2016-2017学年高中物理 第十九章 原子核新人教版选修3-5_3

1 第十九章 原子核 5 核力与结合能 1对原子核的组成，下列说法正确的是( ) A核力可使一些中子组成原子核 B核力可使非常多的质子组成原子核 C不存在只有质子的原子核 D质量较大的原子核内一定有中子 解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子 集聚在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力， A、B 错误；自然界中存在只有一个质子的原子核， H，C 错误；较大质量的原子核内只有1 存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故 D正确 答案：D 2关于核力的说法正确的是( ) A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用 B核力就是电磁力 C核力是短程力，作用范围在 1.51015 m之内 D核力与电荷有关 解析：核力是短程力，超过 1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故 C对；核力与 万有引力、 电磁力不同，故 A、B 不对；核力与电荷无关，故 D错 答案：C 3(多选)对核子结合成原子核的下列说法正确的是( ) A原子核内的核子间均存在核力 B原子核内的质子间均存在核力和库仑力 C当 n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小 D对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用 解析：由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知 A、B 错误；当 n个核子 靠近到核力作用范围内，而距离大于 0.81015 m，核力表现为引力，在此过程核力必做 正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于 0.81015 m，故 C正确；对质 子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力， 随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系 二者的平衡，故 D正确 答案：CD 2 4某核反应方程为 H H HeX.已知 H的质量为 2.013 6 u， H的质量为 3.018 21 31 42 21 31 0 u， He的质量为 4.002 6 u，X 的质量为 1.008 7 u则下列说法中正确的是( )42 AX 是质子，该反应释放能量 BX 是中子，该反应释放能量 CX 是质子，该反应吸收能量 DX 是中子，该反应吸收能量 解析：由题目所给核反应方程式，根据核反应过程中质量数，电荷数守恒规律，可得： H H He n，X 为中子，在该反应发生前，反应 物的总质量 m12.013 6 u3.018 0 21 31 42 10 u5.031 6 u，反应后产物总质量 m24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u，总质量减少， 出现了质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知，该反应释放能量 答案：B 5一个锂核( Li)受到一个质子的轰击，变成两个 粒子已知质子的质量是 1.673 73 61027 kg，锂核的质量是 11.650 51027 kg，氦核的质量是 6.646 61027 kg. (1)写出上述核反应的方程； (2)计算上述核反应释放出的能量(保留三位有效数字) 解析：(1) Li H2 He.73 1 42 (2)核反应的质量亏损为 m mLi mH2 m (11.650 510 27 1.673 610 27 26.646 610 27 ) kg 3.0910 29 kg. 则释放的能量为 E mc23.091 029 (3108)2 J2.7810 12 J. 答案：(1) Li H2 He (2)2.7810 12 J73 1 42 1(2014北京卷)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、 m2和 m3.当一个质子和一个中 子结合成氘核时，释放的能量是( c表示真空中的光速)( ) A( m1 m2 m3)c B( m1 m2 m3)c C( m1 m2 m3)c2 D( m1 m2 m3)c2 解析：根据质能方程知 C正确 答案：C 2如图所示是描述原子核核子的平均质量 与原子序数 Z的关系曲线，由图可知下 - m 列说法正确的是( ) 3 A将原子核 A分解为原子核 B、 C可能吸收能量 B将原子核 D、 E结合成原子核 F可能吸收能量 C将原子核 A分解为原子核 B、 F一定释放能量 D将原子核 F、 C结合成原子核 B一定释放能量 解析：因 B、 C核子平均质量小于 A的核子平均质量，故 A分解为 B、 C时，出现质量 亏损，则放出能量，故 A错同理可知 B、D 错，C 正确 答案：C 3原子质量单位为 u，1 u相当于 931.5 MeV的能量，真空中光速为 c，当质量分别 为 m1和 m2的原子核结合为质量为 M的原子核时释放出的能量是( ) A( M m1 m2) uc2 B( m1 m2 M) u931.5 J C( m1 m2 M)c2 D( m1 m2 M)931.5 eV 解析：在核能计算时，如果质量的单位是 kg，则用 E mc2进行计算，如果质量的 单位是 u，则利用 1 u相当于 931.5 MeV的能量计算，即 E m931.5 MeV进行计算， 故 C正确，A、B、D 错误 答案：C 4中子 n、质子 p、氘核 D的质量分别为 m n、 mp、 mD.现用光子能量为 E的 射线照 射静止氘核使之分解，反应方程为 Dpn，若分解后中子、质子的动能可视为相等， 则中子的动能是( ) A. (mD mp mn)c2 E 12 B. (mD mn mp)c2 E 12 C. (mD mp mn)c2 E 12 D. (mD mn mp)c2 E 12 解析：因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量， 质量增加，本题核反应过程中 射线能量 E对应质量的增加和中子与质子动能的产生， 即 E mc22 Ek( mp mn mD)c22 Ek得 Ek E( mp mn mD)c2 (mD mp mn)c2 E， 12 12 4 故选 C. 答案：C 5(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为 m，相应 的能量 E mc22.2 MeV 是氘核的结合能，下列说法正确的是( ) A用能量小于 2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子 B用能量小于 2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子， 它们的动能之和不为零 C用能量大于 2.2 Me V的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中 子，它们的动能之和为零 D用能量大于 2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子， 它们的动能之和不为零 解析：用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以 A正确，B 错 误用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中 子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以 C错误，D 正确 答案：AD 6氘核和 氚核聚变时的核反应方程为 H H He n，已知 H的平均结合能是21 31 42 10 31 2.78 MeV， H的平均结合能是 1.09 MeV， He的平均结合能是 7.03 MeV，则核反应时释放21 42 的能量为_MeV. 解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1(1.0922.783) MeV10.52 MeV. 反应后生成的氦核的结合能 E27.034 MeV28.12 MeV. 由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 E E2 E1(28.1210.52) MeV17.6 MeV. 答案：17.6 7. H的质量为 3.016 050 u，质子的质量是 1.007 277 u，中子的质量是 1.008 655 31 u求： (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是 H2 n H，1 10 31 反应前各核子总质量为 mp2 mn1.007 277 u21.008 665 u3.024 607 u， 反应后新核的质量为 mH3.016 050 u， 5 质量亏损为 m3.02 4 607 u3.016 050 u0.008 557 u， 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量 释放的核能为 E0.008 557931.5 MeV7.97 MeV. (2)氚核的结合能即为 E7.97 MeV， 它的比结合能为 2.66 MeV. E3 (3)放出光子的频率为 Hz1.9210 21 Hz. Eh 7.971061.610 196.6310 34 答案：( 1)放出能量 7.97 MeV (2)7.97 MeV 2.66 MeV (3)1.921021 Hz 8镭核 Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核 Rn.已知镭核 226质量为 226 .025 22688 22286 4 u，氡核 222质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u. (1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量； (3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能 解析：(1)核反应方程为 Ra Rn He.22688 22286 42 (2)镭核衰变放出的能量为 E mc2(226.025 44.002 6222.016 3) 931.5 MeV6.05 MeV. ( 3)设