2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核5核力與結(jié)合能課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE4核力與結(jié)合能時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7題為單選，8～9題為多選)1．氦原子核由兩個(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、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列依次是(D)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)的兩個(gè)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)量特別小，萬有引力小于庫侖力，故D正確．2．下列說法中正確的是(B)A．原子核內(nèi)的全部質(zhì)子間都存在核力和庫侖力B．對(duì)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(gè)質(zhì)子之間不管距離如何，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(cuò)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(cuò)誤．3．對(duì)原子核的組成，下列說法正確的是(D)A．核力可使一些中子組成原子核B．核力可使特別多的質(zhì)子組成原子核C．不存在只有質(zhì)子的原子核D．質(zhì)量較大的原子核內(nèi)肯定有中子解析：由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把特別多的質(zhì)子聚集在一起組成原子核，緣由是核力是短程力，質(zhì)子之間還存在“長程力”——庫侖力，A、B錯(cuò)誤；自然界中存在只有一個(gè)質(zhì)子的原子核，如eq\o\al(1,1)H，C錯(cuò)誤；較大質(zhì)量的原子核內(nèi)只有存在一些中子，才能減弱庫侖力，維系原子核的穩(wěn)定，故D正確．4．原來靜止的原子核eq\o\al(a,b)X發(fā)生α衰變時(shí)，放出α粒子的動(dòng)能為E0.假設(shè)衰變時(shí)產(chǎn)生的能量全部以動(dòng)能的形式釋放出來，則在此衰變過程中的質(zhì)量虧損是(D)A.eq\f(E0,c2) B.eq\f(E0,a－4c2)C.eq\f(a－4E0,c2) D.eq\f(aE0,a－4c2)解析：α粒子與新核質(zhì)量比為eq\f(4,a－4)，衰變過程滿意動(dòng)量守恒，即mαvα＝m新v新，依據(jù)動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系p2＝2mEk可知，新核動(dòng)能為eq\f(4,a－4)E0.由ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(E0＋\f(4,a－4)E0,c2)＝eq\f(aE0,a－4c2)，故D選項(xiàng)正確．5.如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量eq\x\to(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(C)A．將原子核A分解為原子核B、C可能汲取能量B．將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能汲取能量C．將原子核A分解為原子核B、F肯定釋放能量D．將原子核F、C結(jié)合成原子核B肯定釋放能量解析：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，A錯(cuò)誤；同理可得B錯(cuò)誤，F(xiàn)e處于穩(wěn)定態(tài)，越靠近Fe軸線的越不易發(fā)生分解或聚合，D錯(cuò)誤，C正確．6．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷削減．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘削減的質(zhì)量最接近(D)A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析：依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,3×1082)kg≈4.4×109kg.7．某核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為3.0180u，eq\o\al(4,2)He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(B)A．X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B．X是中子，該反應(yīng)釋放能量C．X是質(zhì)子，該反應(yīng)汲取能量D．X是中子，該反應(yīng)汲取能量解析：依據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，即X為中子；在該反應(yīng)發(fā)生前，反應(yīng)物的總質(zhì)量m1＝(2.0136＋3.0180)u＝5.0316u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2＝(4.0026＋1.0087)u＝5.0113u，總質(zhì)量削減，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量．8．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，產(chǎn)生γ光子，由此可見(BC)A．氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和C．核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)釋放核能D．原子核分解成核子時(shí)會(huì)釋放核能解析：由于結(jié)合時(shí)產(chǎn)生γ光子，即產(chǎn)生能量，故反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，B對(duì)，A錯(cuò)；質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，該反應(yīng)為核子結(jié)合成原子核的反應(yīng)，故C對(duì)，D錯(cuò)．9．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的比例，下列說法正確的是(BC)A．原子核中質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)肯定相等B．穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多C．原子核大到肯定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了D．質(zhì)子和中子可以組合成隨意穩(wěn)定的核解析：因?yàn)閹靵隽κ情L程力，它作用于核內(nèi)全部質(zhì)子，而核力只作用于相鄰的核子，隨著Z的增加，為使原子核保持穩(wěn)定，必需靠中子數(shù)的增多來抵消庫侖力的作用．因此，隨著Z的增加，穩(wěn)定核的中子數(shù)越來越大于質(zhì)子數(shù)．二、非選擇題10．氘核和氚核反應(yīng)時(shí)的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n已知eq\o\al(3,1)H的比結(jié)合能是2.78MeV，eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能是1.09MeV，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能是7.03MeV，試計(jì)算核反應(yīng)時(shí)釋放的能量．答案：17.6MeV解析：反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52MeV.反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.由于單個(gè)核子無結(jié)合能，所以反應(yīng)過程釋放出的能量ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6MeV.答案：吸能反應(yīng)1.2MeV解析：反應(yīng)前總質(zhì)量mN＋mHe＝18.01140u反應(yīng)后總質(zhì)量mO＋mH＝18.01269u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所汲取能量為ΔE＝Δmc2＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV.12．一個(gè)靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個(gè)α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(原子質(zhì)量為228.0287u)．(已知原子質(zhì)量單位1u＝1.67×10－27kg,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)(1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程；(2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能；(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動(dòng)能，則α粒子的動(dòng)能為多少？答案：(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)5.50MeV(3)5.41MeV解析：(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)質(zhì)量虧損Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059u釋放出的核能ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.50MeV.(3)系統(tǒng)動(dòng)量守恒，釷核和α粒子的動(dòng)量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0，pTh＝p