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1、2022高中物理 第十九章 原子核 課時提升作業(yè)十五 19.5 核力與結合能 新人教版選修3-5 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分) 1.下列說法中正確的是(　　) A.原子核內的所有質子間都存在核力和庫侖力 B.對質子數較多的原子核,其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用 C.重核比中等質量的核更穩(wěn)定 D.兩個質子之間不管距離如何,核力總大于庫侖力 【解析】選B。只有相鄰質子間才存在核力,選項A、D錯誤;中子與其他核子間沒有庫侖斥力,但有相互吸引的核力,起到維系原子核穩(wěn)定的作用,選項B正確;中等質量大小的核最穩(wěn)定,選項C錯誤。 2.(2018·開封高二檢測)下列關于

2、結合能和比結合能的說法中,正確的有(　　) A.核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結合能 B.比結合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結合能也一定越大 C.重核與中等質量的原子核相比較,重核的結合能和比結合能都大 D.中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大 【解析】選D。核子結合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A選項錯誤;比結合能越大的原子核越穩(wěn)定,但比結合能越大的原子核,其結合能不一定大,例如中等質量原子核的比結合能比重核大,但由于核子數比重核少,其結合能比重核反而小,B、C選項錯誤;中等質量原子核的比結合能比輕核的大,它的原子核內核子數

3、又比輕核多,因此它的結合能也比輕核大,D選項正確。 3.某核反應方程為HHHe+X。已知H的質量為2.0136uH的質量為3.0180uHe的質量為4.0026u,X的質量為1.0087u,則下列說法中正確的是 (　　) A.X是質子,該反應釋放能量 B.X是中子,該反應釋放能量 C.X是質子,該反應吸收能量 D.X是中子,該反應吸收能量 【解析】選B。由題目所給核反應方程式,根據核反應過程質量數、電荷數守恒規(guī)律,可得HHHeX,則X為中子,在該反應發(fā)生前反應物的總質量m1=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反應后產物總質量m2=4.0026u+1.0087u=5.

4、0113u,總質量減少,出現了質量虧損。根據愛因斯坦的質能方程可知該反應釋放能量,故選項B正確。 【互動探究】這個核反應釋放或吸收的能量是多少? 【解析】發(fā)生的質量虧損是 Δm=5.0316u-5.0113u=0.0203u, 再有ΔE=Δmc2=0.0203×931.5MeV=18.91MeV 答案:18.91MeV 4. (2018·臨沂高二檢測)如圖所示是描述原子核核子的平均質量m與原子序數Z的關系曲線,由圖可知下列說法正確的是(　　) A.將原子核A分解為原子核B、C可能吸收能量 B.將原子核D、E結合成原子核F可能吸收能量 C.將原子核A分解為原子核B、F一定釋

5、放能量 D.將原子核F、C結合成原子核B一定釋放能量 【解析】選C。因B、C核子平均質量小于A的核子平均質量,故A分解為B、C時,出現質量虧損,放出核能,故A項錯誤;同理可得B、D項錯誤,C項正確。 【補償訓練】 原子核的比結合能與質量數的關系如圖所示,核子組合成原子核時(　　) A.小質量數的原子核質量虧損最大 B.中等質量數的原子核質量虧損最大 C.大質量數的原子核質量虧損最大 D.不同質量數的原子核質量虧損相同 【解析】選B。比結合能越大,原子核越穩(wěn)定,從圖中可以看出,中等質量的原子核比結合能最大,兩個較輕的核子結合成一個新核時,就會釋放出巨大的能量,因此中等質量數

6、的原子核質量虧損最大,選項B正確。 5.當兩個中子和兩個質子結合成一個α粒子時,放出28.30MeV的能量,當三個α粒子結合成一個碳核時,放出7.26MeV的能量,則當6個中子和6個質子結合成一個碳核時,釋放的能量為(　　) A.21.04MeV　　　　　　 B.35.56MeV C.92.16MeV D.77.64MeV 【解析】選C。設中子的質量為mn,質子的質量為mp,α粒子的質量為mα,碳原子核的質量為mC。 根據質能方程: ΔE1=28.30MeV=[2(mn+mp)-mα]c2 ΔE2=7.26MeV=[3mα-mC]c2 ΔE3=[6mn+6mp-mC

7、]c2 由各式得ΔE3=92.16MeV 二、非選擇題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6.質子的質量mp=1.6726×10-27kg,中子的質量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。請計算α粒子的結合能。(計算結果保留兩位有效數字) 【解析】α粒子由兩個質子和兩個中子組成,根據愛因斯坦質能方程ΔE=Δmc2,可求: ΔE=(2mp+2mn-mα)c2=4.3×10-12J。 答案:4.3×10-12J (25分鐘　50分) 一、選擇題(本題共4小題,每小題7分,共28分) 1.(多選)對核子結

8、合成原子核,下列說法正確的是(　　) A.原子核內的核子間均存在核力 B.原子核內的質子間均存在核力和庫侖力 C.當n個核子靠近到核力作用的范圍而結合成原子核時,其間“勢能”一定減小 D.對質子數較多的原子核,其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用 【解析】選C、D。由于核力為短程力,只會發(fā)生在相鄰核子之間,由此知A、B錯誤;當n個核子靠近到核力作用范圍內,而距離大于0.8×10-15m時,核力表現為引力,在此過程核力必做正功,其間勢能必定減小,形成原子核后距離一般不小于0.8×10-15m,故C正確;對質子數較多的原子核,由于只有相鄰的質子間才有核力,但各個質子間均有很強的庫

9、侖斥力,隨著質子數的增加,其庫侖斥力增加,對于穩(wěn)定的原子核,必須存在較多的中子才能維系二者的平衡,故D正確。 2.(多選)關于原子核的結合能,下列說法正確的是(　　) A.原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能 C.銫原子核Cs的結合能小于鉛原子核Pb的結合能 D.比結合能越大,原子核越不穩(wěn)定 【解題指南】解答本題要注意以下兩點: (1)結合能是把核子分開所需的最小能量。 (2)原子核的質量小于組成它的核子質量之和,這個現象叫質量虧損。 【解析】選A、B、C。原子核的結合能等

10、于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,A正確;一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,要釋放能量,衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能,B正確;銫原子核不如鉛原子核穩(wěn)定,所以銫原子核Cs的結合能小于鉛原子核Pb的結合能,C正確;比結合能越大,原子核越穩(wěn)定,D錯誤。 3.(2018·湛江高二檢測)對于愛因斯坦提出的質能方程E=mc2,下列說法中不正確的是(　　) A.E=mc2表明物體具有的總能量與其質量成正比 B.根據ΔE=Δmc2可以計算核反應中釋放的結合能 C.一個中子和一個質子結合成氘核時,釋放出能量,表明此過程中出現了質量虧損 D.ΔE=Δmc2中的ΔE是發(fā)生核反應中釋

11、放的能量 【解析】選D。公式E=mc2中的E表示物體具有的總能量,m表示物體的質量,故選項A正確;ΔE=Δmc2表示的意義則是當物體的質量變化Δm時,它的能量就會相應地變化ΔE,故選項B正確;只有出現質量虧損時,才能釋放核能,故選項C正確;公式ΔE=Δmc2中,ΔE是質量為Δm的物體所具有的能量,并非核反應中釋放的能量,故選項D錯誤。 4.(多選)(2018·郴州高二檢測)在某些恒星內,3個α粒子結合成1個C原子,C原子的質量是12.0000u,He原子的質量是4.0026u。已知1u=1.66×10-27kg,則 (　　) A.反應過程中的質量虧損是0.0078u B.反應過程中的

12、質量虧損是1.29×10-29kg C.反應過程中釋放的能量是7.26MeV D.反應過程中釋放的能量是1.16×10-19J 【解析】選A、B、C。由題意可得核反應方程為He→C+ΔE。則核反應中的質量虧損為Δm=(3×4.0026-12.0000)u=0.0078u=0.0078×1.66×10-27kg≈1.29×10-29kg,由質能方程得ΔE=Δmc2=1.29×10-29×(3×108)2J=1.161×10-12J≈7.26MeV。故正確答案為A、B、C。 二、非選擇題(本題共2小題,共22分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 5.(10分)已知質子的質量是1.008665u、中

13、子的質量也是1.008665u,氫原子的質量是1.007825u,碳原子的質量是12.000000u,12個核子結合成碳原子核時,質量虧損是多少,碳原子核的比結合能是多少? 【解析】碳原子可以看成是6個氫原子與6個中子結合而成,質量虧損:Δm=6×1.007825u+6×1.008665u-12.000000u=0.098940u 比結合能為:== ==7.68MeV。 答案:0.098940u　7.68MeV 6.(12分)（2017·北京高考）在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出α粒子（）在與磁場垂直的平面內做圓周運動，其軌道半徑為R。以m

14、、q分別表示α粒子的質量和電荷量。 （1）放射性原子核用表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應方程。 （2）α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小。 （3）設該衰變過程釋放的核能都轉化為α粒子和新核的動能，新核的質量為M，求衰變過程的質量虧損Δm。 【解析】（1）α衰變的核反應方程為： （2）α粒子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力 qv1B= T= 解得：T= 由電流的定義式可得：I= （3）衰變過程中由動量守恒定律可得：mv1=Mv2 由能量守恒可知，釋放的核能為： ΔE=mv12+Mv22 由質能方程可得：ΔE=Δmc2 聯(lián)立以上方程可解得：Δm= 答案：（1） （2） （3）