人教版高中物理(選修3-5)核力與結(jié)合能同步練習(xí)題(含答案)

1、課時作業(yè) 17 核力與結(jié)合能1 氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則 3 種力從大到小的排列順序是()A.核力、萬有引力、庫侖力B.萬有引力、庫侖力、核力C.庫侖力、核力、萬有引力D.核力、庫侖力、萬有引力解析：核力是強(qiáng)相互作用力，氦原子核內(nèi)的 2 個質(zhì)子是靠核 力結(jié)合在一起的，可見核力遠(yuǎn)大于庫侖力；微觀粒子的質(zhì)量非常小，萬有引力小于庫侖力，故 D選項(xiàng)正確。答案： D2下列說法中正確的是()A.原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫侖力B.對質(zhì)子數(shù)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(zhì)量的核更穩(wěn)定D.兩個質(zhì)子之間不管距離如何，

2、核力總大于庫侖力解析：只有相鄰質(zhì)子間才存在核力，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，B正確；中等質(zhì)量大小的核最穩(wěn)定，C錯誤。答案： B3下列說法正確的是()A.自由核子結(jié)合成原子核時，一定遵循質(zhì)量守恒B.在發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后 所生成物質(zhì)的總質(zhì)量C.發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量， 這個反應(yīng)是放能反應(yīng)D.發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng)解析：核反應(yīng)過程滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，其中質(zhì)量數(shù)守恒并不是質(zhì)量守恒。核反應(yīng)過程中往往伴隨著質(zhì)量虧損，并有能量

3、變化。若反應(yīng)后質(zhì)量減小，則釋放出能量，反之則吸收能量，所以C選項(xiàng)正確。答案： C4下列說法中，正確的是()A.愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之 間可以相互轉(zhuǎn)化B.由E= mC可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以 用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量的量度C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能 量D.因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒解析：E= mC說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì) 量之間存在著正比關(guān)系，并不是說明了能量與質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。故 A項(xiàng)錯誤，而B項(xiàng)正確；核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消

4、失，實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故 C項(xiàng)錯誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，故D錯誤。答案： B5關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法中正確的是()A.質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B.物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C.物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D.莫一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的解析：質(zhì)能方程E= mC表明莫一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時，它的質(zhì)量

5、也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)AE= A mC進(jìn)行計算，所以 B、 D 正確。答案： B、 D6 2010 年北京理綜 太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射由的能量約為4X 1026J,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A 1036kgB 1018kg()C. 1013kgD. 109kg解析：根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程A E= A m（c,得 A m=-=c4X 10269（3X108）*0©答案：D7. 一個電子（質(zhì)量為m電荷量為一e）和一個正電子（質(zhì)量為 m電荷量為e）,以相等的初動能 5相向運(yùn)動，并撞到一起，發(fā) 生“湮滅”，產(chǎn)生兩個頻率相同的光

6、子， 設(shè)產(chǎn)生光子的頻率為 V , 若這兩個光子的能量都為 hv ,動量分別為p和p',下面關(guān)系 中正確的是（）2,A. h 丫 = mc, p= pB. h v = ；mC, p= p'C. h v = mC+ R, p= p'-1,2_、D. h v = 2（ mc+ 5） , p= - p解析：能量守恒和動量守恒為普適定律，故以相等動能相向運(yùn)動發(fā)生碰撞而湮滅的正負(fù)電子總能量為：2E+ 2mC,化為兩個光子后，總動量守恒且為零，故 p=一p',且2E+2mC= 2h v , 即 h 丫 = E<+ mC。答案：C8 .質(zhì)子、中子和笊核的質(zhì)量分別為 m、m

7、和m,真空中光速 為c,當(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成笊核時，放生的能量是（）Am3c2B(m1 m2) c2C( m3 m2 m1) c2D(m1 m2 m3) c2解析：質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，總質(zhì)量減小了，即質(zhì)量虧損A mn= m+mm。依據(jù)質(zhì)能方程可知，放生的能量為A E= A mc= (m+ m m) c2。答案： D9 .以m、m、m分別表示笊核、質(zhì)子、中子的質(zhì)量，則()A. n、= m+m B. m、= m+2mC. m>m+mD. m、v m+m解析：質(zhì)子和中子生成氘核，要放出能量，核反應(yīng)方程為：1p+ 0nf2H,由愛因斯坦質(zhì)能方程可知有能量的放生一定有質(zhì)量 的減少，所以 m+m&

8、gt;n、，D選項(xiàng)正確。答案： D10.莫核反應(yīng)方程為 2H+3HH2He+Xo已知2H的質(zhì)量為 2.0136u , 3H的質(zhì)量為3.0180u , 4He的質(zhì)量為4.0026u , X的質(zhì)量 為 1.0087u 。則下列說法中正確的是()A X 是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量8 X 是中子，該反應(yīng)釋放能量C X 是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D X 是中子，該反應(yīng)吸收能量解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得21H+ 3HH4He+ 1X,即X為中子；在該反應(yīng)發(fā)生前，反應(yīng)物的總質(zhì)量m= (2.0136 + 3.0180)u = 5.0316u ,反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量 m =(4.0026 +1.00

9、87)u =5.0113u ,總質(zhì)量減少，由現(xiàn)了質(zhì)量虧損， 故該反應(yīng)釋放能量。答案：B11 .已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.008665U、中子的質(zhì)量也是1.008665U ,氫原子的質(zhì)量是1.007825U ,碳原子的原子量是12.000000u,12個核子結(jié)合成碳原子核時，質(zhì)量虧損是 ,碳原子核的比結(jié)合能是。解析：碳原子可以看成是6個氫原子與6個中子結(jié)合而成，質(zhì)量虧損：A mr 6x 1.007825u + 6x 1.008665u 12.000000u =0.098940u 比結(jié)合能為：2 A E A mce = 77= 120.098 940 X 931.5 MeV=-=7.68MeVo12答案

10、：0.098940U7.68MeV12 .質(zhì)子間距約為 r=0.8 X10 -15m 電量 e= 1.60 x 10-9C, 質(zhì)量m= 1.67 X 10 -27kg。兩個質(zhì)子接觸時，核力比庫侖力大得多。 求：(1)兩質(zhì)子間庫侖力和萬有引力的比值；(2)若只存在庫侖力，質(zhì)子的加速度是多大？m 、一人，e2 - 一品/口 F庫解析：兩質(zhì)子間庫侖力F庫=kE萬有弓I力F牛得百ke29X 109X 1.60 2X 103836= GmT 6.67 X 10 11X 1.67 2X 10-54 =1.2*10 。(2)由牛頓第二定律知質(zhì)子的加速度a=F庫 ke2=2m mr9x 109x 1.60 2

11、x 10382292=1.67 x 10 -27x 0.8 2x 10-30m/s =2.2 * 10 m/s 0答案：(1)1.2 X 10 36 (2)2.2 X 1029m/s213 .中子n、質(zhì)子p、笊核D的質(zhì)量分別為 m、m、RD?，F(xiàn)用 光子能量為E的Y射線照射靜止的笊核使之分解，反應(yīng)方程為 y + D= n,若分解后的中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中 子的動能是多大？解析：由能量守恒得，E+ mc2= (mc2+ E) + (mc2+ R),-1。解得 5= 2( E+ mc mc mc )112=E、( m+ m m) c。a-112答案：E 2(m+mm)c14.靜止的原子核a

12、x發(fā)生衰變時，放生的能量都轉(zhuǎn)變成了 a 粒子和新核的動能，若測得a粒子的動能為E,則新原子核的動 能為多少？衰變中質(zhì)量虧損是多少？1 c解析：衰變方程為：bX-；2y+ 2He,由E= 2mVH a粒子的速度由動量守恒定律得:丁mv= mv, 丫2=工噢在4a4 a4m新核的動能：1 (a-4)2 1 (a-4)2 x -4mv= 2 x 4mx162E4E(a- 4)2m- a- 4原子核衰變放生的能量:A E= E+ E'E+4E a-4-aa-4由質(zhì)能方程A E= A mC 得:A m=r =cAE aE(a-4) c2答案:4Ea-4aE(a-4) c2應(yīng):15.兩個動能均為

13、1MeV的笊核發(fā)生正面碰撞，引起如下反2H+ 2HH 3H+ 1H試求：(1)此核反應(yīng)中放生的能量A E為多少？(2)若放生的能量全部變?yōu)樾律说膭幽?，則新生的氫核具有的動能是多少?解析：(1)此核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損和放生的能量分別為A m (2 X2.0136 3.0156 1.0073)u=0.0043u ,A E= A mC= 0.0043 X 931.5MeV = 4.005MeV (2)因碰前兩笊核動能相同，相向正碰，故碰前的總動量為零。因核反應(yīng)中的動量守恒， 故碰后質(zhì)子和笊核的總動量也為零。設(shè)其動量分別為R, P2,必有Pl= P2。設(shè)碰后質(zhì)子和笊核的動能分別為Eki和 國2,質(zhì)量分

14、別為 m和m。則:22,Eki mvi pi/ m m 32=2Ek2 mv2 P2/ m m 1故新生的氫核的動能為3Ek1=4( AE+ Ek0)3=4(4.005 + 2)MeV= 4.5MeVo答案：(1)4.005MeV(2)4.5MeV16. a 粒子的質(zhì)量 m.=6.6467 X 10 27kg,質(zhì)子的質(zhì)量 m= 1.6726 x 1027kg,中子的質(zhì)量 m= 1.6749 x 10 27kg。求 民 粒子(氮 核)的比結(jié)合能。解析：核子的質(zhì)量之和2m+2m=2X(1.6726 +1.6749) X10 -27kg= 6.6950 X 10 -27kg這個數(shù)值與a粒子的質(zhì)量之差

15、A m 2m+ 2mma = (6.6950 6.6467) X10 27kg= 4.83 x 10 -29kga粒子的結(jié)合能2 4.83 x 10 -29X3.0 2X 1016& E= & mC=1.60X10-19eV= 2.72 X 10 7eV= 27.2MeVa粒子的比結(jié)合能 1 = 芋=27.2MeV= 6.8MeVo44答案：6.8MeV17.為了確定愛因斯坦質(zhì)能方程AE= mC的正確性，設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)：用動能為 E=0.6MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核7Li ,生 成兩個a粒子的動能之和為 £=19.9MeV。(1)寫由該核反應(yīng)方程；(2)通過計算說明 AE= A mC正確。(已知質(zhì)子 m=1.0073u , a 粒子 m = 4.0015u ,鋰核 mi = 7.0160u)解析：(1) 3Li + iH