高中物理 第4章 波與粒子 第1節(jié) 核力與核能學(xué)業(yè)分層測評 魯科版選修3-5

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第1節(jié) 核力與核能 (建議用時：45分鐘) [學(xué)業(yè)達標(biāo)] 1．下列說法中正確的是(　　) A．質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等 B．兩個質(zhì)子之間，不管距離如何，核力總是大于庫侖力 C．同一種元素的原子核有相同的質(zhì)子數(shù)，但中子數(shù)可以不同 D．除萬有引力外，兩個中子之間不存在其他相互作用力 E．質(zhì)子與中子之間可以有核力，但沒有庫侖力 【解析】　質(zhì)子和中子的質(zhì)量不相等，但差別不大，質(zhì)量數(shù)相等，故A對．核子之間的核力隨距離變化而變化，并不總大于庫侖力，故B錯．同位素之間質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)也不同，故C對．核子之間除萬有引力外，還可能存在核力、庫侖力，但質(zhì)子與中子之間、中子與中子之間沒有庫侖力，D錯誤，E正確． 【答案】　ACE 2．核力具有下列哪些性質(zhì)(　　) A．核力是短程力，作用范圍很小，只在相鄰核子間發(fā)生 B．核力可能是引力，也可能是斥力．核力把核子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核，但又不會融合在一起 C．質(zhì)子間、中子間存在核力，質(zhì)子和中子間無核力 D．核力是一種強相互作用力，在其作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多 E．核力與核子間距離的平方成反比 【解析】　核力是一種短程力，強相互作用力，存在于相鄰核子之間，與庫侖力的變化規(guī)律不同，故A、B、D正確，C、E錯誤． 【答案】　ABD 3．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，產(chǎn)生γ光子，由此可見(　　) A．氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和 B．氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和 C．核子結(jié)合成原子核時會釋放核能 D．原子核分解成核子時會釋放核能 E．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時有質(zhì)量虧損，但無質(zhì)量數(shù)的變化 【解析】　由于結(jié)合時產(chǎn)生γ光子，即產(chǎn)生能量，故反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，但反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，B、E正確，A錯誤．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，該反應(yīng)為核子結(jié)合成原子核的反應(yīng)，故C對，D錯． 【答案】　BCE 4．關(guān)于原子核的結(jié)合能與平均結(jié)合能，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18850052】 A．原子核的結(jié)合能等于核子與核子之間結(jié)合成原子核時核力做的功 B．原子核的結(jié)合能等于核子從原子核中分離，外力克服核力做的功 C．平均結(jié)合能是核子與核子結(jié)合成原子核時平均每個核子放出的能量 D．不同原子核的平均結(jié)合能不同，重核的平均結(jié)合能比輕核的平均結(jié)合能大 E．不同原子核的平均結(jié)合能不同，重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能大 【解析】　原子核中，核子與核子之間存在核力，要將核子從原子核中分離，需要外力克服核力做功．當(dāng)自由核子結(jié)合成原子核時，核力將做功，釋放能量．對某種原子核，平均每個核子的結(jié)合能稱為平均結(jié)合能．不同原子核的平均結(jié)合能不同．重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能要小，輕核的平均結(jié)合能比稍重的核的平均結(jié)合能要小．綜上所述，正確選項為A、B、C. 【答案】　ABC 5．對公式ΔE＝Δmc2的正確理解是(　　) A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm B．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2 C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量 D．在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核的質(zhì)量之差就是Δm E．公式ΔE＝Δmc2表明的是一種轉(zhuǎn)化關(guān)系，物體的質(zhì)量減少了Δm，它的能量則相應(yīng)增大了Δmc2 【解析】　一定質(zhì)量對應(yīng)于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量一定相應(yīng)增加Δmc2，所以選項A、B、D正確，E錯誤；某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項C錯誤． 【答案】　ABD 6．某核反應(yīng)方程為H＋H―→He＋X.已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 0 u，He的質(zhì)量為4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7u，則X是________，該反應(yīng)________(填“釋放”、“吸收”)能量． 【解析】　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H＋H―→He＋X，則X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u，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． 【答案】　中子　釋放 7．原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M的原子核時釋放出的能量是____________． 【解析】　m1、m2、M的單位是kg，Δm＝m1＋m2－M 其單位也為kg，由ΔE＝Δmc2可得核反應(yīng)過程釋放的能量ΔE＝(m1＋m2－M)c2. 【答案】　(m1＋m2－M)c2 8．如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)出的， p＋C→N　N→C＋e＋＋ν p＋C→N　p＋N→O O→N＋e＋＋ν　p＋N→C＋α. 其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子．已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 64810－27 kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 92910－27 kg，正電子的質(zhì)量為m＝9.1110－31 kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00108 m/s.試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量． 【解析】　將題中的幾個核反應(yīng)方程左右分別相加，消去兩邊相同的項，上述系列反應(yīng)等效為：4p→α＋2e＋＋2ν， 質(zhì)量虧損 Δm＝4mp－(mα＋2m) ＝41.672 64810－27 kg－6.644 92910－27 kg－29.1110－31 kg＝0.043 84110－27 kg， 釋放的能量 ΔE＝Δmc2＝0.043 84110－27(3.00108)2 J ≈3.9510－12 J. 【答案】　3.9510－12 J [能力提升] 9．一個氘核(H)和一個氚核(H)結(jié)合成一個氦核并放出一個中子時，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)生上述核反應(yīng)，則在核反應(yīng)中釋放的能量為________． 【解析】　根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，一個氘核(H)和一個氚核(H)結(jié)合成一個氦核并放出一個中子時釋放的能量為Δmc2,1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生上述核反應(yīng)，釋放的能量應(yīng)為Δmc2的NA倍，即為NAΔmc2. 【答案】　NAΔmc2 10．一個鋰核(Li)受到一個質(zhì)子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.673 610－27 kg，鋰核的質(zhì)量是11.650 510－27 kg，氦核的質(zhì)量是6.646 610－27 kg. (1)寫出上述核反應(yīng)的方程； (2)計算上述核反應(yīng)釋放出的能量．(保留3位有效數(shù)字) 【解析】　(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 Li＋H→2He. (2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損 Δm＝mLi＋mp－2mα ＝(11.650 510－27＋1.673 610－27－26.646 610－27) kg＝3.0910－29 kg. 釋放的能量 ΔE＝Δmc2＝3.0910－29(3108)2 J ＝2.7810－12 J. 【答案】　(1)Li＋H→2He　(2)2.7810－12 J 11．一靜止的U核經(jīng)α衰變成為Th核，釋放出的總動能為4.27 MeV.問此衰變后Th核的動能為多少MeV(保留1位有效數(shù)字)? 【解析】　據(jù)題意知：此α衰變的核反應(yīng)方程為 U→Th＋He 根據(jù)動量守恒定律得 mαvα＝mThvTh① 式中，mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量，vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小，由題設(shè)條件知 mαv＋mThv＝Ek② ＝③ 式中Ek＝4.27 MeV是α粒子與Th核的總動能 由①②③式得 mThv＝Ek 代入數(shù)據(jù)得，衰變后Th核的動能 mThv＝0.07 MeV. 【答案】　0.07 MeV