高中物理人教版 选修3－5第十九章 核力与结合能+测试题 Word版含答案

三十四） 核力与结合能
一、单项选择题
1．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(　　)
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在着强大的核力
D．核子间存在着复杂磁力
解析：选C　核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都有核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C。
2．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c。当质量分别为m1 kg和m2 kg的原子核结合为质量为M kg的原子核时，释放出的能量是(　　)
A．(M－m1－m2)·c2 J
B．(m1＋m2－M)×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 J
D．(m1＋m2－M)×931.5 MeV
解析：选C　在核能计算时，如果质量单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，单位是J；若质量单位是u，则利用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，所以选项C正确。
3．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用。我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上属于(　　)
A．引力相互作用
B．电磁相互作用
C．强相互作用和弱相互作用的共同作用
D．四种基本相互作用的共同作用
解析：选B　分子作用范围约在10－10 m数量级上，而强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15 m和10－18 m之间，故C错误；在分子作用范围内，引力作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁力。故B正确，A、D错误。
4．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是(　　)
A．E＝mc2表明物体具有的总能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的结合能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出能量，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的能量
解析：选D　公式E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故选项A正确，D错误；ΔE＝Δmc2表示的意义则是当物体的质量变化Δm时，它的能量就会相应的变化ΔE，故可以计算结合能，故选项B正确；核反应过程中出现质量亏损时，才能释放核能，故选项C正确。
5．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　　)
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
解析：选D　质量越大的原子核内中子数越多于质子数，A、B错误；放射现象说明原子核也会发生变化，C错误；由核力作用特点可知，D正确。
二、多项选择题
6．对于核力，以下哪些说法是正确的(　　)
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力的变化规律更清楚
解析：选BC　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在 1.5×10－15 m之内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误；核力在核子之间的距离大于0.8×10－15 m时，表现为吸引力，且随距离增大而减小，在距离小于0.8×10－15 m时，表现为斥力，因此核子不会融合在一起，选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，故选项D错误。
7．一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见(　　)
A．氘核的质量等于质子和中子的质量之和
B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和
C．核子结合成原子核时会释放核能
D．原子核分解成核子时会释放核能
解析：选BC　由于结合成氘核时产生γ光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，B对，A错；质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故C对，D错。
8．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是(　　)
A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子
B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
解析：选AD　中子和质子结合成氘核时放出的能量为2.2 MeV，所以要使氘核分解为中子和质子至少也需要2.2 MeV的能量，所以A正确；因为动能为标量，氘核分解为中子和质子时，二者不可能都是静止的，所以动能之和不为零，这一部分动能来自于光子的能量，所以B、C错误，D正确。
9．在某些恒星内，3个α粒子结合成1个6C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u。已知1 u＝1.66×10－27 kg，则(　　)
A．反应过程中的质量亏损是0.007 8 u
B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg
C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV
D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J
解析：选ABC　由题意可得核反应方程为3He→6C＋ΔE。则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u≈1.29×10－29 kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2 J＝1.161×10－12 J≈7.26 MeV。故正确选项为A、B、C。
三、非选择题
10．如果要把8O分成8个质子和8个中子，要给它多少能量？要把它分成4个He，要给它多少能量？(已知8O的核子比结合能是7.98 MeV，He的核子比结合能是7.07 MeV)
解析：将8O分成8个质子和8个中子所提供的能量为8O的结合能，即为其核子数与比结合能的乘积。需提供的能量为ΔE＝16×7.98 MeV＝127.68 MeV。
8O的结合能为EO＝127.68 MeV。
4个He的总的结合能为
EHe＝4×4×7.07 MeV
＝113.12 MeV。
将8O分成4个He需提供的能量为
ΔE′＝EO－EHe＝127.68 MeV－113.12 MeV
＝14.56 MeV。　
答案：127.68 MeV　14.56 MeV
11．一个静止的铀核 U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 Th(原子质量为228.028 7 u)。(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核的衰变反应方程。
(2)算出该衰变反应中释放出的核能。
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
解析：(1)U―→Th＋He。
(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 u
ΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.50 MeV。
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即
pTh＋(－pα)＝0，pTh＝pα，
EkTh＝，Ekα＝，
EkTh＋Ekα＝ΔE，
所以α粒子获得的动能
Ekα＝·ΔE
＝×5.50 MeV
≈5.41 MeV。
答案：(1)U―→Th＋He
(2)5.50 MeV　(3)5.41 MeV