高中物理人教版选修3-5能力提升测试卷：第十九章 课时5核力与结合能+Word版含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5能力提升测试卷：第十九章 课时5核力与结合能+Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 31.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-06-03 10:34:05 | ||
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文档简介
课时5 核力与结合能
一、选择题
1．(多选)以下关于核力的说法正确的是( )
A．核力存在于任何核子之间
B．核力只存在于相邻的核子之间
C．核力与万有引力性质相同
D．核力是一种短程的强作用力
答案 BD
解析 核力是短程力，只发生在相邻的核子之间，故A错误，B正确；由于原子核结合得很牢固，所以核力是一种短程强相互作用力，故D正确；核力与万有引力的性质不同，核力是短程力，表现为引力和斥力，万有引力是长程力，只有引力，其大小相差巨大，故C错误。
2．某核反应方程为H＋H→He＋X。已知H的质量为2.0136 u，H的质量为3.0155 u，He的质量为4.0015 u，X的质量为1.0087 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
答案 B
解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136 u＋3.0155 u＝5.0291 u，反应后产物总质量m2＝4.0015 u＋1.0087 u＝5.0102 u。总质量减少，出现了质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B正确。
3．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是( )
A．m3c2 B．(m1＋m2)c2
C．(m3－m2－m1)c2 D．(m1＋m2－m3)c2
答案 D
解析 质子和中子结合成原子核氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3。依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2。
4．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
答案 D
解析 核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两质子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算中不考虑。故选D。
5．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
答案 B
解析 根据爱因斯坦质能方程可知，物体具有的能量与质量有简单的正比关系。物体质量增大，能量也增大，认为能量与质量可以相互转化的观点是错误的，故A、C错误，B正确；在核反应中系统的总能量是守恒的，故D错误。
6．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是( )
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
答案 B
解析 反应前的质量总和为m1＋m3，质量亏损Δm＝m1＋m3－m2，核反应释放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，B正确。
7．(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是( )
A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能
B．E＝mc2是物体各种形式能的总和
C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出
D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走
答案 BD
解析 E＝mc2表示物体的质量m与其能量E之间的对应关系，故A错误；E＝mc2中的E是指物体各种形式的能的总和，故B正确；ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，质量亏损Δm将以能量ΔE的形式被释放出去，故C错误，D正确。故选B、D。
8.
原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，核子组合成原子核时( )
A．小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
B．中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
C．大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
D．不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同
答案 B
解析 比结合能越大，原子核越稳定，从图中可以看出，中等质量的原子核比结合能最大，两个较轻的核子结合成一个新核时，就会释放出巨大的能量，因此中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大，B正确。
9．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) u·c2
B．(m1＋m2－M) u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
答案 C
解析 在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错误。
10．(多选)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
答案 AD
解析 静止的氘核吸收的光子的能量大于其结合能时，才能分解为一个中子和一个质子，A对、B错；根据能量守恒，光子的能量大于氘核的结合能，多余的能量以核子动能的形式呈现，C错、D对。
二、非选择题
11．一个α粒子轰击一个硼B变成一个未知粒子和碳14，还放出0.75×106 eV的能量，写出核反应方程式______________，反应过程中质量亏损为________ kg。
答案 He＋B→C＋H'1.3×10－30
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可以写出核反应方程为He＋B→C＋H；由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝，代入数据计算得Δm≈1.3×10－30 kg。
12．有些核反应过程是吸收能量的。例如，在X＋7N―→8O＋H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2。在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的7N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由。
答案 见解析
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒，X应为He，即α粒子；若Ek＝Q，则该核反应不能发生，α粒子以动能Ek轰击静止的，说明α粒子有动量，根据动量守恒，α粒子与7N核碰撞后，总动量不等于零，则总动能也不等于零，根据能量守恒，剩余的能量不足以提供发生核反应吸收的能量。
13．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)
答案 127.68 MeV 14.56 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。
14．一个锂Li核受到一个质子的轰击，变成两个α粒子。已知一个氦原子核的质量是6.6466×10－27 kg，一个锂原子核的质量是1.16506×10－26 kg，一个氢原子核的质量是1.6726×10－27 kg，
(1)试写出这一过程的核反应方程；
(2)计算这一过程中的质量亏损；
(3)计算这一过程中所释放的核能。
答案 (1)Li＋H→2He'(2)3.0×10－29 kg
(3)2.7×10－12 J
解析 (1)这一过程的核反应方程为：
Li＋H→2He。
(2)质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα＝11.6506×10－27 kg＋1.6726×10－27 kg－2×6.6466×10－27 kg＝3.0×10－29 kg。
(3)释放核能ΔE＝Δmc2＝3.0×10－29×(3×108)2 J＝2.7×10－12 J。
15.H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子质量是1.008665 u。求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？
答案 (1)放出能量 7.97 MeV
(2)7.97 MeV 2.66 MeV (3)1.92×1021 Hz
解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是H＋2n→H，反应前各核子总质量为
m＋2mn＝1.007277 u＋2×1.008665 u＝3.024607 u，
反应后新核的质量为mH＝3.016050 u，
质量亏损为
Δm＝3.024607 u－3.016050 u＝0.008557 u。
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量。
释放的能量为
ΔE＝0.008557×931.5 MeV≈7.97 MeV。
(2)氚核的结合能即为ΔE≈7.97 MeV，
它的比结合能为≈2.66 MeV。
(3)放出光子的频率为
ν＝＝ Hz
≈1.92×1021 Hz。
一、选择题
1．(多选)以下关于核力的说法正确的是( )
A．核力存在于任何核子之间
B．核力只存在于相邻的核子之间
C．核力与万有引力性质相同
D．核力是一种短程的强作用力
答案 BD
解析 核力是短程力，只发生在相邻的核子之间，故A错误，B正确；由于原子核结合得很牢固，所以核力是一种短程强相互作用力，故D正确；核力与万有引力的性质不同，核力是短程力，表现为引力和斥力，万有引力是长程力，只有引力，其大小相差巨大，故C错误。
2．某核反应方程为H＋H→He＋X。已知H的质量为2.0136 u，H的质量为3.0155 u，He的质量为4.0015 u，X的质量为1.0087 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
答案 B
解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136 u＋3.0155 u＝5.0291 u，反应后产物总质量m2＝4.0015 u＋1.0087 u＝5.0102 u。总质量减少，出现了质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B正确。
3．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是( )
A．m3c2 B．(m1＋m2)c2
C．(m3－m2－m1)c2 D．(m1＋m2－m3)c2
答案 D
解析 质子和中子结合成原子核氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3。依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2。
4．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
答案 D
解析 核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两质子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算中不考虑。故选D。
5．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
答案 B
解析 根据爱因斯坦质能方程可知，物体具有的能量与质量有简单的正比关系。物体质量增大，能量也增大，认为能量与质量可以相互转化的观点是错误的，故A、C错误，B正确；在核反应中系统的总能量是守恒的，故D错误。
6．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是( )
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
答案 B
解析 反应前的质量总和为m1＋m3，质量亏损Δm＝m1＋m3－m2，核反应释放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，B正确。
7．(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是( )
A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能
B．E＝mc2是物体各种形式能的总和
C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出
D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走
答案 BD
解析 E＝mc2表示物体的质量m与其能量E之间的对应关系，故A错误；E＝mc2中的E是指物体各种形式的能的总和，故B正确；ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，质量亏损Δm将以能量ΔE的形式被释放出去，故C错误，D正确。故选B、D。
8.
原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，核子组合成原子核时( )
A．小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
B．中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
C．大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大
D．不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同
答案 B
解析 比结合能越大，原子核越稳定，从图中可以看出，中等质量的原子核比结合能最大，两个较轻的核子结合成一个新核时，就会释放出巨大的能量，因此中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大，B正确。
9．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) u·c2
B．(m1＋m2－M) u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
答案 C
解析 在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错误。
10．(多选)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
答案 AD
解析 静止的氘核吸收的光子的能量大于其结合能时，才能分解为一个中子和一个质子，A对、B错；根据能量守恒，光子的能量大于氘核的结合能，多余的能量以核子动能的形式呈现，C错、D对。
二、非选择题
11．一个α粒子轰击一个硼B变成一个未知粒子和碳14，还放出0.75×106 eV的能量，写出核反应方程式______________，反应过程中质量亏损为________ kg。
答案 He＋B→C＋H'1.3×10－30
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可以写出核反应方程为He＋B→C＋H；由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝，代入数据计算得Δm≈1.3×10－30 kg。
12．有些核反应过程是吸收能量的。例如，在X＋7N―→8O＋H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2。在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的7N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由。
答案 见解析
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒，X应为He，即α粒子；若Ek＝Q，则该核反应不能发生，α粒子以动能Ek轰击静止的，说明α粒子有动量，根据动量守恒，α粒子与7N核碰撞后，总动量不等于零，则总动能也不等于零，根据能量守恒，剩余的能量不足以提供发生核反应吸收的能量。
13．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)
答案 127.68 MeV 14.56 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。
14．一个锂Li核受到一个质子的轰击，变成两个α粒子。已知一个氦原子核的质量是6.6466×10－27 kg，一个锂原子核的质量是1.16506×10－26 kg，一个氢原子核的质量是1.6726×10－27 kg，
(1)试写出这一过程的核反应方程；
(2)计算这一过程中的质量亏损；
(3)计算这一过程中所释放的核能。
答案 (1)Li＋H→2He'(2)3.0×10－29 kg
(3)2.7×10－12 J
解析 (1)这一过程的核反应方程为：
Li＋H→2He。
(2)质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα＝11.6506×10－27 kg＋1.6726×10－27 kg－2×6.6466×10－27 kg＝3.0×10－29 kg。
(3)释放核能ΔE＝Δmc2＝3.0×10－29×(3×108)2 J＝2.7×10－12 J。
15.H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子质量是1.008665 u。求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？
答案 (1)放出能量 7.97 MeV
(2)7.97 MeV 2.66 MeV (3)1.92×1021 Hz
解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是H＋2n→H，反应前各核子总质量为
m＋2mn＝1.007277 u＋2×1.008665 u＝3.024607 u，
反应后新核的质量为mH＝3.016050 u，
质量亏损为
Δm＝3.024607 u－3.016050 u＝0.008557 u。
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量。
释放的能量为
ΔE＝0.008557×931.5 MeV≈7.97 MeV。
(2)氚核的结合能即为ΔE≈7.97 MeV，
它的比结合能为≈2.66 MeV。
(3)放出光子的频率为
ν＝＝ Hz
≈1.92×1021 Hz。