高中物理选择性必修第三册第5章 3

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顺序是()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化，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，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量【答案】B【解析】由题目所给核反应方程式，根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．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B正确．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．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeV【答案】D【解析】6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30MeV＝84.9MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV.5．(多选)关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确是()A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功C．比结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D．不同原子核的比结合能不同，重核的比结合能比轻核的比结合能大【答案】ABC【解析】原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，原子核的结合能与核子数之比称为比结合能．不同原子核的比结合能不同，重核的比结合能比中等质量核的比结合能要小，轻核的比结合能比中等质量核的比结合能要小，综上所述，A、B、C正确．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射线照射静止氘核使之分解，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一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，需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一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．(多选)关于质能方程，下列说法正确的是()A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的【答案】BD【解析】质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的；当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，B、D正确．9．(多选)铁核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．铁核的结合能大于铀核的结合能B．铁核比铀核稳定C．铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量D．铀核发生核反应变成铁核的过程中质量要亏损【答案】BCD【解析】铁核的比结合能较大，则它稳定些，铀核的比结合能较小，变成铁核会放出核能，出现质量亏损；铁核的比结合能较大，铁核的结合能小于铀核的结合能，A错误；铁核比铀核稳定，与结论相符，B正确；铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量，与结论相符，C正确；铀核发生核反应变成铁核的过程中质量要亏损，与结论相符，D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2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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【答案】AD【解析】氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2MeV，故A正确；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，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，故D正确，B、C错误．B组·能力提升11．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子eq\o\al(1,1)H轰击静止的eq\o\al(A,Z)X，生成两个动能均为8.9MeV的eq\o\al(4,2)He.(1MeV＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为__________________________．(2)上述反应中质量亏损为多少？【答案】(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He)(2)解：设反应前质子的动能为Ek0，反应后eq\o\al(4,2)He的动能为Ek，由于质量亏损而释放的能量为ΔE＝2Ek－Ek0＝(2×8.9－0.5)MeV＝17.3MeV，根据爱因斯坦质能方程，有Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(17.3×1.6×10－13,3.0×1082)kg＝3.1×10－29kg.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－3.016050u＝0.008557u，因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．释放的核能为ΔE＝0.008557×931.5MeV≈7.97MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97MeV.它的比结合能为eq\f(ΔE,3)≈2.66MeV.(3)放出光子的频率为ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(7.97×106×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.92×1021Hz.课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)下列核反应方程中,正确的是()A.510B+(α粒子)B.1327Al+0C.49Be+24HeD.714N+2答案BC解析由核反应质量数守恒和电荷数守恒知:A选项中质量数10+4≠14+1,D选项中质量数14+4≠17+2,所以A、D错误,B、C正确。2.(多选)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是()A.90234Th衰变为

86222Rn,经过3次B.

12H+13H→24He+01C.92235U+01D.高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为

24He答案AC解析

90234Th经过3次α衰变后质量数减少12、质子数减少6,经过2次β衰变后质子数增加2,衰变为

86222Rn,选项A正确;12H+13H→24He+01n是核聚变方程,90234Th→

91234Pa+-10e是β衰变方程,选项B错误;92235U3.(多选)一静止的铝原子核

1327Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核

1428SiA.核反应方程为p+1327Al→B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度的方向一致答案ABD解析核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程为p+1327Al→1428Si*,A正确;核反应过程中遵从动量守恒,B正确;核反应中发生质量亏损,生成物的质量小于反应物的质量之和,C错误;根据动量守恒定律有mpvp=mSivSi,碰撞后硅原子核速度的数量级为1054.实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图所示,则()A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里答案D解析β衰变方程:ZAX→-10e+Z+1AY,由动量守恒定律知两粒子动量大小相等。因电子电量较小,由r=mvqB,得r5.(多选)甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个核放出一个α粒子,另一个核放出一个β粒子,得到如图所示的四条径迹,下列说法正确的是()A.磁场的方向一定垂直于纸面向里B.甲核放出的是α粒子,乙核放出的是β粒子C.a为α粒子的径迹,d为β粒子的径迹D.b为α粒子的径迹,c为β粒子的径迹答案BD解析衰变过程遵循动量守恒定律,粒子与新核的动量大小相等,方向相反,根据左手定则可知,若轨迹为外切圆,则为α衰变;若轨迹为内切圆,则为β衰变。又因为R=mvqB=pqB,可知轨迹半径与电荷量成反比6.一个不稳定的原子核质量为M,处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲,已知放出的粒子的动能为E0,则原子核反冲的动能为()A.E0 B.mMEC.mM-mE0 D.答案C解析设放出的粒子的动量大小为p,由动量守恒定律得反冲核的动量大小也为p,又Ek=p22(M-m),E0=p22m7.(多选)一个铍原子核(47Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核(37Li),并放出一个不带电的质量接近零的中微子υe,人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生了“K俘获”,其核反应方程为

47Be+-10e→37Li+υe。已知铍原子的质量为MBe=7.016929u,锂原子的质量为A.中微子的质量数和电荷数均为零B.锂核(37Li)获得的动能约为0C.中微子与锂核(3D.中微子与锂核(3答案AC解析反应方程为

47Be+-10e→37Li+υe,根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零,A正确;根据质能方程,质量减少Δm=(7.016929u+me-7.016004)×9.31×102MeV>0.86MeV,为释放的核能,不是锂核获得的动能,B错误;衰变过程中动量守恒,故中微子与锂核(37Li)关键能力提升练8.镭核

88226Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核

86222Rn,已知镭核

88226Ra质量为226.0254u,氡核

86(1)写出核反应方程;(2)求镭核衰变放出的能量;(3)若镭核衰变前静止,且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。答案(1)88226Ra→86222Rn+24He(2)6解析(1)核反应(衰变)方程为

88226Ra→86222(2)镭核衰变放出的能量为ΔE=(226