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2019-2020年高中物理第十九章原子核19.5核力與結(jié)合能檢測(cè)新人教版 1．關(guān)于核力的說法正確的是(　　) A．核力同萬(wàn)有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用 B．核力就是電磁力 C．核力是短程力，作用范圍在1.510－15 m之內(nèi) D．核力與電荷有關(guān) 【解析】　核力是短程力，超過1.510－15 m．核力急劇下降幾乎消失，故C對(duì)．核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故A、B不對(duì)．核力與電荷無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)． 【答案】　C 2．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是(　　) A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B．穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 C．原子核都是非常穩(wěn)定的 D．由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，不可能無(wú)節(jié)制的增大原子核而仍穩(wěn)定存在 【解析】　由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖象可知，質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)越多于質(zhì)子數(shù)．A、B錯(cuò)誤；放射現(xiàn)象說明原子核也會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；由核力作用特點(diǎn)可知，核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定，D正確． 【答案】　D 3．為了直接驗(yàn)證愛因斯坦狹義相對(duì)論中著名的質(zhì)能方程E＝mc2，科學(xué)家用中子轟擊硫原子，分別測(cè)出原子捕獲中子前后質(zhì)量的變化以及核反應(yīng)過程中放出的能量，然后進(jìn)行比較，精確驗(yàn)證了質(zhì)能方程的正確性．設(shè)捕獲中子前的原子質(zhì)量為m1，捕獲中子后的原子質(zhì)量為m2，被捕獲的中子質(zhì)量為m3，核反應(yīng)過程放出的能量為ΔE，則這一實(shí)驗(yàn)需驗(yàn)證的關(guān)系式是(　　) A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2 B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2 C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2 D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2 【解析】　反應(yīng)前的質(zhì)量總和為m1＋m3，質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m3－m2，核反應(yīng)釋放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，選項(xiàng)B正確． 【答案】　B 4．太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為41026 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近(　　) A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg 【解析】　根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝ kg≈109 kg. 【答案】　D 5．在下列判斷中，正確的是(　　) A．組成92U核的核子中任何兩個(gè)核子之間都存在不可忽略的核力作用 B．組成92U核的中子中任何兩個(gè)中子之間都存在不可忽略的核力作用 C．組成92U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間都存在不可忽略的庫(kù)侖斥力作用 D．組成92U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間都存在不可忽略的核力作用 【解析】　核力屬于短程力，由于組成92U核的核子較多，兩核子之間的距離可能超過核力的作用范圍，所以某些核子之間的作用力可能比較小，所以選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，但任何兩質(zhì)子之間都存在庫(kù)侖力的作用，所以選項(xiàng)C正確． 【答案】　C 6．核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化，這是因?yàn)?　　) A．原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電荷間存在很大的庫(kù)侖力 B．核子具有質(zhì)量且相距很近，存在很大的萬(wàn)有引力 C．核子間存在強(qiáng)大的核力 D．核子間存在著復(fù)雜磁力 【解析】　核反應(yīng)中核能的變化是因?yàn)楹俗娱g存在著特別強(qiáng)大的核力，不是因?yàn)槿f(wàn)有引力，也不是因?yàn)閹?kù)侖力或磁場(chǎng)力，這些力與核力相比都很小，故C正確． 【答案】　C 7．如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量m與原子序數(shù)Z的關(guān)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(jié)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一定釋放能量 D．將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量 【解析】　因B、C核子平均質(zhì)量小于A的核子平均質(zhì)量，故A分解為B、C時(shí)，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，放出核能，故A項(xiàng)錯(cuò)；同理可得B、D項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)正確． 【答案】　C 8．一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)α粒子，已知鈾核的質(zhì)量為3.85313110－25 kg，釷核的質(zhì)量為3.78656710－25 kg，α粒子的質(zhì)量為6.6467210－27 kg.在這個(gè)衰變過程中釋放出來(lái)的能量等于________J．(保留兩位有效數(shù)字) 【解析】　先計(jì)算質(zhì)量虧損： Δm＝[3.85313110－25－(3.78656710－25)－6.6467210－27] kg＝9.6810－30kg. 再由質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2＝9.6810－30(3108)2 J＝8.710－13 J. 【答案】　8.710－13 9．如果要把O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子，需給它多少能量？要把它分為4個(gè)He，需給它多少能量？已知O的核子平均結(jié)合能是7.98 MeV，He的核子平均結(jié)合能是7.07 MeV. 【解析】　將O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子所提供的能量為O的結(jié)合能，即為其核子數(shù)與平均結(jié)合能的乘積．將O分成4個(gè)He可以看做兩個(gè)過程：一是將O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子，然后再將8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子結(jié)合成4個(gè)He，需提供的能量為此兩個(gè)過程的能量之差． 把O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子需提供的能量為： ΔE1＝167.98 MeV＝127.68 MeV. 將2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)He所放出的能量為： ΔE2＝47.07 MeV＝28.28 MeV. 則將O分成4個(gè)He需提供的能量為：ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68 MeV－428.28 MeV＝14.56 MeV. 【答案】　127.68 MeV　14.56 MeV 能力提升 1．原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931. 5 MeV的能量，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M的原子核時(shí)釋放出的能量是(　　) A．(M－m1－m2) uc2 B．(m1＋m2－M) u931.5 J C．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)931.5 eV 【解析】　在核能計(jì)算時(shí)，如果質(zhì)量的單位是kg，則用ΔE＝Δmc2進(jìn)行計(jì)算，如果質(zhì)量的單位是u，則利用1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量計(jì)算，即ΔE＝Δm931.5 MeV進(jìn)行計(jì)算，故C正確，A、B、D錯(cuò)． 【答案】　C 2．(多選)對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)，下列正確的是(　　) A．一切原子核均具有結(jié)合能 B．自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量 C．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 D．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 【解析】　由自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量．反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故C錯(cuò)誤．D正確． 【答案】　AD 3．某核反應(yīng)方程為H＋H―→He＋X.已知H的質(zhì)量為2.0136 u，H的質(zhì)量為3.0180 u，He的質(zhì)量為4.0026 u，X的質(zhì)量為1.0087 u．則X是________，該反應(yīng)________(選填“吸收”或“釋放”)能量． 【解析】　設(shè)“X”的質(zhì)量數(shù)為a，核電荷數(shù)為b則由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知：2＋3＝4＋a,1＋1＝2＋b，所以a＝1，b＝0，故X為中子． 核反應(yīng)方程的質(zhì)量虧損為 Δm＝(2.0136 u＋3.0180 u)－(4.0026 u＋1.0087 u)＝0.0203 u，由此可知，該反應(yīng)釋放能量． 【答案】　中子　釋放 4．歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9 MeV的He.(1MeV＝1.610－13 J) (1)上述核反應(yīng)方程為 ________________________________________________________________________； (2)質(zhì)量虧損為________kg. 【解析】　(1)由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得 Z＋2＋2－1＝3， A＝4＋4－1＝7. 所以核反應(yīng)方程為： H＋X→He＋He或H＋Li→He＋He (2)由能量守恒得，核反應(yīng)中釋放的核能 ΔE＝28.9 MeV－0.5 MeV＝17.3 MeV＝27.6810－13 J 根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2 可得質(zhì)量虧損 Δm＝＝ kg＝3.110－29kg. 【答案】　(1)H＋X―→He＋He或H＋Li―→He＋He (2)3.110－29 kg 5．一靜止的氡核(Rn)發(fā)生α衰變，放出一個(gè)速度為v0，質(zhì)量為m的α粒子和一個(gè)質(zhì)量為M的反沖核釙(Po)，若氡核發(fā)出衰變時(shí)，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動(dòng)能． (1)寫出衰變方程； (2)求出反沖核的速度；(計(jì)算結(jié)果不得使用原子量表示) (3)求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量；(計(jì)算結(jié)果不得使用原子量表示) (4)若氡核發(fā)生衰變時(shí)，釋放出一個(gè)頻率為ν0的光子，則氡核在衰變過程中釋放的結(jié)合能又是多少？ 【解析】　(1)設(shè)生成物的原子核為X，根據(jù)質(zhì)量守恒A＝222－4＝218，據(jù)電荷數(shù)守恒Z＝86－2＝84. 即原子序數(shù)為84是釙(Po)，核反應(yīng)方程為Rn→Po＋He. (2)設(shè)釙核的反沖速度大小為v，由動(dòng)量守恒定律， 得0＝mv0－Mv，v＝. (3)在衰變過程中產(chǎn)生的核能 ΔE＝mv＋Mv2＝ 由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2 可知質(zhì)量虧損為Δm＝＝. (4)在衰變過程中釋放的結(jié)合能 ΔE＝mv＋Mv2＋hν0 又v＝ 得ΔE＝＋hν0. 【答案】　(1)Rn→Po＋He　(2) (3)　(4)＋hν0