2022-2023學(xué)年高中物理 課時(shí)提升作業(yè)十一 第三章 原子核 3.4 原子核的結(jié)合能 教科版選修3-5

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 課時(shí)提升作業(yè)十一 第三章 原子核 3.4 原子核的結(jié)合能 教科版選修3-5 一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分) 1.某核反應(yīng)方程為HHHe+X。已知H的質(zhì)量為2.013 6 uH的質(zhì)量為3.018 uHe的質(zhì)量為4.002 6 u,X的質(zhì)量為1.008 7 u。則下列說(shuō)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。根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,X應(yīng)為中子,反應(yīng)前后Δm=2.013 6 u+3.018 u-4.002

2、 6 u-1.008 7 u=0.020 3 u,故有質(zhì)量虧損,為放能反應(yīng),故B正確。 2.一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚合成一個(gè)氦核的反應(yīng)方程是HHHen,此反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm。已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA,真空中的光速為c。若 1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生核反應(yīng)生成氦,則在這個(gè)核反應(yīng)中釋放的能量為 　(　　) A.NAΔmc2　　　　　　　　B.NAΔmc2 C.2NAΔmc2 D.5NAΔmc2 【解析】選B。一個(gè)氘核和一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí),釋放出的能量為Δmc2,1 mol的氘核和1 mol的氚核結(jié)合成1 mol的氦核釋放的能量為NAΔmc2。 3.(多選

3、)如圖所示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(shuō)法中正確的是　(　　) A.若D和E結(jié)合成F,結(jié)合過(guò)程中一定會(huì)吸收核能 B.若D和E結(jié)合成F,結(jié)合過(guò)程中一定會(huì)釋放核能 C.若A分裂成B和C,分裂過(guò)程一定會(huì)吸收核能 D.若A分裂成B和C,分裂過(guò)程一定會(huì)釋放核能 【解題指南】明確了核子的平均質(zhì)量與結(jié)合能的對(duì)應(yīng)關(guān)系,就可以順利解答此題。 【解析】選B、D。由題圖可知,原子序數(shù)較小的核D、E結(jié)合成原子序數(shù)較大的核F時(shí),因F核子的平均質(zhì)量小于D、E核子的平均質(zhì)量,故出現(xiàn)質(zhì)量虧損,由質(zhì)能方程知,該過(guò)程一定放出核能,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;因?yàn)锽、C核子的平均質(zhì)量小于A核子

4、的平均質(zhì)量,故A分裂成B、C的過(guò)程中一定要釋放能量,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。 4.在某些恒星內(nèi),三個(gè)α粒子可以結(jié)合成一個(gè)C,已知C核的質(zhì)量為1.992 72×10-26kg,α粒子的質(zhì)量為6.646 72×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,則這個(gè)反應(yīng)中釋放的核能約為　(　　) A.9×10-10J　　　　　　B.9×10-13J C.9×10-9J D.9×10-15J 【解析】選B。三個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)C核的質(zhì)量虧損為Δm=3×6.646 72×10-27kg-1.992 72×10-26kg≈1×10-29kg.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的核能為ΔE=Δm

5、c2=1×10-29×(3×108)2J=9×10-13J。故選B。 5.(多選)下列說(shuō)法符合事實(shí)的是　(　　) A.所有的核反應(yīng)都會(huì)釋放出核能 B.結(jié)合能與核子數(shù)之比叫比結(jié)合能 C.重核分裂成較輕的原子核時(shí)要放出能量 D.ΔE=Δmc2表示發(fā)生的質(zhì)量虧損Δm變?yōu)槟芰糠懦鰜?lái) 【解析】選B、C。核反應(yīng)中是否會(huì)釋放能量要看是否有質(zhì)量虧損,有些核反應(yīng)需要吸收能量才能發(fā)生,A錯(cuò);由比結(jié)合能的定義知,B正確;根據(jù)比結(jié)合能曲線知,重核分裂成較輕的原子核時(shí)要放出能量,C正確;質(zhì)量虧損Δm轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)質(zhì)量,D錯(cuò)。 6.一個(gè)質(zhì)子與一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核時(shí)釋放2.2 MeV的能量,兩個(gè)中子與兩個(gè)質(zhì)子結(jié)

6、合成一個(gè)氦核時(shí),釋放28.3 MeV的能量?，F(xiàn)在把兩個(gè)中子與兩個(gè)質(zhì)子先結(jié)合成兩個(gè)氘核,再把兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核,那么在整個(gè)過(guò)程中釋放的能量為　(　　) A.不知氘結(jié)合成氦核時(shí)釋放的能量,故無(wú)法判斷 B.23.9 MeV C.26.1 MeV D.28.3 MeV 【解析】選D。核反應(yīng)過(guò)程中釋放核能的多少,與中間過(guò)程無(wú)關(guān),只由反應(yīng)前后原子核的比結(jié)合能來(lái)決定.本題中的兩種情況都是由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子,最終結(jié)合成一個(gè)氦核,所以釋放的能量是相同的,故D選項(xiàng)正確。 二、非選擇題(本大題共2小題,共20分) 7.(10分)氦核由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成。每個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u

7、,每個(gè)中子的質(zhì)量是1.008 665 u,氦核的質(zhì)量是4.001 509 u,試求氦核的比結(jié)合能。 【解析】核子結(jié)合成氦核的過(guò)程中質(zhì)量虧損為 Δm=2×1.007277u+2×1.008 665 u-4.001 509 u =0.030 4 u 與這個(gè)質(zhì)量差相對(duì)應(yīng)的能量即為氦核的結(jié)合能: ΔE=Δmc2=0.0304×931.5MeV=28.32MeV 所以氦核的比結(jié)合能為=7.08MeV 答案:7.08MeV 【總結(jié)提升】結(jié)合能與電離能 無(wú)論質(zhì)子和質(zhì)子之間,中子和中子之間,還是質(zhì)子和中子之間,都存在核力,它們結(jié)合成原子核時(shí)釋放的能量叫結(jié)合能。 要使氫原子電離,也就是要從氫

8、原子中把電子剝離,需要通過(guò)碰撞、賦予光子等途徑讓電子得到能量,這個(gè)能量實(shí)際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能,不過(guò)通常把它叫做氫原子的電離能。 8.(10分)鐳(Ra)是歷史上第一個(gè)被分離出來(lái)的放射性元素,已知Ra能自發(fā)地放出α粒子而變成新核Rn,已知Ra的質(zhì)量為M1=3.753 3×10-25kg,新核Rn的質(zhì)量為M2=3.686 7×10-25kg。α粒子的質(zhì)量為m=6.646 6×10-27kg。現(xiàn)有一個(gè)靜止的Ra核發(fā)生α衰變,衰變后α粒子的速度為3.68×105m/s,求(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字): (1)寫出該核反應(yīng)的方程。 (2)此反應(yīng)過(guò)程中放出的能量。 (3)反應(yīng)后新核Rn的速度大小。 【解析】(1)核反應(yīng)的方程為RaHeRn (2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 ΔE=Δmc2=(M1-M2-m)c2=1.2×10-12J (3)設(shè)Rn的速度為v2,由動(dòng)量守恒定律M2v2-mv=0 所以v2==m/s=6.6×103m/s 答案:(1RaHeRn　(2)1.2×10-12J (3)6.6×103m/s