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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
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