【高考强化】2019学年高中物理 19.5核力与结合能课时提升训练(含解析)3-5

19.5核力与结合能1.关于核力的说法正确的是( )A.任何物体间都存在核力的作用B.核力就是电磁力C.核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内D.核力与电荷有关【解析】选C。

核力是短程力,超过1.5×10-15m,核力急剧下降几乎消失,物体间不存在核力,故A错误,C正确;核力与万有引力、电磁力不同,故B错误;核力与电荷无关,故D错误。

2.下列说法中正确的是( )A.原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B.对质子数较多的原子核,其中的中子起到维系原子核稳定的作用C.重核比中等质量的核更稳定D.两个质子之间不管距离如何,核力总大于库仑力【解析】选B。

只有相邻质子间才存在核力,A、D错误;中子与其他核子间没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,起到维系原子核稳定的作用,B正确;中等质量大小的核最稳定,C错误。

3.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中不正确的是( )A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能【解析】选D。

爱因斯坦质能方程E=mc2,定量地指出了物体能量和质量之间的关系,A正确;由质能方程知,当物体的质量减少时,物体的能量降低,向外释放了能量;反之,若物体的质量增加了,则物体的能量升高,表明它从外界吸收了能量,所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化,故B、C正确,D错误。

4.(2014·汕头高二检测)下列说法正确的是( )A.自由核子结合成原子核时,一定遵循质量守恒B.在发生核反应时,反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C.发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应是放能反应D.发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应必须吸收能量才能发生核反应【解析】选C。

核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒,其中质量数守恒并不是质量守恒。

核反应过程中往往伴随着质量亏损,并有能量变化。

若反应后质量减小,则释放出能量,反之则吸收能量,所以C选项正确。

5.关于原子核的结合能与平均结合能,下列说法中不正确的是( )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.平均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.不同原子核的平均结合能不同,重核的平均结合能比轻核的平均结合能大【解析】选D。

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,核力将做正功,释放能量,故A、B正确;对某种原子核,平均每个核子的结合能称为平均结合能;不同原子核的平均结合能不同;重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小,轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小,C 正确,D错。

6.(多选)(2013·郑州高二检测)在某些恒星内,3个α粒子结合成1个C核C原子的质量是12.000 0 u He原子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27kg。

则( )A.反应过程中的质量亏损是0.078 uB.反应过程中的质量亏损是1.29×10-29kgC.反应过程中释放的能量是7.27 MeVD.反应过程中释放的能量是1.16×10-19J【解题指南】质能方程ΔE=Δmc2中Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”,则ΔE的单位为“J”;若Δm的单位用“u”,可直接用原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV来求解。

【解析】选B、C。

由题意可得核反应方程为He C。

则核反应中的质量亏损为Δm=(3×4.002 6-12.000 0)u=0.007 8×1.66×10-27kg≈1.29×10-29kg,由质能方程得ΔE=Δmc2=1.29×10-29×(3×108)2J=1.161×10-12J。

因为质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量,所以ΔE=0.007 8×931.5 MeV=7.27 MeV。

故B、C正确。

7.如图所示是描述原子核核子的平均质量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,可能吸收能量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】选C。

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,出现质量亏损,故放出核能,故A错,同理可得B、D错,C正确。

8.(2014·北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。

当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速) ( )A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2【解析】选C。

由题意可知,质量的变化量Δm=m1+m2-m3;根据质能方程ΔE=Δmc2计算释放的能量为E=(m1+m2-m3)c2。

9.一个α粒子轰击硼B)核变成碳14和一个未知粒子,并放出7.5×105eV的能量,写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。

【解析】根据质量数守恒和核电荷数守恒可得He B C H,由ΔE=Δmc2可知,1原子质量单位相当于931.5 MeV的能量,所以可得Δm=0.000 805 u=1.3×10-30kg。

He B C H 1.3×10-30kg答案：421.(多选)(2014·沈阳高二检测)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H n 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.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D.因存在质量亏损Δm,所以“物质不灭”的说法不正确【解析】选A、C。

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。

2.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=mc 2可知,能量与质量之间存在着正比关系C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D.因在核反应中能产生能量,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】选B 。

质能方程反映了物体的能量和质量之间存在正比关系,但它们是不同的物理量,不能相互转化,B 正确,A 、C 错误;核反应中,静止质量和运动质量之和守恒,总能量也守恒,D 错误。

3.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)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()13355Cs 的结合能小于铅原子核()20882Pb 的结合能D.比结合能越大,原子核越不稳定E.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【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)结合能是把核子分开所需的最小能量;(2)原子核的质量小于组成它的核子质量之和,这个现象叫质量亏损。

【解析】选A 、B 、C 。

结合能是把核子分开所需的最小能量,选项A 正确;一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,存在质量亏损,核子比结合能增大,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项B 正确;核子数越多,结合能越大,选项C 正确;比结合能也叫平均结合能,比结合能越大,分开核子所需的能量越大,原子核越稳定,选项D 错误;自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,选项E 错误。

4.已知氮核质量m N =14.007 53 u,氧核质量m O =17.004 54 u,氦核质量m He =4.003 87 u,质子质量m H =1.008 15 u,试判断核反应方程1441717281N He O H →＋＋是吸能反应还是放能反应?能量变化为多少?【解析】反应前总质量m N +m He =18.011 40 u反应后总质量m O +m H =18.012 69 u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=[(m O+m H)-(m N+m He)]c2=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV=1.2 MeV。

答案:吸能反应 1.2 MeV5.用中子轰击锂核Li)发生核反应,生成氚核和α粒子,并释放出 4.8 MeV的能量(1 u=931.5 MeV)。

(1)请写出核反应方程;(2)设放出的能量全部由质量亏损获得,试求质量亏损为多少?(3)若放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,且它们的动量等值反向,则α粒子的动能为多少?【解析】(1)核反应方程为Li n H He(2)根据质能方程ΔE=Δmc2可得:Δm== 2 u(或8.55×10-30kg)(3)设m1、m2、v1、v2分别为氦核和氚核的质量和速度,根据动量守恒:m1v1-m2v2=0。

所以α粒子和氚核的动能之比为E1∶E2=∶=m2∶m1=3∶4α粒子的动能为E1=(E1+E2)=×4.8 MeV=2.06 MeV答案:(1Li n H He(2)0.005 2 u(或8.55×10-30kg) (3)2.06 MeV【总结提升】求解核能问题的方法(1)参与核反应的粒子组成的系统,在核反应中满足动量守恒定律。

若开始时系统动量为零,反应后生成两种粒子,便可以得到核反应后两粒子的动量大小相等、方向相反的结论。

那么由同一种状态下粒子的动量与动能的关系可知,动能之比等于质量的反比,得出两动能关系。

(2)如果反应发生在磁场中,反应后离子的速度方向垂直于磁场,它们将做匀速圆周运动,还可以得到半径与电荷量成反比这一结论。

由于核反应过程中系统遵循能量守恒,而质量亏损释放的能量,往往转化为粒子的动能,则又可根据核能和动能相等列出方程。

也就是说这类题目可以涉及动量守恒定律、圆周运动中牛顿定律、能量守恒定律等诸多知识点,要注意知识的综合运用。