4.1 核力与核能 同步练习 (含答案解析) (2)

第1节
核力与核能
同步练习
1.核力具有下列哪些性质(
)
A.核力是短程力，作用范围很小，只在相邻核子间发生
B.核力可能是引力，也可能是斥力.核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起
C.质子间、中子间、质子和中子之间都有核力
D.核力是一种强相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
解析：核力作用的范围在10-15
m区域内，只在相邻核子间发生，是短程力，A对.当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力，B正确.核力是质子、中子之间的强相互作用力，C、D对.答案：ABCD
2.关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的有(
)
A.原子核中质子和中子的个数一定相等
B.稳定的重原子核里，中子数要比质子数多
C.原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了
D.质子和中子可以组合成任意稳定的核
解析：因为库仑力是长程力，它作用于核内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着Z的增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多抵消库仑力的作用.因此，随着Z的增加，稳定核素的中子数越越大于质子数.答案：BC
3.在下述几种情况中，能释放原子核能的是(
)
A.由核子组成原子核
B.由质量小的原子核组成质量较大的原子核
C.核反应中产生质量亏损时
D.由重核裂变成质量较小的中等核
解析：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，由爱因斯坦质能方程，只要在反应过程中有质量亏损，就有能量释放出.故A、C、D正确，B错.答案：ACD
4.某核反应方程为+→+X.已知的质量为2.013
6
u，的质量为3.018
0
u，的质量为4.002
6
u，X的质量为1.008
7
u.则下列说法中正确的是(
)
A.X是质子，该反应释放能量
B.X是中子，该反应释放能量
C.X是质子，该反应吸收能量
D.X是中子，该反应吸收能量
解析：根据质量数和电荷数守恒：+→+，所以X为中子.在该核反应中质量亏损Δm=(2.016
3
u+3.018
0
u)-(4.002
6
u+1.008
7
u)=0.023
u＞0，质量发生亏损，该反应释放能量，所以B对.
5.根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E=mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程.质子的质量为mP，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是(
)
A.mα=(2mP+2mn)
B.mα＜(2mP+2mn)
C.mα＞(2mP+2mn)
D.以上关系式都不正确
解析：2+2→，2mp+2mn＞mα，故B正确.
6.氢核、中子、氘核质量分别为m1、m2、m3，那么氢核和中子结合为氘核时释放出的能量表达式为(
)
A.m3c2
B.(m1+m2)c2
C.(m3-m1-m2)c2
D.(m1+m2-m3)c2
解析：+→，
ΔE=(m1+m2-m3)c2，故D项正确.
7.原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做________.不同原子核的比结合能不一样，________的核的比结合能最大.这些核________.
答案：质量亏损
中等大小
最稳定
8.太阳每秒辐射的能量为3.8×1026
J，则其质量每秒减少________kg.
解析：由质能方程ΔE=Δmc2知
Δm=kg=4.2×109
kg.
9.已知氚核的质量是3.016
050
u，质子的质量是1.007
277
u，中子的质量是1.008
665
u，求核子结合成氚核时释放的能量.
解析：质子和两个中子结合成氚核时的核反应方程为：+2→
一个质子和两个中子结合成氚核时的质量亏损为
Δm=［(1.007
277+2×1.008
665)-3.016
050］
u
根据ΔE=Δmc2
(1)若取1
u=1.66×10-27
kg，则ΔE=0.008
557×1.66×10-27×(3.0×108)2
J=1.28×10-12
J.
(2)若取1
u=931
MeV，则ΔE=0.008
557×931
MeV=7.97
MeV.
答案：1.28×10-12
J或者7.97
MeV
10.已知氮核质量mN=14.007
53
u，氧核质量mO=17.004
54
u，氦核质量mHe=4.003
87
u，质子质量mH=1.008
15
u，试判断核反应：
+→+
是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？
解析：先计算出质量亏损Δm，然后由1
u相当于931.5
MeV能量代入计算即可.
反应前总质量mN+mHe=18.011
40
u
反应后总质量m0+mH=18.012
69
u
因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量为：
ΔE=Δmc2=(18.012
69-18.011
40)
u×931.5
MeV=1.2
MeV.
答案：吸能反应
1.2
MeV
11.如图所示，静止在匀强磁场中的核俘获一个速度为v0=7.7×104
m/s的中子而发生核反应+→+.若已知的速度v2=2.0×104
m/s，其方向与反应前中子速度方向相同.求：
(1)的速度是多大？
(2)在图中画出两粒子的运动轨迹并求出轨道半径之比；
(3)当粒子旋转3周时，粒子旋转几圈？
解析：(1)中子撞击锂核生成氚核和氢核过程中动量守恒m0v0=m1v1+m2v2，式中m0、m1、m2分别为中子、氚核、氦核的质量，v1为氚核速度，代入数据得v1=1.0×103
m/s，方向与v0相反.
(2)氚、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为
=3∶40，
轨迹如图所示
(3)氚核、氦核运动周期之比为
=3∶2
它们的旋转圈数之比为n1∶n2=T2∶T1=2∶3，所以α粒子旋转3周时，氚核转2周.
答案：(1)1.0×103
m/s
与v0相反
(2)3∶40
(3)2