物理（人教版）新课堂选修3-5学业分层测评第19章5核力与结合能16

学业分层测评(十六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)放射性元素在衰变过程中，有些放出α射线，有些放出β射线，有些在放出α射线或β射线的同时，还以射线的形式释放能量．例如eq\o\al(234,90)Th核的衰变过程可表示为eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e＋γ，对于这个衰变下列说法正确的是()A．是β衰变B．产生的eq\o\al(234,91)Pa核从低能级向高能级跃迁C．是α衰变D．产生的eq\o\al(234,91)Pa核从高能级向低能级跃迁【解析】由核反应方程电荷数守恒和质量数守恒可知生成了eq\o\al(0,－1)e，并释放出能量，故选项A、D正确．【答案】AD2．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，以下说法中正确的是()A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．反应前后质量数不变，但会出现质量亏损D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C、D.【答案】ACD3．如图19­5­1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 ()图19­5­1A．将原子核A分解为原子核B、C一定吸收能量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，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．【答案】C4．在下列判断中，正确的是()A．组成eq\o\al(238,92)U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用B．组成eq\o\al(238,92)U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用C．组成eq\o\al(238,92)U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用D．组成eq\o\al(238,92)U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用【解析】核力属于短程力，由于组成eq\o\al(238,92)U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、B、D均错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．【答案】C5．(多选)关于核力，下列说法中正确的是()【导学号：】A．核力是一种特殊的万有引力，存在于原子核内所有的核子间B．原子核内只有相邻的两个核子间才有核力作用C．核力是原子核能稳定存在而不“分崩离析”的原因D．核力是一种短程强相互作用力，其作用的范围仅在1.5×10－15m内【解析】核力是仅存在于相邻核子间的短程强相互作用力，而万有引力在任何有质量的物体间都存在，且远小于核力，A错，B、D对；因为有了强大的核力平衡了原子核内质子间的库仑力，才使原子核稳定存在，C对．【答案】BCD6．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()【导学号：】A．1036kg B．1018kgC．1013kg D．109kg【解析】根据爱因斯坦的质能方程得：Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,9×1016)kg≈4.4×109kg，D正确．【答案】D7．太阳内部持续不断地发生着4个质子(eq\o\al(1,1)H)聚变为1个氦核(eq\o\al(4,2)He)的热核反应，核反应方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是()【导学号：】A．方程中的X表示中子(eq\o\al(1,0)n)B．方程中的X表示电子(eq\o\al(0,－1)e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2【解析】由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为eq\o\al(0,1)e，A、B错；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错、D对．故选D.【答案】D8．激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10MeV.假定中子从原子核上向外移开距离10－13cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是________.【导学号：】【解析】核力是一种很强的力，应存在于相邻的核子之间，作用范围在1.5×10－15m之内，由题意知：eq\x\to(F)·d＝W＝E，则eq\x\to(F)＝eq\f(10×106×1.6×10－19,10－13×10－2)N＝1.6×103N.【答案】103N[能力提升]9．(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蕴藏的能量的量度C．核反应中发现的“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【解析】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”并不是质量消失，实际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．【答案】BC10．(多选)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，则下列四个结论中，正确的是()【导学号：】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)【解析】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核原先静止，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．【答案】BCD11．相邻质子间的距离约为r＝0.8×10－15m,电量e＝1.60×10－19C，质量mp＝1.67×10－27kg.求：(1)相邻的两质子间的库仑力和万有引力的比值．(2)若只存在库仑力，质子的加速度是多大？【导学号：】【解析】(1)两质子间的库仑力F库＝keq\f(e2,r2)，万有引力F引＝Geq\f(m2,r2)得eq\f(F库,F引)＝eq\f(ke2,Gm\o\al(2,p))＝eq\f(9×109×1.602×10－38,6.67×10－11×1.672×10－54)≈1.2×1036；(2)由牛顿第二定律可得质子的加速度为a＝eq\f(F库,mp)＝eq\f(ke2,mpr2)＝eq\f(9×109×1.602×10－38,1.67×10－27×0.82×10－30)m/s2＝2.2×1029m/s2【答案】(1)1.2×1036(2)2.2×1029m/s212．一个静止的铀核eq\o\al(232,92)U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,90)Th(原子质量为228.0287u)．(已知原子质量单位1u＝1.67×10－27kg,1u相当于931.5MeV的能量，结果均保留两位有效数字)(1)写出铀核的衰变方程；(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α粒子的动能为多少？【导学号：】【解析】(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059uΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.5MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0，pTh＝pαEkTh＝