课时提升作业：十一第三章原子核3.4原子核的结合能
文档属性
| 名称 | 课时提升作业：十一第三章原子核3.4原子核的结合能 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 52.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-10-03 16:03:36 | ||
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文档简介
课时提升作业 十一原子核的结合能
(30分钟 50分)
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.某核反应方程为HHHe+X。已知H的质量为2.013 6 uH的质量为3.018 uHe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】选B。根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒,X应为中子,反应前后Δm=2.013 6 u+3.018 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.020 3 u,故有质量亏损,为放能反应,故B正确。
2.一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是HHHen,此反应过程产生的质量亏损为Δm。已知阿伏伽德罗常数为NA,真空中的光速为c。若
1 mol氘和1 mol氚完全发生核反应生成氦,则在这个核反应中释放的能量为
( )
A.NAΔmc2 B.NAΔmc2
C.2NAΔmc2 D.5NAΔmc2
【解析】选B。一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时,释放出的能量为Δmc2,1 mol的氘核和1 mol的氚核结合成1 mol的氦核释放的能量为NAΔmc2。
3.(多选)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像,下列说法中正确的是 ( )
A.若D和E结合成F,结合过程中一定会吸收核能
B.若D和E结合成F,结合过程中一定会释放核能
C.若A分裂成B和C,分裂过程一定会吸收核能
D.若A分裂成B和C,分裂过程一定会释放核能
【解题指南】明确了核子的平均质量与结合能的对应关系,就可以顺利解答此题。
【解析】选B、D。由题图可知,原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时,因F核子的平均质量小于D、E核子的平均质量,故出现质量亏损,由质能方程知,该过程一定放出核能,所以选项A错误,选项B正确;因为B、C核子的平均质量小于A核子的平均质量,故A分裂成B、C的过程中一定要释放能量,所以选项C错误,选项D正确。
4.在某些恒星内,三个α粒子可以结合成一个C,已知C核的质量为1.992 72×10-26kg,α粒子的质量为6.646 72×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,则这个反应中释放的核能约为 ( )
A.9×10-10J B.9×10-13J
C.9×10-9J D.9×10-15J
【解析】选B。三个α粒子结合成一个C核的质量亏损为Δm=3×6.646 72×10-27kg-1.992 72×10-26kg≈1×10-29kg.根据爱因斯坦质能方程得释放的核能为ΔE=Δmc2=1×10-29×(3×108)2J=9×10-13J。故选B。
5.(多选)下列说法符合事实的是 ( )
A.所有的核反应都会释放出核能
B.结合能与核子数之比叫比结合能
C.重核分裂成较轻的原子核时要放出能量
D.ΔE=Δmc2表示发生的质量亏损Δm变为能量放出来
【解析】选B、C。核反应中是否会释放能量要看是否有质量亏损,有些核反应需要吸收能量才能发生,A错;由比结合能的定义知,B正确;根据比结合能曲线知,重核分裂成较轻的原子核时要放出能量,C正确;质量亏损Δm转变为运动质量,D错。
6.一个质子与一个中子结合成一个氘核时释放2.2 MeV的能量,两个中子与两个质子结合成一个氦核时,释放28.3 MeV的能量。现在把两个中子与两个质子先结合成两个氘核,再把两个氘核结合成一个氦核,那么在整个过程中释放的能量为 ( )
A.不知氘结合成氦核时释放的能量,故无法判断
B.23.9 MeV
C.26.1 MeV
D.28.3 MeV
【解析】选D。核反应过程中释放核能的多少,与中间过程无关,只由反应前后原子核的比结合能来决定.本题中的两种情况都是由两个中子和两个质子,最终结合成一个氦核,所以释放的能量是相同的,故D选项正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
7.(10分)氦核由2个质子和2个中子组成。每个质子的质量是1.007 277 u,每个中子的质量是1.008 665 u,氦核的质量是4.001 509 u,试求氦核的比结合能。
【解析】核子结合成氦核的过程中质量亏损为
Δm=2×1.007277u+2×1.008 665 u-4.001 509 u
=0.030 4 u
与这个质量差相对应的能量即为氦核的结合能:
ΔE=Δmc2=0.0304×931.5MeV=28.32MeV
所以氦核的比结合能为=7.08MeV
答案:7.08MeV
【总结提升】结合能与电离能
无论质子和质子之间,中子和中子之间,还是质子和中子之间,都存在核力,它们结合成原子核时释放的能量叫结合能。
要使氢原子电离,也就是要从氢原子中把电子剥离,需要通过碰撞、赋予光子等途径让电子得到能量,这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能,不过通常把它叫做氢原子的电离能。
8.(10分)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素,已知Ra能自发地放出α粒子而变成新核Rn,已知Ra的质量为M1=3.753 3×10-25kg,新核Rn的质量为M2=3.686 7×10-25kg。α粒子的质量为m=6.646 6×10-27kg。现有一个静止的Ra核发生α衰变,衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s,求(计算结果保留两位有效数字):
(1)写出该核反应的方程。
(2)此反应过程中放出的能量。
(3)反应后新核Rn的速度大小。
【解析】(1)核反应的方程为RaHeRn
(2)根据爱因斯坦质能方程
ΔE=Δmc2=(M1-M2-m)c2=1.2×10-12J
(3)设Rn的速度为v2,由动量守恒定律M2v2-mv=0
所以v2==m/s=6.6×103m/s
答案:(1RaHeRn (2)1.2×10-12J
(3)6.6×103m/s
(30分钟 50分)
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.某核反应方程为HHHe+X。已知H的质量为2.013 6 uH的质量为3.018 uHe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】选B。根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒,X应为中子,反应前后Δm=2.013 6 u+3.018 u-4.002 6 u-1.008 7 u=0.020 3 u,故有质量亏损,为放能反应,故B正确。
2.一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是HHHen,此反应过程产生的质量亏损为Δm。已知阿伏伽德罗常数为NA,真空中的光速为c。若
1 mol氘和1 mol氚完全发生核反应生成氦,则在这个核反应中释放的能量为
( )
A.NAΔmc2 B.NAΔmc2
C.2NAΔmc2 D.5NAΔmc2
【解析】选B。一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时,释放出的能量为Δmc2,1 mol的氘核和1 mol的氚核结合成1 mol的氦核释放的能量为NAΔmc2。
3.(多选)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像,下列说法中正确的是 ( )
A.若D和E结合成F,结合过程中一定会吸收核能
B.若D和E结合成F,结合过程中一定会释放核能
C.若A分裂成B和C,分裂过程一定会吸收核能
D.若A分裂成B和C,分裂过程一定会释放核能
【解题指南】明确了核子的平均质量与结合能的对应关系,就可以顺利解答此题。
【解析】选B、D。由题图可知,原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时,因F核子的平均质量小于D、E核子的平均质量,故出现质量亏损,由质能方程知,该过程一定放出核能,所以选项A错误,选项B正确;因为B、C核子的平均质量小于A核子的平均质量,故A分裂成B、C的过程中一定要释放能量,所以选项C错误,选项D正确。
4.在某些恒星内,三个α粒子可以结合成一个C,已知C核的质量为1.992 72×10-26kg,α粒子的质量为6.646 72×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,则这个反应中释放的核能约为 ( )
A.9×10-10J B.9×10-13J
C.9×10-9J D.9×10-15J
【解析】选B。三个α粒子结合成一个C核的质量亏损为Δm=3×6.646 72×10-27kg-1.992 72×10-26kg≈1×10-29kg.根据爱因斯坦质能方程得释放的核能为ΔE=Δmc2=1×10-29×(3×108)2J=9×10-13J。故选B。
5.(多选)下列说法符合事实的是 ( )
A.所有的核反应都会释放出核能
B.结合能与核子数之比叫比结合能
C.重核分裂成较轻的原子核时要放出能量
D.ΔE=Δmc2表示发生的质量亏损Δm变为能量放出来
【解析】选B、C。核反应中是否会释放能量要看是否有质量亏损,有些核反应需要吸收能量才能发生,A错;由比结合能的定义知,B正确;根据比结合能曲线知,重核分裂成较轻的原子核时要放出能量,C正确;质量亏损Δm转变为运动质量,D错。
6.一个质子与一个中子结合成一个氘核时释放2.2 MeV的能量,两个中子与两个质子结合成一个氦核时,释放28.3 MeV的能量。现在把两个中子与两个质子先结合成两个氘核,再把两个氘核结合成一个氦核,那么在整个过程中释放的能量为 ( )
A.不知氘结合成氦核时释放的能量,故无法判断
B.23.9 MeV
C.26.1 MeV
D.28.3 MeV
【解析】选D。核反应过程中释放核能的多少,与中间过程无关,只由反应前后原子核的比结合能来决定.本题中的两种情况都是由两个中子和两个质子,最终结合成一个氦核,所以释放的能量是相同的,故D选项正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
7.(10分)氦核由2个质子和2个中子组成。每个质子的质量是1.007 277 u,每个中子的质量是1.008 665 u,氦核的质量是4.001 509 u,试求氦核的比结合能。
【解析】核子结合成氦核的过程中质量亏损为
Δm=2×1.007277u+2×1.008 665 u-4.001 509 u
=0.030 4 u
与这个质量差相对应的能量即为氦核的结合能:
ΔE=Δmc2=0.0304×931.5MeV=28.32MeV
所以氦核的比结合能为=7.08MeV
答案:7.08MeV
【总结提升】结合能与电离能
无论质子和质子之间,中子和中子之间,还是质子和中子之间,都存在核力,它们结合成原子核时释放的能量叫结合能。
要使氢原子电离,也就是要从氢原子中把电子剥离,需要通过碰撞、赋予光子等途径让电子得到能量,这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能,不过通常把它叫做氢原子的电离能。
8.(10分)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素,已知Ra能自发地放出α粒子而变成新核Rn,已知Ra的质量为M1=3.753 3×10-25kg,新核Rn的质量为M2=3.686 7×10-25kg。α粒子的质量为m=6.646 6×10-27kg。现有一个静止的Ra核发生α衰变,衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s,求(计算结果保留两位有效数字):
(1)写出该核反应的方程。
(2)此反应过程中放出的能量。
(3)反应后新核Rn的速度大小。
【解析】(1)核反应的方程为RaHeRn
(2)根据爱因斯坦质能方程
ΔE=Δmc2=(M1-M2-m)c2=1.2×10-12J
(3)设Rn的速度为v2,由动量守恒定律M2v2-mv=0
所以v2==m/s=6.6×103m/s
答案:(1RaHeRn (2)1.2×10-12J
(3)6.6×103m/s