高中物理 第19章 原子核 5 核力与结合能课时作业 新人教版选修35.doc

5核力与结合能一、a组(20分钟)1.对于核力,以下哪些说法是正确的()a.核力是弱相互作用,作用力很小b.核力是强相互作用,是强力c.核子之间的距离小于0.810-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起d.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.810-15 m时,核力的变化规律更清楚解析:核力是强相互作用的一种表现,它的作用范围在 1.510-15 m之内,核力比库仑力大得多,因此,选项b正确,a错误;核力在大于0.810-15 m时,表现为吸引力,且随距离增大而减小,在距离小于0.810-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,所以,选项c正确;人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们奋力攻克的堡垒,故选项d错误。答案:bc2.核子结合成原子核或原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化,这是因为()a.原子核带正电,电子带负电,电荷间存在很大的库仑力b.核子具有质量且相距很近,存在很大的万有引力c.核子间存在着强大的核力d.核子间存在着复杂磁力解析:核子之间存在核力作用,核子结合成原子核或原子核分解为核子时,都有核力作用,故伴随着巨大的能量变化,故选c。答案:c3.一个质子和一个中子结合成氘核时,产生光子,由此可见()a.氘核的质量等于质子和中子的质量之和b.氘核的质量小于质子和中子的质量之和c.核子结合成原子核时会释放核能d.原子核分解成核子时会释放核能解析:由于结合时产生光子,即产生能量,故反应中有质量亏损,b对,a错;质子和中子统称核子,该反应为核子结合成原子核的反应,故c对,d错。答案:bc4.对于爱因斯坦提出的质能方程e=mc2,下列说法中不正确的是()a.e=mc2表明物体具有的总能量与其质量成正比b.根据e=mc2可以计算核反应中释放的结合能c.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出能量,表明此过程中出现了质量亏损d.e=mc2中的e是发生核反应中释放的能量解析:公式e=mc2中的e表示物体具有的总能量,m表示物体的质量,故选项a正确,d错误;e=mc2表示的意义则是当物体的质量变化m时,它的能量就会相应的变化e,故选项b正确;只有出现质量亏损时,才能释放核能,故选项c正确。答案:d5.导学号97280110如图,原子核的平均核子质量a与原子序数z的关系图象,下列说法正确的是()a.若d、e能结合成f,结合过程一定要释放能量b.若d、e能结合成f,结合过程一定要吸收能量c.若c、b能结合成g,结合过程一定要释放能量d.若f、c能结合成b,结合过程一定要释放能量解析:由e=mc2可知,释放能量时生成物比反应物质量小,反之则大。根据题图可知,d、e结合成f,核子数不变,质量减少,释放能量,a选项正确。答案:a6.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为m,相应的能量e=mc2=2.2 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.用能量等于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,它们的动能之和为零c.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:中子和质子结合时放出的能量为2.2 mev,所以要使氘核分解为中子和质子至少也需要2.2 mev的能量,所以a正确;又因为动能为标量,氘核分解为中子和质子时,二者不可能都是静止的,所以动能之和不为零,这一部分动能来自于光子的能量,所以b、c错误,d正确。答案:ad7.在某些恒星内,3个粒子结合成1个c原子的质量是12.000 0 uhe原子的质量是4.002 6 u。已知1 u=1.6610-27 kg,则()a.反应过程中的质量亏损是0.007 8 ub.反应过程中的质量亏损是1.2910-29 kgc.反应过程中释放的能量是7.26 mevd.反应过程中释放的能量是1.1610-19 j解析:由题意可得核反应方程为hec+e。则核反应中的质量亏损为m=(34.002 6-12.000 0)u=0.007 8 u=0.007 81.6610-27 kg1.2910-29 kg,由质能方程得e=mc2=1.2910-29(3108)2 j=1.16110-12 j7.26 mev。故正确选项为a、b、c。答案:abc8.如果要把o分成8个质子和8个中子,要给它多少能量?要把它分成4个he,要给它多少能量?(已知o的核子比结合能是7.98 mevhe的核子比结合能是7.07 mev)解析:将o分成8个质子和8个中子所提供的能量为o的结合能,即为其核子数与比结合能的乘积。需提供的能量为e=167.98 mev=127.68 mev。o的结合能为eo=127.68 mev。4个he的总的结合能为ehe=447.07 mev=113.12 mev。将o分成4个he需提供的能量为e=eo-ehe=127.68 mev-113.12 mev=14.56 mev。答案:127.68 mev14.56 mev9.一个静止的铀核u(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核th(原子质量为228.028 7 u)。(已知原子质量单位1 u=1.6610-27 kg,1 u相当于931.5 mev的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程。(2)算出该衰变反应中释放出的核能。(3)若释放的核能全部转化为新核的动能,则粒子的动能为多少?解析:(1thhe。(2)质量亏损m=mu-m-mth=0.005 9 ue=mc2=0.005 9931.5 mev5.50 mev。(3)系统动量守恒,钍核和粒子的动量大小相等,即pth+(-p)=0pth=pekth=ek=ekth+ek=e,所以粒子获得的动能ek=e=5.50 mev5.41 mev。答案:(1thhe(2)5.50 mev(3)5.41 mev二、b组(20分钟)1.导学号97280111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 kg和m2 kg的原子核结合为质量为m kg的原子核时,释放出的能量是()a.(m-m1-m2)c2 jb.(m1+m2-m)931.5 jc.(m1+m2-m)c2 jd.(m1+m2-m)931.5 ev解析:在核能计算时,如果质量单位是kg,则用e=mc2进行计算,单位是j;若质量单位是u,则利用e=m931.5 mev进行计算,所以选项c正确。答案:c2.为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程 e=mc2,科学家用中子轰击硫原子,分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量,然后进行比较,精确验证了质能方程的正确性,设捕获中子前的原子质量为m1,捕获中子后的原子质量为m2,被捕获的中子质量为m3,核反应过程放出的能量为e,则这一实验需验证的关系式是()a.e=(m1-m2-m3)c2b.e=(m1+m3-m2)c2c.e=(m2-m1-m3)c2d.e=(m2-m1+m3)c2解析:反应前的质量总和为(m1+m3),质量亏损m=m1+m3-m2,核反应释放的能量e=mc2=(m1+m3-m2)c2,故选项b正确。答案:b3.关于原子核的结合能,下列说法正确的是()a.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量b.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能c.铯原子核cs)的结合能小于铅原子核pb)的结合能d.自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析:结合能是把核子分开所需的最小能量,选项a正确;一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项b正确;核子数越多,结合能越大,选项c正确;自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,选项d错误。答案:abc4.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 4 u,氡核222质量为222.016 3 u,放出粒子质量为4.002 6 u。(1 u=1.6610-27 kg,1 u相当于931.5 mev的能量)(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的粒子的动能,求放出粒子的动能。解析:(1)核反应(衰变)方程为rarnhe。(2)镭核衰变放出的能量为e=mc2=(226.025 4-4.002 6-222.016 3)931.5 mev6.05 mev。(3)设镭核衰变前静止,镭核衰变时动量守恒,则由动量守恒定律可得mrnvrn-mv=0又根据衰变放出的能量转变为氡核和粒子的动能,则e=mrnm,由可得e=e=6.05 mev5.94 mev。答案:(1rarnhe(2)6.05 mev(3)5.94 mev5.用中子轰击锂核li)发生核反应,生成氚核h)和粒子,并放出4.8 mev的能量。(1)写出核反应方程。(2)求出质量亏损。(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰,则氚核和粒子的动能比是多少?(4)粒子的动能是多大?解析:(1lihe+4.8 mev。(2)依据e=mc2得m=8.510-30 kg。(3)根据题意有0=m1v1+m2v2,式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和粒子的质量和速度,由上式及动能ek=,可得它们的动能之比为ek1ek2=m2m1=43。(4)粒子的动能ek2=(ek1+ek2)=4.8 mev2.06 mev。答案:(1lihe+4.8 mev(2)8.510-30 kg(3)43(4)2.06 mev6.导学号97280112 h的质量是3.016 050 u,质子的质量是1.007 277 u,中子的质量是1.008 665 u。已知u为质量单位,1 u相当于931.5 mev能量。则:(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)如果这些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式是h+h,反应前各核子总质量为mp+2mn=1.007 277 u+21.008 665 u=3.024 607 u反应后新核的质量为mh=3.016 0