高中物理选修3-5核力与结合能

课时训练18核力与结合能

一、非标准

1.下面关于结合能和比结合能的说法中,正确的是()

A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能

B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也越大

C.重核与中等质量的原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大

D.中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大

答案:D

2.某核反应方程为He+X。已知H的质量为2.0136uH的质量为

3.0180uHe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:

HeX,X是中子,在该反应发生前反应物的总质量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。

3.(多选)对于核力,以下说法正确的是()

A.核力是弱相互作用,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0.8×10-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起

D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.8×10-15m时核力的变化规律更清楚

答案:BC

解析: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0.8×10-15 m时表现为吸引力,且随距离增大而减小;在距离小于0.8×10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,所以选项C正确。人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们奋力攻克的堡垒,故D项不正确。

4.(多选)关于质能方程,下列说法中正确的是()

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.某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,所以选项B、D正确。

5.(多选)关于核子结合成原子核,下列说法中正确的是()

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

答案:CD

解析:由于核力为短程力,只会发生在相邻核子之间,故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的核力表现为引力,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。

6.Co发生一次β衰变后变为Ni,其衰变方程为;在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子,其总能量为。

答案CoNie h(ν1+ν2)

解析:发生一次β衰变,原子核质量数不变,电荷数增加1,产生一个电子,衰变方程为CoNie;每个光子的能量为hν,总能量为h(ν1+ν2)。

7.已知质子的质量是1.008 665 u、中子的质量也是1.008 665 u,氢原子的质量是1.007 825 u,碳原子的原子量是12.000 000 u,12个核子结合成碳原子核时,质量亏损是,碳原子核的比结合能是。答案:0.098940u7.68MeV

解析:碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成,

质量亏损:

Δm=6×1.007 825 u+6×1.008 665 u-12.000 000 u

=0.098940u

比结合能为:

=≈7.68 MeV。

8.铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核,已知铍核Be质量为9.012 190 u,α粒子质量为4.002 600 u,中子质量为1.008 665 u。

(1)写出核反应方程;

(2)算出释放的能量。

答案:(1BeHen(2)5.71MeV

解析:(1)核反应方程式BeHen。

(2)由题意得质量亏损

Δm=(9.012190u+4.002 600 u)-(12.000 00 u+1.008 665 u)=0.006 125 u

由ΔE=Δm×931.5MeV得

释放的能量:ΔE=0.006125×931.5MeV=5.71MeV。

9.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3,质子和中子结合成氘核时,发出γ射线,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,则γ射线的频率ν是多少?

答案:

解析:核反应中释放的能量ΔE=Δmc2以释放光子的形式释放出来,由于光子的能量为hν,依能量守恒定律可知hν=Δmc2,据此便可求出光子的频率。质子和中子结合成氘核H+γ,这个核反应的质量亏损

Δm=m1+m2-m3。根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,此核反应放出的能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,以γ射线形式放出,由E=hν得ν=。