2019-2020年高中物理 第19章 第5節(jié) 核力與結合能練習 新人教版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第19章 第5節(jié) 核力與結合能練習 新人教版選修3-5 1．四種基本相互作用． (1)自然界物體之間的相互作用除了以前學習的引力相互作用和電磁力相互作用，還存在強相互作用和弱相互作用． (2)核力：原子核里的核子間有著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內，形成穩(wěn)定的原子核． (3)核力的特點：①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)．②核力是短程力，作用范圍在1.5 m之內，大于0.8 m時表現(xiàn)為引力．小于0.8 m表現(xiàn)為斥力．③每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，具有飽和性． 2．原子核中質子與中子的比例． 原子核是由質子和中子組成，較輕的原子核，質子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質子數(shù)，越重的元素，相差越大．這是因為核子數(shù)越多時，有些核之間的距離越大，核力會迅速減小，使核力不足以克服質子的庫侖斥力，使原子核不穩(wěn)定，可見原子核的粒子數(shù)不能無限多的原因是核力的飽和性決定的． 3．結合能． 由核子結合成原子核要放出能量，這就是原子核的結合能．原子核的結合能與核子數(shù)之比，稱作比結合能，也叫平均結合能．比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定． 4．質量虧損． (1)原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫作質量虧損． (2)質能方程：物體的能量與它的質量有簡單比例關系，即E＝，質量虧損Δm與原子核的結合能的關系為：ΔE＝Δ. 1．原子核中質子與中子結合在一起依靠的是(C) A．正負電荷相互吸引的力 B．正電荷之間的相互排斥力 C．核力 D．分子間的引力和斥力 解析： 因為中子是不帶電的，所以不存在電荷之間的相互作用，所以A、B是錯誤的；D答案中給出的是分子之間的作用力而不是質子和中子之間的作用力，故而D是錯誤的． 2．(xx北京卷)質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3.當一個質子和一個中子結合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(C) A．(m1＋m2－m3)c　　　　B．(m1－m2－m3)c 解析：根據(jù)質能方程知C正確． 3．氫原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種從大到小的排列順序是(D) A．核力、萬有引力、庫侖力 B．萬有引力、庫侖力、核力 C．庫侖力、核力、萬有引力 D．核力、庫侖力、萬有引力 解析：氫原子核里有兩個質子與兩個中子組成，由于存在質量所以它們間存在萬有引力、質子帶正電，因此質子間存在庫侖斥力和質子與中子統(tǒng)稱核子，所以它們間存在核力，但這些力有大小之分．核力是強力，它能將核子束縛在原子核內．萬有引力最弱，研究核子間相互作用時萬有引力可以忽略． 4．中子n、質子p、氘核D的質量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應方程為γ＋D→p＋n.若分解后的中子、質子的動能可視為相等，則中子的動能是(C) 解析：據(jù)能量守恒可知：E＋Δ＝2Ek， 得：Ek＝(E＋Δ)， 即Ek＝[(mD－mp－mn) ＋E]，故C正確． 5．(多選)質子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如是的“鏡像核”，同樣也是的“鏡像核”，則下列說法正確的是(BC) C．β衰變的本質是一個中子轉變?yōu)橐粋€質子，同時放出一個電子 D．核反應的生成物中有α粒子，該反應是α衰變 解析：考查原子物理知識. 的質子數(shù)為7、中子數(shù)為6，的質子數(shù)為6、中子數(shù)為7，依題意和互為鏡像核，B對；的質子數(shù)為7、中子數(shù)為8，的質子數(shù)為8、中子數(shù)為8，A錯；對D選項中的核反應為輕核的聚變反應，D錯；β衰變的本質是一個中子轉變?yōu)橐粋€質子，同時放出一個電子，C對． 6．(多選)用質子轟擊鋰核()生成兩個α粒子，以此進行有名的“驗證愛因斯坦質能方程”的實驗．已知質子的初動能是0.6MeV，質子、α粒子和鋰核的質量分別是1.007 3u、4.001 5u和7.001 6u.已知1u相當于931.5MeV，則下列敘述中正確的是(CD) A．此反應過程質量減少0.010 3u B．生成的兩個α粒子的動能之和是18.3MeV，與實驗相符 C．核反應中釋放的能量是18.9MeV，與實驗相符 D．生成的兩個α粒子的動能之和是19.5MeV，與實驗相符 解析： 根據(jù)題意可知該反應的核反應方程式：；核反應前后的質量虧損為： Δm＝1.007 3 u＋7.016 u－24.001 5 u＝0.020 3 u，故A錯誤；若生成的兩個α粒子的動能之和是Ek＝ΔE＋E1＝0.020 3931.5 MeV＋0.6 MeV＝19.509 45 MeV，故B錯誤，D正確；核反應中釋放的能量ΔE＝Δmc2＝18.909 45 MeV，故C正確；故選CD. 7．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為41026J，根據(jù)愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近(D) 解析：根據(jù)愛因斯坦的質能方程得： Δm＝＝≈4.4109(kg)，D正確． 8．(多選)如圖所示是原子核的核子平均質量與原子序數(shù)Z的關系圖象．下列說法中正確的是(AC) A．若D和E能結合成F，結合過程一定要釋放能量 B．若D和E能結合成F，結合過程一定要吸收能量 C．若A能分裂成B和C，分裂過程一定要釋放能量 D．若A能分裂成B和C，分裂過程一定要吸收能量 解析：題目圖象說明不同的原子核，其核子的平均質量(原子核的質量除以核子數(shù))與原子序數(shù)的關系．從圖中可以看出，F(xiàn)e的核子的平均質量最小，D、E的核子的平均質量比F大，故D、E結合成F時，總質量會減小，應釋放核能．同樣的理由，A分裂成B和C時，總質量也會減少，一定會釋放核能． 9. (多選)下列說法中正確的是(BD) A．中等大小的核的結合能最大，因此這些核是最穩(wěn)定 B．由于每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質 C．氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能減小，電勢能增大 D．質子和中子結合成原子核一定有質量虧損，釋放出能量 解析：比結合能越大的原子核越穩(wěn)定；能級躍遷時，通過軌道半徑的變化，根據(jù)庫侖引力提供向心力，判斷電子動能的變化，從而根據(jù)能量的變化判斷電勢能的變化．中等大小的核比結合能最大，這些核最穩(wěn)定．故A錯誤；由于每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質．故B正確；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，釋放光子，軌道半徑減小，能量減小，根據(jù)k＝m知，電子的動能增大，電勢能減小．故C錯誤；質子和中子結合成原子核一定有質量虧損，釋放出能量．故D正確． 10．在實驗室內較精準地測量到的雙β衰變事例是在1987年公布的，在進行了7 960小時的實驗后，以68%的置信度認出發(fā)生的36個雙β衰變事例．已知靜止的發(fā)生雙β衰變時，將釋放出兩個電子和兩個中微子(中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)都為零)，同時轉變成一個新核X，則X核的中子數(shù)為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質量虧損是________． 解析：中有82－34＝48個中子，發(fā)生雙β衰變時有兩個中子釋放出電子而變?yōu)橘|子，則衰變后中子數(shù)為46個；由質能方程可得，衰變過程中質量虧損Δm＝. 答案：46　 11．2個質子和1個中子結合可以生成氦3，反應方程式為：，已知每個質子的質量為1.007 277 u，中子的質量為1.008 665 u，氦核子的質量為3.002 315 u，試求氦3的結合能． 解析：求出反應過程中的質量虧損，再由愛因斯坦的質能方程或原子質量單位與能量的關系即可求解． 粒子結合前后的質量虧損為： Δm＝2mH＋mn－mα＝21.007 277＋1.008 665－3.002 315＝0.020 904 (u)． 方法一：由愛因斯坦質能方程得，結合能為： 方法二：由于1 u相當于931.5 MeV，則結合能為 E＝0.020 904931.5≈19.472 1 (MeV)． 答案：或19.472 1 MeV 12．钚的放射性同位素靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)*立即衰變?yōu)殁櫤?，并放出能量?.097 MeV的γ光子．已知：、和α粒子的質量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931.5 MeV.已知衰變放出的γ光子的動量可忽略，求α粒子的動能． 解析：上述衰變過程的質量虧損為： Δm＝mPu－mU－mα，① 放出的能量為： ΔE＝Δm，② 這能量是鈾核的動能EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Er之和， 即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ，③ 由①②③式解得： EU＋Eα＝(mPu－mU－mα) －Eγ.④ 設衰變后的鈾核和α粒子的速度大小分別為vU和vα， 則由動量守恒得： mUvU＝mαvα，⑤ 又EU＝，⑥ Eα＝，⑦ 由⑤⑥⑦式解得： ＝.⑧ 由④⑧式解得： Eα＝[(mPu－mU－mα) －Eγ]． 代入題給數(shù)據(jù)解得Eα＝5.034 MeV. 答案：5.034 MeV