2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核5核力與結(jié)合能課堂演練含解析新人教版選修3-5

PAGE5-核力與結(jié)合能1.（多選）下列對(duì)核力的相識(shí)正確的是（）A.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)B.核力存在于質(zhì)子和中子、中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)子之間只有庫(kù)侖斥力C.核力是核子間相互吸引的力，是短程力D.核力只存在于相鄰的核子之間，具有飽和性解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，存在于相鄰的核子之間，質(zhì)子和中子、中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)子之間都存在核力作用，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；核力是短程力，只存在于相鄰的核子之間，具有飽和性，表現(xiàn)為吸引力還是斥力與距離有關(guān)，故C、D正確.答案：ACD2.（多選）關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說(shuō)法，正確的是（）A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)肯定相等B.穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)少C.原子核都是特別穩(wěn)定的D.由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，不行能無(wú)節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在解析：原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不肯定相等，特殊是在原子序數(shù)越大的原子核中，中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多，且原子序數(shù)大的和小的都沒(méi)有中等質(zhì)量原子核穩(wěn)定，故A、C錯(cuò)誤，B正確.又由于核力是短程力及飽和性的特點(diǎn)，使原子核不行能無(wú)節(jié)制的增大，故D正確.答案：BD3.下列關(guān)于核力、原子核的結(jié)合能、比結(jié)合能的說(shuō)法正確的是（）A.維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力就是表現(xiàn)為相鄰核子間的相互吸引力B.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力小C.比結(jié)合能小的原子核分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能D.自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能解析：維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力可以是核子間的相互吸引力，也可以是排斥力，故A錯(cuò)誤；核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大的多，故B錯(cuò)誤；比結(jié)合能小的原子核分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)虧損質(zhì)量，放出核能，故C正確；自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，故D錯(cuò)誤.答案：C4.如圖所示，表示原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系，據(jù)此下列說(shuō)法中正確的是（）A.重的原子核，例如鈾核（eq\o\al(235,)92U），因?yàn)樗暮俗佣啵肆Υ?，所以結(jié)合得堅(jiān)實(shí)而穩(wěn)定B.鋰核（eq\o\al(6,3)Li）的核子的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能小，因而比鈾核結(jié)合得更堅(jiān)實(shí)更穩(wěn)定C.原子核結(jié)合的松緊程度可以用“比結(jié)合能”來(lái)表征，比結(jié)合能的定義是每個(gè)核子的平均結(jié)合能；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.以上三個(gè)表述都錯(cuò)誤解析：比結(jié)合能是指要把原子核內(nèi)核子分開(kāi)平均每個(gè)核子須要的能量，所以比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，由題圖知，中等大小的原子核比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確.答案：C[A級(jí)抓基礎(chǔ)]1.（多選）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)系圖象，下列說(shuō)法正確的是（）A.若DE能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定能放出核能B.若DE能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定要汲取能量C.若CB能結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程肯定要放出能量D.若CB能結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程肯定要汲取能量解析：DE結(jié)合成F，有質(zhì)量虧損，依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，有能量釋放，A正確，B錯(cuò)誤；若CB能結(jié)合成A，也有質(zhì)量虧損，依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，要汲取能量，D正確，C錯(cuò)誤；故選AD.答案：AD2.原子質(zhì)量單位為u，1u相當(dāng)于931.5MeV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(shí)釋放出的能量是（）A.（M－m1－m2）u·c2B.（m1＋m2－M）u×931.5JC.（m1＋m2－M）c2D.（m1＋m2－M）×931.5eV解析：在核能計(jì)算時(shí)，假如質(zhì)量的單位是kg，則用ΔE＝Δmc2進(jìn)行計(jì)算，假如質(zhì)量的單位是u，則利用1u相當(dāng)于931.5MeV的能量計(jì)算，即ΔE＝Δm×931.5MeV進(jìn)行計(jì)算，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤.答案：C3．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照耀靜止氘核使之分解，反應(yīng)方程為γ＋D→p＋n，若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等，則中子的動(dòng)能是()A.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]B.eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2＋E]C.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]D.eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]解析：因?yàn)檩p核聚變時(shí)放出能量，質(zhì)量虧損，所以氘核分解為核子時(shí)，要汲取能量，質(zhì)量增加，本題核反應(yīng)過(guò)程中γ射線能量E對(duì)應(yīng)質(zhì)量的增加和中子與質(zhì)子動(dòng)能的產(chǎn)生，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek得Ek＝eq\f(1,2)[E－(mp＋mn－mD)c2]＝eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]，故選C.答案：C4.（多選）钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時(shí)釋放巨大能量，如圖所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He，并伴隨γ光子輻射，則下列說(shuō)法中正確的是（）A.核燃料總是利用比結(jié)合能小的核B.核反應(yīng)中γ光子的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能大D.由于衰變時(shí)釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能小解析：依據(jù)比結(jié)合越大，越穩(wěn)定，則核燃料總是利用比結(jié)合能小的核，故A正確；核反應(yīng)中γ的能量不是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；eq\a\vs4\al(eq\o\al(235,92)U)比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能大，所以衰變時(shí)，會(huì)釋放巨大能量，故C錯(cuò)誤，D正確.答案：ADB級(jí)提實(shí)力5.（多選）一個(gè)鈹原子核（eq\o\al(7,4)Be）俘獲一個(gè)核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核（eq\o\al(7,3)Li），并放出一個(gè)不帶電的質(zhì)量接近零的中微子νe，人們把這種衰變稱為“K俘獲”.靜止的鈹核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe已知鈹原子的質(zhì)量為MBe＝7.016929u，鋰原子的質(zhì)量為MLi＝7.016004u，1u相當(dāng)于9.31×102MeV.下列說(shuō)法正確的是（）A.中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零B.鋰核（eq\o\al(7,3)Li）獲得的動(dòng)能約為0.86MeVC.中微子與鋰核（eq\o\al(7,3)Li）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量D.中微子與鋰核（eq\o\al(7,3)Li）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量解析：反應(yīng)方程為eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋νe，依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；依據(jù)質(zhì)能方程，能量削減ΔE＝Δmc2＝（7.016929u＋me－7.016004）×9.31×102MeV>0.86MeV，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動(dòng)能，B錯(cuò)誤；衰變過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故反應(yīng)前后動(dòng)量守恒，故中微子與鋰核（eq\o\al(7,3)Li）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量，C正確；由于反應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損，所以中微子與鋰核（eq\o\al(7,3)Li）的能量之和小于反應(yīng)前電子的能量，D錯(cuò)誤.答案：AC6.eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為3.016050u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007277u，中子的質(zhì)量是1.008655u.求：（1）一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是汲取還是放出能量？該能量為多少？（2）氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？（3）假如此能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？解析：（1）一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程是：eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為：mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u，反應(yīng)后新核的質(zhì)量mH＝3.016050u，質(zhì)量虧損Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u，因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)釋放能量；釋放的核能ΔE＝0.008557×931.5MeV＝7.97MeV.（2）氚核的結(jié)合能ΔE＝7.97MeV，它的比結(jié)合能為：eq\f(ΔE,3)≈2.66MeV.（3）放出光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(7.97×106×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.92×1021Hz.答案：（1）放出能量7.97MeV（2）7.97MeV2.66MeV（3）1.92×1021Hz7．鐳核eq\o\al(226,88)Ra發(fā)生衰變放出一個(gè)粒子變?yōu)殡焙薳q\o\al(222,86)Rn.已知鐳核226質(zhì)量為226.0254u，氡核222質(zhì)量為222.0163u，放出粒子的質(zhì)量為4.0026u.(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2)求鐳核衰變放出的能量；(3)若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦隽Ｗ拥膭?dòng)能，求放出粒子的動(dòng)能．解析：(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.(2)鐳核衰變放出的能量為ΔE＝Δm·c2＝(226.0254－4.0026－222.0163)×931.5MeV≈6.05MeV.(3)設(shè)鐳核衰變前靜止，鐳核衰變時(shí)動(dòng)量守恒，則由動(dòng)量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0.①又因?yàn)樗プ兎懦龅哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕挺亮Ｗ拥膭?dòng)能，則ΔE＝eq