高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业核力与核能 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业核力与核能 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 26.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-05-18 19:19:33 | ||
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课时跟踪检测（十） 核力与核能
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的排列顺序是( )
A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力
解析：选D 核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不予考虑，故D正确。
2．原子质量单位为u,1u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 eV
解析：选C 在计算核能时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，能量单位是J；若质量单位是u，则利用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故选项C正确。
3．[多选]下列说法中正确的是( )
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力
解析：选AC 质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对。核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错。同位素之间质子数相同，中子数不同，质量数也不同，故C对。核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，中子与中子之间还可能存在核力，D错。
4．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能大于铅原子核(Pb)的结合能
D．平均结合能越大，原子核越不稳定
解析：选A 结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B错误；核子数越多，结合能越大，选项C错误；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误。
5．[多选]质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当质子和中子结合成氘核时放出能量，则下列关系式中正确的是( )
A．m1＋m2＝m3 B．m3>m1>m2
C．m3>m2>m1 D．m1＋m2>m3
解析：选CD 质子和中子结合成氘核时放出能量，则总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，又因为中子质量大于质子质量，综上，A、B错误，C、D正确。
6．下列说法中正确的是( )
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以互相转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
解析：选B E＝mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确。核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误。在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变为动质量，故D项错误。
7．下面是一核反应方程：H＋H―→He＋X，用c表示光速，则( )
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核质量和减去氦核与质子的质量和再乘以c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核质量和减去氦核与中子的质量和再乘以c2
解析：选D 由质量数守恒和核电荷数守恒可得X为中子，根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损和c2的乘积，故D正确。
8．[多选]中子和质子结合成氘核时，质量亏损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 只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合能，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错误，D项正确。
9．一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时，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氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为( )
A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2
C.NAΔmc2 D．5NAΔmc2
解析：选A 根据爱因斯坦质能方程，一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为Δmc2,1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量应为Δmc2的NA倍，即为NAΔmc2，选项A正确。
10.[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、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
解析：选AC 由题图可知Fe原子核的核子平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的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，由质能方程得，该过程一定释放能量，所以A正确，B错误；因为B、C的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，所以C正确，D错误。
11．一静止原子核发生α衰变，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R的圆。已知α粒子的质量为m，电荷量为q；新核的质量为M；光在真空中的速度大小为c。求衰变前原子核的质量。
解析：设衰变产生的α粒子的速度大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB＝m
设衰变后新核的速度大小为V，衰变前后动量守恒，有
0＝MV－mv
设衰变前原子核质量为M0，衰变前后能量守恒，有
M0c2＝Mc2＋MV2＋mc2＋mv2
解得M0＝(M＋m)。
答案：(M＋m)
12．α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg。求α粒子(氦核)的平均结合能。
解析：核子的质量之和
2mp＋2mn＝2×(1.672 6＋1.674 9)×10－27 kg
＝6.695 0×10－27 kg
这个数值与α粒子的质量之差Δm＝2mp＋2mn－mα＝(6.695 0－6.646 7)×10－27 kg＝4.83×10－29 kg
α粒子的结合能
ΔE＝Δmc2＝ eV
≈2.72×107 eV＝27.2 MeV
所以，α粒子的平均结合能
＝＝ MeV＝6.8 MeV。
答案：6.8 MeV
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的排列顺序是( )
A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力
解析：选D 核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不予考虑，故D正确。
2．原子质量单位为u,1u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 eV
解析：选C 在计算核能时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，能量单位是J；若质量单位是u，则利用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故选项C正确。
3．[多选]下列说法中正确的是( )
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力
解析：选AC 质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对。核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错。同位素之间质子数相同，中子数不同，质量数也不同，故C对。核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，中子与中子之间还可能存在核力，D错。
4．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能大于铅原子核(Pb)的结合能
D．平均结合能越大，原子核越不稳定
解析：选A 结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B错误；核子数越多，结合能越大，选项C错误；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误。
5．[多选]质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当质子和中子结合成氘核时放出能量，则下列关系式中正确的是( )
A．m1＋m2＝m3 B．m3>m1>m2
C．m3>m2>m1 D．m1＋m2>m3
解析：选CD 质子和中子结合成氘核时放出能量，则总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，又因为中子质量大于质子质量，综上，A、B错误，C、D正确。
6．下列说法中正确的是( )
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以互相转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
解析：选B E＝mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确。核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误。在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变为动质量，故D项错误。
7．下面是一核反应方程：H＋H―→He＋X，用c表示光速，则( )
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核质量和减去氦核与质子的质量和再乘以c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核质量和减去氦核与中子的质量和再乘以c2
解析：选D 由质量数守恒和核电荷数守恒可得X为中子，根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损和c2的乘积，故D正确。
8．[多选]中子和质子结合成氘核时，质量亏损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 只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合能，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错误，D项正确。
9．一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时，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氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为( )
A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2
C.NAΔmc2 D．5NAΔmc2
解析：选A 根据爱因斯坦质能方程，一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为Δmc2,1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量应为Δmc2的NA倍，即为NAΔmc2，选项A正确。
10.[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、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
解析：选AC 由题图可知Fe原子核的核子平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的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，由质能方程得，该过程一定释放能量，所以A正确，B错误；因为B、C的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，所以C正确，D错误。
11．一静止原子核发生α衰变，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R的圆。已知α粒子的质量为m，电荷量为q；新核的质量为M；光在真空中的速度大小为c。求衰变前原子核的质量。
解析：设衰变产生的α粒子的速度大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvB＝m
设衰变后新核的速度大小为V，衰变前后动量守恒，有
0＝MV－mv
设衰变前原子核质量为M0，衰变前后能量守恒，有
M0c2＝Mc2＋MV2＋mc2＋mv2
解得M0＝(M＋m)。
答案：(M＋m)
12．α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg。求α粒子(氦核)的平均结合能。
解析：核子的质量之和
2mp＋2mn＝2×(1.672 6＋1.674 9)×10－27 kg
＝6.695 0×10－27 kg
这个数值与α粒子的质量之差Δm＝2mp＋2mn－mα＝(6.695 0－6.646 7)×10－27 kg＝4.83×10－29 kg
α粒子的结合能
ΔE＝Δmc2＝ eV
≈2.72×107 eV＝27.2 MeV
所以，α粒子的平均结合能
＝＝ MeV＝6.8 MeV。
答案：6.8 MeV