新教材同步系列2024春高中物理第五章原子核3核力与结合能课后提升训练新人教版选择性必修第三册

第五章3A组·基础达标1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的依次是()A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力【答案】D【解析】核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，D正确．2．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更，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．核子间存在着困难的磁力【答案】C【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，就要克服核力作用，故伴随着巨大的能量变更，故选C．3．某核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X．已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,1)H的质量为3.0180u，eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，则下列说法中正确的是()A．X是质子，该反应释放能量 B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸取能量 D．X是中子，该反应吸取能量【答案】B【解析】由题目所给核反应方程式，依据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X为中子，在该反应发生前反应物总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u．总质量削减，出现了质量亏损．依据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B正确．4．(2024年重庆期末)已知中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氦核(eq\o\al(4,2)He)的质量是4.0026u，1u的质量对应的核能为931.5MeV．则氦核的比结合能约为()A．3.4MeV B．6.8MeVC．13.5MeV D．27MeV【答案】B【解析】核子结合成原子核的过程中，质量亏损为Δm＝1.0087u×2＋1.0073u×2－4.0026u＝0.0294u，所以比结合能为eq\x\to(ΔE)＝eq\f(1,4)×Δm×931.5MeV＝6.8465MeV，B正确．5．(2024年徐州统考)科学家利用加速器胜利合成了第118号元素eq\o\al(297,118)Og．Og很不稳定，其半衰期只有12ms，Og原子核先放出n个相同粒子X，再经过3次α衰变变成eq\o\al(282,112)Cp．关于上述核反应的说法正确的是()A．n＝3B．X粒子是质子C．eq\o\al(297,118)Og中含有118个中子D．10个Og原子核经过12ms后确定有5个发生衰变【答案】A【解析】依据题意，由α衰变原理可知，经过3次α衰变，质量数削减12，电荷数减小6，由质量数守恒和电荷数守恒可知，n个相同粒子X共有质量数为A＝297－282－12＝3；电荷数为Z＝118－112－6＝0，可知X粒子是中子，且n＝3，B错误，A正确；eq\o\al(297,118)Og中含有的中子数为n＝297－118＝179，C错误；半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少量放射性原子核不适用，D错误．6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD，现用光子能量为E的γ射线照耀静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n．若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()A．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E] B．eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2＋E]C．eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E] D．eq\f(1,2)[(mp＋mn－mD)c2－E]【答案】C【解析】核反应因质量亏损释放的核能ΔE＝(mD－mp－mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有Ek＝eq\f(ΔE＋E,2)，C正确．7．(多选)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α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和确定大于原来重核的结合能C．铯原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的结合能小于铅原子核(eq\o\al(208,82)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【答案】ABC【解析】原子核分解成自由核子时，须要的最小能量就是原子核的结合能，A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和确定大于原来重核的结合能，B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，C正确．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，D错误．8．一静止的原子核anX发生α衰变，变成另一个新的原子核Y，衰变后测得α粒子的速率为v，已知α粒子的质量为m0，原子核Y的质量为M，下列说法正确的是()A．原子核Y的符号表示为a－m0n－2YB．anX的比结合能确定大于Y核的比结合能C．原子核Y的速率为eq\f(m0v,M)D．原子核衰变过程中释放的核能为eq\f(1,2)m0v2【答案】C【解析】依据质量数和电荷数守恒可知，原子核Y的符号表示为eq\o\al(a－4,n－2)Y，A错误；因反应放出核能，故anX的比结合能小于Y核的比结合能，B错误；依据动量守恒定律可得m0v＝Mv′，解得v′＝eq\f(m0v,M)，C正确；依据上述可知，因原子核Y有速度，也有动能，故衰变过程中释放的核能大于eq\f(1,2)m0v2，D错误．9．(2024年全国卷)2024年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事务观测中作出重要贡献．由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J．假设释放的能量来自于物质质量的削减，则每秒钟平均削减的质量量级为(光速为3×108m/s)()A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034kg【答案】C【解析】依据质能方程E＝mc2可知，则每秒钟平均削减的质量为Δm＝eq\f(E0,60c2)＝eq\f(1048,60×(3×108)2)kg＝eq\f(1030,5.4)kg，则每秒钟平均削减的质量量级为1029kg，C正确．10．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照耀静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照耀静止氘核时，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2.2MeV的光子照耀静止氘核时，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2.2MeV的光子照耀静止氘核时，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【答案】AD【解析】氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸取的能量不能小于其结合能2.2MeV，A正确；光子照耀氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸取后，分解成的质子和中子的总动量不为零，总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2MeV，D正确，B、C错误．B组·实力提升11．(2024年龙岩期末)近日物理学家创建了一个南瓜形态的镥­149(eq\o\al(149,z)Lu)原子核，它能以一种罕见的放射性衰变方式释放质子．其衰变方程为eq\o\al(149,z)Lu→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(n,70)Yb，下列说法正确的是()A．降低温度可以延长镥­149的半衰期B．镥­149原子核衰变前核内中子数为78C．衰变产物eq\o\al(n,70)Yb的中子数为77D．镥­149的比结合能比eq\o\al(n,70)Yb的大【答案】B【解析】元素原子核的半衰期是由元素本身确定，与元素所处的物理和化学状态无关，A错误；依据电荷数守恒可知z＝1＋70＝71，镥-149原子核衰变前核内中子数为149－z＝78，B正确；依据质量数守恒可知n＋1＝149，衰变产物n70Yb的中子数为n－70＝78，C错误；反应中释放能量，所以衰变后产物更稳定，比结合能更大，故镥－149的比结合能比n70Yb的小，D错误．12．eq\o\al(3,1)H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665u．1u相当于931.5MeV的能量，求：(计算结果保留三位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸取还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)假如此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？解：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u，反应后新核的质量为mH＝3.016050u，质量亏损为Δm＝3.024607u－3.0