2024-2025学年高中物理课时分层作业15核力与结合能含解析粤教版选修3-5

PAGE5-课时分层作业(十五)(时间：45分钟分值：100分)[基础达标练]一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1．对于核力，以下说法正确的是()A．核力是弱相互作用力，作用力很小B．核力是强相互作用的表现，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15mD．人们对核力的了解很清晰，特殊是在小于0.8×10－15mB[要驾驭核力的基本特点，驾驭核力与万有引力、电磁力的区分，这是解决核力问题的关键．核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15m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0.8×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－2．(多选)由图可得出的结论是()A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量B．质子和中子的质量之和大于氘核的质量C．氘核分解为质子和中子时要汲取能量D．质子和中子结合成氘核时要汲取能量BC[氘核汲取了γ光子后，能量增加，分裂成了一个中子和一个质子，故C对，D错；依据能量守恒和爱因斯坦质能方程可知，能量增加，对应的质量也增加，故质子和中子的质量之和大于氘核的质量，A错，B对．]3．(多选)下列说法正确的是()A．核反应：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,2)C＋X，符号“X”表示中子B．若一个铀核在裂变前后的质量亏损为Δm，则其释放的核能为ΔE＝Δmc2C．氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小D．比结合能越小，表示原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定AB[依据核反应过程中质量数和电荷数守恒可知，符号“X”表示中子，故A选项正确；依据爱因斯坦质能方程可知，质量亏损Δm，释放的核能为ΔE＝Δmc2，故B选项正确；氢原子辐射出光子后能量减小，核外电子的轨道半径变小，加速度变大，故C选项错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定，故D选项错误．]4．铀原子核发生衰变时衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X，其中eq\o\al(238,)92U、eq\o\al(234,90)Th、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则()A．X是电子B．m1＝m2＋m3C．衰变时释放的能量为(m1－m2－m3)c2D．若提高温度，eq\o\al(238,92)U半衰期将会变小C[依据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误．依据质量亏损，则m1＞m2＋m3，故B错误．依据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确．半衰期的大小与温度无关，故D错误．]5．已知氘核(eq\o\al(2,1)H)的平均结合能为1.1MeV，氦核(eq\o\al(3,2)He)的平均结合能为2.57MeV，两个氘核结合成一个氦核的反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，此核反应()A．放出3.31MeV能量 B．放出5.51MeV能量C．放出5.88MeV能量 D．汲取1.83MeV能量A[eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n；聚变反应前两个eq\o\al(2,1)H的总结合能为：E1＝1.1×4MeV＝4.4MeV反应后生成的氦核的结合能为：E2＝2.57×3MeV＝7．71MeV所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31MeV，故A正确，B、C、D错误；]6．(多选)如图所示是描述原子核核子的平均质量eq\x\to(m)与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()A．将原子核A分解为原子核B、C肯定放出能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能汲取能量C．将原子核A分解为原子核B、F肯定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B肯定释放能量AC[因B、C核子平均质量小于A核子的平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A正确，同理可得B、D错，C正确．]二、非选择题(14分)7．已知氮核质量mN＝14.00753u，氧核质量mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子质量mH＝1.00815u，试推断核反应eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是吸能反应还是放能反应？能量改变为多少？[解析]反应前总质量mN＋mHe＝18.01140u反应后总质量mO＋mH＝18.01269u因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(m0＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV＝1.2MeV.[答案]吸能1.2MeV[实力提升练]一、选择题(本题共4小题，每小题6分)1．核反应方程eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,6)C＋X＋ΔE中，eq\o\al(15,7)N的质量为m1、eq\o\al(1,1)H的质量为m2、eq\o\al(12,6)C的质量为m3、X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列推断正确的是()A．X是eq\o\al(3,2)He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2B．X是eq\o\al(4,2)He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2C．X是eq\o\al(3,2)He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．X是eq\o\al(4,2)He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2B[依据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数：m＝15＋1－12＝4，核电荷数：z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核eq\o\al(4,2)He，该反应过程中质量亏损为Δm＝(m1＋m2－m3－m4)所以释放的核能为：ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2.故A、C、D错误，B正确．]2．心脏起搏器中的微型核电池如图所示，它以钽铂合金作外壳，内装有钚238，整个电池只有160g重，体积仅18mm3.核电池的核心是静态热电换能器，它将热能转化为电能，工作效率只有20%，大部分热能被奢侈掉．已知此核电池的输出功率为2.30×10－4W，可以连续运用10年，1g钚238能产生2.46×106J热能，则此核电池中钚238的质量约为()A．0.05g B．0.15gC．1g D．5gB[依据功能关系可知，此核电池释放的功率P0：P0×20%＝P出所以：P0＝1.15×10－3W由能量关系可知：n·E0＝P0t，代入数据可得：n＝0.147g≈0.15g．故A、C、D错误，B正确；]3．(多选)下列说法中正确的是()A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所隐藏的能量的量度C．核反应中发生的“质量亏损”是由静止质量变成运动质量D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒BC[E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消逝，事实上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项正确；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误．]4．原来静止的原子核eq\o\al(A,Z)X质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，已测得α粒子的速度垂直于磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列五个结论中，不正确的是()A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为eq\f(2,Z－2)B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为eq\f(2,Z－2)C．此衰变过程中的质量亏损为m1－m2－m3D．此衰变过程中释放的核能为eq\f(AE0,A－4)A[原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2.由题意知X核原来静止，则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等，由R＝eq\f(mv,Bq)知RY∶Rα＝qα∶qY＝2∶(Z－2)，故B项正确；而周期之比由T＝eq\f(2πm,Bq)知TY∶Tα＝eq\f(mY,qY)·eq\f(qα,mα)＝eq\f(A－4,2Z－2)，故A项错误；该过程质量亏损Δm＝m1－(m2＋m3)，故C项正确；由Ek＝eq\f(p2,2m)知Y核的动能EkY＝eq\f(4E0,A－4)，则释放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝eq\f(AE0,A－4)，故D项正确．]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5．(12分)假如把eq\o\al(16,8)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eq\o\al(4,2)He，要给它多少能量？已知eq\o\al(16,8)O的核子平均结合能是7.98MeV，eq\o\al(4,2)He的核子平均结合能是7.07MeV.[解析]把eq\o\al(16,8)O分成8个质子和8个中子需供应的能量为ΔE1＝16×7.98MeV＝127.68MeV将2个质子和2个中子结合成一个eq\o\al(4,2)He所放出的能量为ΔE2＝4×7.07MeV＝28.28MeV则将eq\o\al(16,)8O分成4个eq\o\al(4,2)He需供应的能量为ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68MeV－4×28.28MeV＝14.56MeV.[答案]127.68MeV14.56MeV6．(14分)用中子轰击锂核(eq\o\al(6,3)Li)发生核反应，生成氚核(eq\o\al(3,1)H)和α粒子，并放出4.8MeV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α粒子的动能之比是多少？(4)α粒子的动能是多大？(1u相当于931.5MeV)[解析](1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋4.8MeV.(2)依据ΔE＝Δm×931.5MeV得：Δm＝eq\f(4.8,931.5)u≈0.0052u.(3)依据题意有：0＝m1v1＋m2v2，式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度．由上式及动能Ek