2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)11原子核的結(jié)合能含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE5課時(shí)作業(yè)11原子核的結(jié)合能時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7為單選，8～9為多選)1．關(guān)于核力的說(shuō)法正確的是(C)A．核力同萬(wàn)有引力沒(méi)有區(qū)分，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1.5×10－15mD．核力與電荷有關(guān)解析：核力是短程力，超過(guò)1.5×10－15m2．科學(xué)探討表明，自然界存在四種基本相互作用．我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于(B)A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用解析：分子作用范圍約在10－10m數(shù)量級(jí)上，強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在10－15m和10－3．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說(shuō)法，正確的是(D)A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)肯定相等B．穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C．原子核都是特別穩(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，不行能無(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(shuō)明原子核也會(huì)發(fā)生改變，C錯(cuò)誤；由核力作用特點(diǎn)可知，D正確．4．為了干脆驗(yàn)證愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中聞名的質(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)量的改變以及核反應(yīng)過(guò)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(guò)程放出的能量為ΔE，則這一試驗(yàn)需驗(yàn)證的關(guān)系式是(B)A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2D．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＝Δmc2＝(m1＋m3－m2)c2，故選項(xiàng)B正確．5．對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說(shuō)法中不正確的是(D)A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B．依據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C．一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放出核能，表明此過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能解析：公式E＝mc2中的E表示物體具有的總能量，m表示物體的質(zhì)量，故選項(xiàng)A正確；ΔE＝Δmc2表示的意義則是當(dāng)物體的質(zhì)量改變?chǔ)時(shí)，它的能量就會(huì)相應(yīng)地改變?chǔ)，故選項(xiàng)B正確；只有出現(xiàn)質(zhì)量虧損時(shí)，才能釋放核能，故選項(xiàng)C正確；公式E＝mc2中，E為質(zhì)量為m的物體所具有的能量，并非核反應(yīng)中釋放的能量，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．6．如圖所示是原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象，下列說(shuō)法正確的是(A)A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程肯定要汲取能量C．若C、B能結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量D．若F、C能結(jié)合成B，結(jié)合過(guò)程肯定要釋放能量解析：由A－Z圖象看出，D、E的平均核子質(zhì)量均大于F的平均核子質(zhì)量，因此，D、E結(jié)合成F時(shí)，要釋放能量，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；C、B的平均核子質(zhì)量均小于A的平均核子質(zhì)量，因此C、B結(jié)合成A時(shí)要汲取能量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；F、C的平均核子質(zhì)量均小于B的平均核子質(zhì)量，因此，F(xiàn)、C結(jié)合成B時(shí)要汲取能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．7．靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn放出α粒子后變成釙核eq\o\al(218,84)Po，α粒子動(dòng)能為Ekα.若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動(dòng)能，真空中的光速為c，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為(C)A.eq\f(4,218)·eq\f(Ekα,c2) B．0C.eq\f(222,218)·eq\f(Ekα,c2) D.eq\f(218,222)·eq\f(Ekα,c2)解析：核反應(yīng)過(guò)程中，動(dòng)量守恒，釙核和α粒子的動(dòng)量大小相等，由p＝eq\r(2mEk)可求得釙核的動(dòng)能EkPo＝eq\f(4Ekα,218)；由能量守恒得ΔE＝Ekα＋EkPo＝eq\f(222,218)Ekα；由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程的推導(dǎo)式ΔE＝Δmc2得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(222,218)·eq\f(Ekα,c2).8．钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時(shí)釋放巨大能量，如圖所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He，并伴隨γ光子輻射，則下列說(shuō)法中正確的是(AD)A．核燃料總是利用比結(jié)合能小的核B．核反應(yīng)中γ光子的能量就是eq\o\al(239,94)Pu核的結(jié)合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U核的結(jié)合能大D．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu核比eq\o\al(235,92)U核的比結(jié)合能小解析：依據(jù)比結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定，知核燃料總是利用比結(jié)合能小的核，故A正確；核反應(yīng)中γ光子的能量是由于質(zhì)量虧損而釋放的能量，故B錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U核的比結(jié)合能大，所以衰變時(shí)，會(huì)釋放巨大能量，故C錯(cuò)誤，D正確．故選A、D.9．關(guān)于愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，下列說(shuō)法中正確的是(BD)A．E＝mc2中的E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能B．E＝mc2是物體各種形式能的總和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中，虧損的質(zhì)量Δm轉(zhuǎn)化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)質(zhì)量，被放出的能量帶走解析：E＝mc2表示物體的質(zhì)量m與其能量E之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；E＝mc2中的E是指物體各種形式的能的總和，選項(xiàng)B正確；ΔE＝Δmc2表明，在核反應(yīng)中，質(zhì)量虧損Δm將以能量ΔE的形式被釋放出去，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．二、非選擇題10.eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量是3.016050u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007277u，中子質(zhì)量是1.008665u．求：(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是汲取還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能是多少？(3)假如這些能量是以光子形式放出，則光子的頻率是多少？答案：(1)放出能量7.97MeV(2)7.97MeV2.66MeV(3)1.92×1021Hz解析：(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的反應(yīng)方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u，反應(yīng)后新核的質(zhì)量為mH＝3.016050u，質(zhì)量虧損為Δm＝3.024607u－3.016050u＝0.008557u.因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)為放能反應(yīng)．釋放的核能為ΔE＝0.008557×931.5MeV＝7.97MeV.(2)氚核的結(jié)合能即為ΔE＝7.97MeV，它的比結(jié)合能為eq\f(ΔE,3)＝2.66MeV.(3)放出光子的頻率為ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(7.97×106×1.6×10－19,6.626×10－34)Hz＝1.92×1021Hz.11．一靜止的氡核(eq\o\al(222,86)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)生衰變時(shí)，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動(dòng)能．(1)寫(xiě)出衰變方程；(2)求出反沖核的速度；(3)求出這一衰變過(guò)程中虧損的質(zhì)量．答案：(1)eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(mv0,M)(3)eq\f(M＋mmv\o\al(2,0),2Mc2)解析：(1)由已知得eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He.(2)設(shè)反沖核的速度為v，由動(dòng)量守恒可知在：mv0＝Mv即v＝eq\f(mv0,M).(3)由質(zhì)能方程可知E＝Δmc2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋eq\f(1,2)Mv2，Δmc2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋eq\f(1,2)M(eq\f(mv0,M))2，解得：Δm＝eq\f(M＋mmv\o\al(2,0),2Mc2).12．盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)覺(jué)質(zhì)子．發(fā)覺(jué)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.已知氮核質(zhì)量為mN＝14.00753u，氧核的質(zhì)量為m0＝17.00454u，氦核質(zhì)量為mHe＝4.00387u，質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp＝1.00815u.(已知：1u相當(dāng)于931MeV，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)求：(1)這一核反應(yīng)是汲取能量還是放出能量？相應(yīng)的能量改變?yōu)槎嗌伲?2)若入射氦核以v0＝3×107m/s