原子核的尺度内,核力比静电力大得多,但当原子核大到一定程度时,核力将不足以平衡静电力,选项A错误.原子核内质子和质子间、中子和中子之间、质子和中子之间有核力作用,选项B错误.相邻核子间的核力具有饱和性,选项D正确.在核力作用范围内,核子间的距离小于0.8×1015m时核力表现为斥力,大于0.8×1015m时表现为吸引力,选项C错误.答案:D2.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 ()A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.铯原子核(55133Cs)的结合能小于铅原子核D.比结合能越大,原子核越不稳定解析:结合能是把核子分开所需的最小能量,选项A正确.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,存在质量亏损,核子比结合能增大,质量数不变,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项B正确.核子数越多,结合能越大,选项C正确.比结合能也叫平均结合能,比结合能越大,分开核子所需的能量越大,原子核越稳定,选项D错误.答案:ABC3.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、静电力和核力,则此三种力从大到小的排列顺序是 ()A.核力、万有引力、静电力B.万有引力、静电力、核力C.静电力、核力、万有引力D.核力、静电力、万有引力解析:核子间的核力最大,万有引力最小,选项D正确.答案:D4.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速) ()A.(m1+m2m3)cB.(m1m2m3)cC.(m1+m2m3)c2D.(m1m2m3)c2解析:一个质子和一个中子结合成氘核时,质量亏损Δm=m1+m2m3,根据ΔE=Δmc2,释放的能量ΔE=(m1+m2m3)c2,选项C正确.答案:C5.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.30MeV的能量,当三个α粒子结合成一个碳核

612C时,放出7.26MeV的能量,则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时,释放的能量为 (A.21.04MeVB.35.56MeVC.92.16MeV D.77.64MeV解析:设中子的质量为mn,质子的质量为mp,α粒子的质量为mα,碳原子核的质量为mC.根据ΔE=Δmc2,ΔE1=28.30MeV=[2(mn+mp)mα]c2,ΔE2=7.26MeV=(3mαmC)c2,ΔE3=(6mn+6mpmC)c2,由以上各式得ΔE3=92.16MeV.答案:C6.一个氘核

12H质量为m1,一个氚核

13H质量为m2,它们结合成一个质量为m3的氦核.核反应方程为

12H+13HHe+X.A.X是质子B.X是正电子C.X的质量为m1+m2m3D.X的质量为m1+m2m3Δ解析:由电荷数守恒知,X的质子数为0,由质量数守恒知,X的质量数为1,X为中子,设X的质量为m,反应中的质量亏损Δm=m1+m2m3m,释放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2m3m)c2,则X的质量为m1+m2m3ΔEc答案:D7.(多选)下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,则结合过程一定会释放能量B.若原子核D和E结合成原子核F,则结合过程一定要吸收能量C.若原子核A分裂成原子核B和C,则分裂过程一定会释放能量D.若原子核A分裂成原子核B和C,则分裂过程一定要吸收能量解析:D和E结合成F,结合过程中虽然核子数不变,但核子平均质量变小,有质量亏损,根据ΔE=Δmc2可知,有能量释放,选项A正确,选项B错误.若A分裂成B和C,也有质量亏损,根据ΔE=Δmc2可知,有能量释放,选项C正确,选项D错误.答案:AC8.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解,反应的方程为γ+D→p+n,若分解后中子、质子的动能可视为相等,则中子的动能是 ()A.12[(mDmpmn)c2EB.12[(mD+mn+mp)c2+EC.12[(mDmpmn)c2+ED.12[(mD+mnmp)c2E解析:因质量亏损释放的能量为ΔE=(mDmpmn)c2,设质子、中子的动能为Ek,根据能量守恒有ΔE+E=2Ek,联立解得Ek=(mD答案:C9.卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现质子.发现质子的核反应方程为

714N+24HeO+11H.已知氮核质量为mN=14.00753u,氧核质量为mO=17.00454u,氦核质量为mHe=4.00387u,质子(氢核)质量为931.5MeV的能量.(结果均保留2位有效数字)(1)这一核反应吸收能量,还是放出能量?相应的能量变化为多少?(2)若入射氦核以v0=3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为1∶50.求氧核的速度大小.解析:(1)由Δm=mN+mHemOmp得Δm=0.00129u,所以这一核反应吸收能量.吸收能量ΔE=1.2MeV.(2)以v0的方向为正方向,由动量守恒定律可得mHev0=mOv氧+mpvp,又v氧∶vp=1∶50,可解得v氧=1.8×106m/s.答案:(1)吸收能量1.2MeV(2)1.8×106m/s【拓展提高】10.对于关系式E=mc2,下列说法不正确的是 ()A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应时释放的核能解析:E=mc2中的E表示物体具有的总能量,m表示物体的质量,选项A正确,选项D错误.ΔE=Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减少ΔE时,它的质量也会相应地增加或减少Δm,选项B正确.只有出现质量亏损时,才能释放核能,选项C正确.答案:D11.一个质子和一个中子结合成一个原子核,同时辐射一个光子.已知质子、中子、原子核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是 ()A.核反应方程是

11H+0B.核反应中的质量亏损Δm=m1+m2m3C.辐射出的光子的能量E=(m3m1m2)c2D.γ光子的波长λ=h解析:核反应方程要遵循质量数和电荷数守恒,选项A错误.核反应中的质量亏损Δm=m1+m2m3,选项B正确.核反应中释放的核能以光子的形式放出,光子的能量E=(m1+m2m3)c2,选项C错误.根据光子的能量E=hν=hcλ,得λ=h答案:B12.静止的氡核

86222Rn放出α粒子后变成钋核

84218Po,α粒子动能为Ekα,若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能,真空中的光速为A.2EC.111Ekα解析:核反应过程中动量守恒,钋核与α粒子动量大小相等,由p=2mEk可求出钋核动能EkPo=2109Ekα,ΔE=EkPo+Ekα=111Ekα答案:C13.(多选)关于核反应方程

90234ThPa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成粒子),已知

90234Th的半衰期为TA.

91B.91234Pa比C.N0个

90234Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为34N0ΔE(D.90234解析:原子序数大于83的原子核都具有放射性,选项A错误.该核反应为β衰变,原子核内的一个中子转化为一个质子,同时释放出一个电子,选项B正确.N0个

90234Th原子核经2T时间发生衰变的个数为34N0,由核反应方程知,放出的核能为34N0ΔE答案:BC14.氘核与氚核综合的核反应方程为

12H+13H

24He+

a(1)核反应式中的X是什么粒子?(2)这一过程的质量亏损是多少?(3)1g氘核完全参与上述反应,共释放多少核能?光在真空中的速度c=3×108m/s,氘核的摩尔质量M=2g/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol1.解析:(1)由质量数和电荷数守恒可知,氘核与氚核的核反应中,X的质量数是1,电荷数是0,X是中子.(2)根据ΔE=Δmc2得Δm=ΔEc2=17.6×(3)1g氘核完全与氚核发生反应释放的核能ΔE'=mMNA×17.6×106eV=5.28×1030eV=8.448×1011J答案:(1)中子(2)3.1×1029kg(3)8.448×1011J【挑战创新】15.一个静止的镭核

88226Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核

86222Rn4.0026u,1u相当于931.5MeV的能量.(1)写出核反应方程.(2)求镭核衰变放出的能量.(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能,求放出粒子的动能.解析:(1)核反应方程为

88226RaRn+2(2)镭核衰变放出的能量ΔE=Δm·c2=(2