高中物理 第4章 波與粒子 第1節(jié) 核力與核能學業(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) [學業(yè)達標] 1．下列說法中正確的是(　　) A．質子與中子的質量不等，但質量數(shù)相等 B．兩個質子之間，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．質子與中子之間可以有核力，但沒有庫侖力 【解析】　質子和中子的質量不相等，但差別不大，質量數(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．同位素之間質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，質量數(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(　　) 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，形成穩(wěn)定的原子核，但又不會融合在一起 C．質子間、中子間存在核力，質子和中子間無核力 D．核力是一種強相互作用力，在其作用范圍內，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 3．一個質子和一個中子結合成氘核時，產(chǎn)生γ光子，由此可見(　　) A．氘核的質量等于質子和中子的質量之和 B．氘核的質量小于質子和中子的質量之和 C．核子結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．一個質子和一個中子結合成氘核時有質量虧損，但無質量數(shù)的變化 【解析】　由于結合時產(chǎn)生γ光子，即產(chǎn)生能量，故反應中有質量虧損，但反應過程中質量數(shù)守恒，B、E正確，A錯誤．質子和中子統(tǒng)稱核子，該反應為核子結合成原子核的反應，故C對，D錯． 【答案】　BCE 4．關于原子核的結合能與平均結合能，下列說法中正確的是(　　) 【導學號：18850052】 A．原子核的結合能等于核子與核子之間結合成原子核時核力做的功 B．原子核的結合能等于核子從原子核中分離，外力克服核力做的功 C．平均結合能是核子與核子結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合能不同，重核的平均結合能比輕核的平均結合能大 E．不同原子核的平均結合能不同，重核的平均結合能比中等質量核的平均結合能大 【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．當自由核子結合成原子核時，核力將做功，釋放能量．對某種原子核，平均每個核子的結合能稱為平均結合能．不同原子核的平均結合能不同．重核的平均結合能比中等質量核的平均結合能要小，輕核的平均結合能比稍重的核的平均結合能要?。C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，它的質量也一定相應減少Δm B．如果物體的質量增加了Δm，它的能量也一定相應增加Δmc2 C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質量 D．在把核子結合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質量和與組成原子核的質量之差就是Δm E．公式ΔE＝Δmc2表明的是一種轉化關系，物體的質量減少了Δm，它的能量則相應增大了Δmc2 【解析】　一定質量對應于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質量也一定相應減少Δm，即發(fā)生質量虧損，如果物體的質量增加了Δm，它的能量一定相應增加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)生質量虧損，所以選項C錯誤． 【答案】　ABD 6．某核反應方程為H＋H―→He＋X.已知H的質量為2.013 6 u，H的質量為3.018 0 u，He的質量為4.002 6 u，X的質量為1.008 7u，則X是________，該反應________(填“釋放”、“吸收”)能量． 【解析】　由題目所給核反應方程式，根據(jù)核反應過程質量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得H＋H―→He＋X，則X為中子，在該反應發(fā)生前反應物的總質量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反應后產(chǎn)物總質量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u，總質量減少，出現(xiàn)了質量虧損．根據(jù)愛因斯坦的質能方程可知該反應釋放能量． 【答案】　中子　釋放 7．原子質量單位為u,1 u相當于931.5 MeV的能量，真空中光速為c，當質量分別為m1和m2的原子核結合為質量為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．如下一系列核反應是在恒星內部發(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為質子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子．已知質子的質量為mp＝1.672 64810－27 kg，α粒子的質量為mα＝6.644 92910－27 kg，正電子的質量為m＝9.1110－31 kg，中微子的質量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00108 m/s.試計算該系列核反應完成后釋放的能量． 【解析】　將題中的幾個核反應方程左右分別相加，消去兩邊相同的項，上述系列反應等效為：4p→α＋2e＋＋2ν， 質量虧損 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)結合成一個氦核并放出一個中子時，質量虧損為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，則在核反應中釋放的能量為________． 【解析】　根據(jù)愛因斯坦質能方程，一個氘核(H)和一個氚核(H)結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，釋放的能量應為Δmc2的NA倍，即為NAΔmc2. 【答案】　NAΔmc2 10．一個鋰核(Li)受到一個質子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質子的質量是1.673 610－27 kg，鋰核的質量是11.650 510－27 kg，氦核的質量是6.646 610－27 kg. (1)寫出上述核反應的方程； (2)計算上述核反應釋放出的能量．(保留3位有效數(shù)字) 【解析】　(1)由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 Li＋H→2He. (2)核反應的質量虧損 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核的質量，vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小，由題設條件知 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