5.3 核力与结合能 同步练习-2022-2023学年高二下学期物理2019选择性必修第三册

5.3核力与结合能（同步练习）一、单项选择题1.原子质量单位为u,1u相当于931.5MeV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(单位均为kg)的原子核时释放出的能量是()A．(M－m1－m2)u·c2B．(m1＋m2－M)u×931.5JC．(m1＋m2－M)c2D．(m1＋m2－M)×931.5eV2.已知氘核(12H)的平均结合能为1.1MeV，氦核(23He)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．吸收1.83MeV能量3.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射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、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)[(mD＋mn－mp)c2＋E]C.eq\f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]D.eq\f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]4.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为()A．21.04MeVB．35.56MeVC．92.16MeVD．77.64MeV5.如图所示，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法中正确的是()A．重的原子核，例如铀核eq\o\al(235,92)U，因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定B．锂核eq\o\al(6,3)Li的核子的比结合能比铀核的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定C．原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是原子核的结合能与其核子数之比，比结合能越大的原子核越稳定D．以上三个表述都错误6.在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用。核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有关说法中正确的是()A．X原子核中含有92个中子B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力C．20克的eq\o\al(239,94)Pu经过48200年后，还有5克未衰变D．钚核衰变前的质量等于衰变后X、He核的质量之和多项选择题7.关于原子内的相互作用力说法正确的是()A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力B．中子和质子间的作用力主要是核力C．质子与质子间的核力，在2.0×10－15m的距离内远大于它们相互间的库仑力D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力8.铁的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是()A．铁的结合能大于铀核的结合能B．铁核比铀核稳定C．若铀核能发生核变化变成铁核，则要放出能量D．若铀核能发生核变化变成铁核，则质量要亏损9.对于核子结合成原子核的认识，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10.对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是()A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm三、综合题11.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。(原子质量单位为u,1u相当于931.5MeV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？12．一个静止的铀核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)(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α粒子的动能为多少？参考答案：一、单项选择题1.C2.A3.C4.C5.C6.C解析：根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，故B错误；根据半衰期公式：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(48200,24100)g＝5g，故C正确；由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故D错误。二、多项选择题7.AC8.BCD9.CD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0.8×10－15m，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0.8×10－15m，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。10.ABD解析：一定的质量对应一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误。三、综合题11.解：(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)由ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4.8,931.5)u≈0.0052u(3)根据题意有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＝eq\f(p2,2m)，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝eq\f(p2,2m1)∶eq\f(p2,2m2)＝eq\f(1,2m1)∶eq\f(1,2m2)＝m2∶m1＝4∶3(4)α粒子的动能Ek2＝eq\f(3,7)(Ek1＋Ek2)＝eq\f(3,7)×4.8MeV≈2.06MeV12．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＝0.0059u，ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV