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2019-2020年高中物理 第19章 第5節(jié) 核力與結(jié)合能練習(xí) 新人教版選修3-5 1．四種基本相互作用． (1)自然界物體之間的相互作用除了以前學(xué)習(xí)的引力相互作用和電磁力相互作用，還存在強(qiáng)相互作用和弱相互作用． (2)核力：原子核里的核子間有著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核． (3)核力的特點(diǎn)：①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)．②核力是短程力，作用范圍在1.5 m之內(nèi)，大于0.8 m時(shí)表現(xiàn)為引力．小于0.8 m表現(xiàn)為斥力．③每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，具有飽和性． 2．原子核中質(zhì)子與中子的比例． 原子核是由質(zhì)子和中子組成，較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，相差越大．這是因?yàn)楹俗訑?shù)越多時(shí)，有些核之間的距離越大，核力會(huì)迅速減小，使核力不足以克服質(zhì)子的庫(kù)侖斥力，使原子核不穩(wěn)定，可見原子核的粒子數(shù)不能無限多的原因是核力的飽和性決定的． 3．結(jié)合能． 由核子結(jié)合成原子核要放出能量，這就是原子核的結(jié)合能．原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定． 4．質(zhì)量虧損． (1)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損． (2)質(zhì)能方程：物體的能量與它的質(zhì)量有簡(jiǎn)單比例關(guān)系，即E＝，質(zhì)量虧損Δm與原子核的結(jié)合能的關(guān)系為：ΔE＝Δ. 1．原子核中質(zhì)子與中子結(jié)合在一起依靠的是(C) A．正負(fù)電荷相互吸引的力 B．正電荷之間的相互排斥力 C．核力 D．分子間的引力和斥力 解析： 因?yàn)橹凶邮遣粠щ姷?，所以不存在電荷之間的相互作用，所以A、B是錯(cuò)誤的；D答案中給出的是分子之間的作用力而不是質(zhì)子和中子之間的作用力，故而D是錯(cuò)誤的． 2．(xx北京卷)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(C) A．(m1＋m2－m3)c　　　　B．(m1－m2－m3)c 解析：根據(jù)質(zhì)能方程知C正確． 3．氫原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫(kù)侖力和核力，則3種從大到小的排列順序是(D) A．核力、萬有引力、庫(kù)侖力 B．萬有引力、庫(kù)侖力、核力 C．庫(kù)侖力、核力、萬有引力 D．核力、庫(kù)侖力、萬有引力 解析：氫原子核里有兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，由于存在質(zhì)量所以它們間存在萬有引力、質(zhì)子帶正電，因此質(zhì)子間存在庫(kù)侖斥力和質(zhì)子與中子統(tǒng)稱核子，所以它們間存在核力，但這些力有大小之分．核力是強(qiáng)力，它能將核子束縛在原子核內(nèi)．萬有引力最弱，研究核子間相互作用時(shí)萬有引力可以忽略． 4．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)方程為γ＋D→p＋n.若分解后的中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等，則中子的動(dòng)能是(C) 解析：據(jù)能量守恒可知：E＋Δ＝2Ek， 得：Ek＝(E＋Δ)， 即Ek＝[(mD－mp－mn) ＋E]，故C正確． 5．(多選)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為“鏡像核”，例如是的“鏡像核”，同樣也是的“鏡像核”，則下列說法正確的是(BC) C．β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子 D．核反應(yīng)的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變 解析：考查原子物理知識(shí). 的質(zhì)子數(shù)為7、中子數(shù)為6，的質(zhì)子數(shù)為6、中子數(shù)為7，依題意和互為鏡像核，B對(duì)；的質(zhì)子數(shù)為7、中子數(shù)為8，的質(zhì)子數(shù)為8、中子數(shù)為8，A錯(cuò)；對(duì)D選項(xiàng)中的核反應(yīng)為輕核的聚變反應(yīng)，D錯(cuò)；β衰變的本質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，C對(duì)． 6．(多選)用質(zhì)子轟擊鋰核()生成兩個(gè)α粒子，以此進(jìn)行有名的“驗(yàn)證愛因斯坦質(zhì)能方程”的實(shí)驗(yàn)．已知質(zhì)子的初動(dòng)能是0.6MeV，質(zhì)子、α粒子和鋰核的質(zhì)量分別是1.007 3u、4.001 5u和7.001 6u.已知1u相當(dāng)于931.5MeV，則下列敘述中正確的是(CD) A．此反應(yīng)過程質(zhì)量減少0.010 3u B．生成的兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和是18.3MeV，與實(shí)驗(yàn)相符 C．核反應(yīng)中釋放的能量是18.9MeV，與實(shí)驗(yàn)相符 D．生成的兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和是19.5MeV，與實(shí)驗(yàn)相符 解析： 根據(jù)題意可知該反應(yīng)的核反應(yīng)方程式：；核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為： Δm＝1.007 3 u＋7.016 u－24.001 5 u＝0.020 3 u，故A錯(cuò)誤；若生成的兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和是Ek＝ΔE＋E1＝0.020 3931.5 MeV＋0.6 MeV＝19.509 45 MeV，故B錯(cuò)誤，D正確；核反應(yīng)中釋放的能量ΔE＝Δmc2＝18.909 45 MeV，故C正確；故選CD. 7．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為41026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近(D) 解析：根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程得： Δm＝＝≈4.4109(kg)，D正確． 8．(多選)如圖所示是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象．下列說法中正確的是(AC) A．若D和E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定要釋放能量 B．若D和E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定要吸收能量 C．若A能分裂成B和C，分裂過程一定要釋放能量 D．若A能分裂成B和C，分裂過程一定要吸收能量 解析：題目圖象說明不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)的關(guān)系．從圖中可以看出，F(xiàn)e的核子的平均質(zhì)量最小，D、E的核子的平均質(zhì)量比F大，故D、E結(jié)合成F時(shí)，總質(zhì)量會(huì)減小，應(yīng)釋放核能．同樣的理由，A分裂成B和C時(shí)，總質(zhì)量也會(huì)減少，一定會(huì)釋放核能． 9. (多選)下列說法中正確的是(BD) A．中等大小的核的結(jié)合能最大，因此這些核是最穩(wěn)定 B．由于每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質(zhì) C．氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，要釋放一定頻率的光子，同時(shí)電子的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大 D．質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核一定有質(zhì)量虧損，釋放出能量 解析：比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定；能級(jí)躍遷時(shí)，通過軌道半徑的變化，根據(jù)庫(kù)侖引力提供向心力，判斷電子動(dòng)能的變化，從而根據(jù)能量的變化判斷電勢(shì)能的變化．中等大小的核比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定．故A錯(cuò)誤；由于每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質(zhì)．故B正確；氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，釋放光子，軌道半徑減小，能量減小，根據(jù)k＝m知，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減?。蔆錯(cuò)誤；質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核一定有質(zhì)量虧損，釋放出能量．故D正確． 10．在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)較精準(zhǔn)地測(cè)量到的雙β衰變事例是在1987年公布的，在進(jìn)行了7 960小時(shí)的實(shí)驗(yàn)后，以68%的置信度認(rèn)出發(fā)生的36個(gè)雙β衰變事例．已知靜止的發(fā)生雙β衰變時(shí)，將釋放出兩個(gè)電子和兩個(gè)中微子(中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都為零)，同時(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)新核X，則X核的中子數(shù)為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質(zhì)量虧損是________． 解析：中有82－34＝48個(gè)中子，發(fā)生雙β衰變時(shí)有兩個(gè)中子釋放出電子而變?yōu)橘|(zhì)子，則衰變后中子數(shù)為46個(gè)；由質(zhì)能方程可得，衰變過程中質(zhì)量虧損Δm＝. 答案：46　 11．2個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子結(jié)合可以生成氦3，反應(yīng)方程式為：，已知每個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為1.007 277 u，中子的質(zhì)量為1.008 665 u，氦核子的質(zhì)量為3.002 315 u，試求氦3的結(jié)合能． 解析：求出反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損，再由愛因斯坦的質(zhì)能方程或原子質(zhì)量單位與能量的關(guān)系即可求解． 粒子結(jié)合前后的質(zhì)量虧損為： Δm＝2mH＋mn－mα＝21.007 277＋1.008 665－3.002 315＝0.020 904 (u)． 方法一：由愛因斯坦質(zhì)能方程得，結(jié)合能為： 方法二：由于1 u相當(dāng)于931.5 MeV，則結(jié)合能為 E＝0.020 904931.5≈19.472 1 (MeV)． 答案：或19.472 1 MeV 12．钚的放射性同位素靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)*立即衰變?yōu)殁櫤?，并放出能量?.097 MeV的γ光子．已知：、和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931.5 MeV.已知衰變放出的γ光子的動(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能． 解析：上述衰變過程的質(zhì)量虧損為： Δm＝mPu－mU－mα，① 放出的能量為： ΔE＝Δm，② 這能量是鈾核的動(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)能Eα和γ光子的能量Er之和， 即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ，③ 由①②③式解得： EU＋Eα＝(mPu－mU－mα) －Eγ.④ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度大小分別為vU和vα， 則由動(dòng)量守恒得： mUvU＝mαvα，⑤ 又EU＝，⑥ Eα＝，⑦ 由⑤⑥⑦式解得： ＝.⑧ 由④⑧式解得： Eα＝[(mPu－mU－mα) －Eγ]． 代入題給數(shù)據(jù)解得Eα＝5.034 MeV. 答案：5.034 MeV