粤教版高中物理选修3-5课时分层作业 15 核力与结合能 Word版含解析

课时分层作业(十五)
(时间：45分钟　分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．对于核力，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为引力
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15 m时核力的变化规律更清楚
B　[要掌握核力的基本特点，掌握核力与万有引力、电磁力的区别，这是解决核力问题的关键．
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，因此选项B正确，A错误．核力在大于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，核力表现为斥力，选项C错误．人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D不正确．]
2．(多选)由图可得出的结论是(　　)
A．质子和中子的质量之和小于氘核的质量
B．质子和中子的质量之和大于氘核的质量
C．氘核分解为质子和中子时要吸收能量
D．质子和中子结合成氘核时要吸收能量
BC　[氘核吸收了γ光子后，能量增加，分裂成了一个中子和一个质子，故C对，D错；根据能量守恒和爱因斯坦质能方程可知，能量增加，对应的质量也增加，故质子和中子的质量之和大于氘核的质量，A错，B对．]
3．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．核反应：Be＋He→C＋X，符号“X”表示中子
B．若一个铀核在裂变前后的质量亏损为Δm，则其释放的核能为ΔE＝Δmc2
C．氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小
D．比结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
AB　[根据核反应过程中质量数和电荷数守恒可知，符号“X”表示中子，故A选项正确；根据爱因斯坦质能方程可知，质量亏损Δm，释放的核能为ΔE＝Δmc2，故B选项正确；氢原子辐射出光子后能量减小，核外电子的轨道半径变小，加速度变大，故C选项错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D选项错误．]
4．铀原子核发生衰变时衰变方程为U→Th＋X，其中92U、Th、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则(　　)
A．X是电子
B．m1＝m2＋m3
C．衰变时释放的能量为(m1－m2－m3)c2
D．若提高温度，U半衰期将会变小
C　[根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误．依据质量亏损，则m1＞m2＋m3，故B错误．根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故C正确．半衰期的大小与温度无关，故D错误．]
5．已知氘核(H)的平均结合能为1.1 MeV，氦核(He)的平均结合能为2.57 MeV，两个氘核结合成一个氦核的反应方程为H＋H→He＋n，此核反应(　　)
A．放出3.31 MeV能量　 B．放出5.51 MeV能量
C．放出5.88 MeV能量 D．吸收1.83 MeV能量
A　[H＋H→He＋n；
聚变反应前两个H的总结合能为：E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV
反应后生成的氦核的结合能为：E2＝2.57×3 MeV＝
7．71 MeV
所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31 MeV，故A正确，B、C、D错误；]
6．(多选)如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 (　　)
A．将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量
B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量
C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量
D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量
AC　[因B、C核子平均质量小于A核子的平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A正确，同理可得B、D错，C正确．]
二、非选择题(14分)
7．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N＋He→O＋H是吸能反应还是放能反应？能量变化为多少？
[解析]　反应前总质量mN＋mHe＝18.011 40 u
反应后总质量mO＋mH＝18.012 69 u
因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(m0＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝
(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV＝1.2 MeV.
[答案]　吸能　1.2 MeV
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．核反应方程N＋H→C＋X＋ΔE中，N的质量为m1、H的质量为m2、C的质量为m3、X的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列判断正确的是(　　)
A．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是He，ΔE＝( m3＋m4－m1－m2)c2
D．X是He，ΔE＝( m3＋m4－m1－m2)c2
B　[根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数：m＝15＋1－12＝4，核电荷数：z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核He，该反应过程中质量亏损为Δm＝(m1＋m2－m3－m4)
所以释放的核能为：ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2.故A、C、D错误，B正确．]
2．心脏起搏器中的微型核电池如图所示，它以钽铂合金作外壳，内装有钚238，整个电池只有160 g重，体积仅18 mm3.核电池的核心是静态热电换能器，它将热能转化为电能，工作效率只有20%，大部分热能被浪费掉．已知此核电池的输出功率为2.30×10－4 W，可以连续使用10年，1 g钚238能产生2.46×106 J热能，则此核电池中钚238的质量约为(　　)
A．0.05 g B．0.15 g
C．1 g D．5 g
B　[根据功能关系可知，此核电池释放的功率P0：
P0×20%＝P出
所以：P0＝1.15×10－3 W
由能量关系可知：n·E0＝P0t，代入数据可得：
n＝0.147 g≈0.15 g．故A、C、D错误，B正确；]
3．(多选)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，它们之间可以相互转化
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藏的能量的量度
C．核反应中发生的“质量亏损”是由静止质量变成运动质量
D．因为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
BC　[E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项正确；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成动质量，故D错误．]
4．原来静止的原子核X质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，已测得α粒子的速度垂直于磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列五个结论中，不正确的是(　　)
A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为
B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为
C．此衰变过程中的质量亏损为m1－m2－m3
D．此衰变过程中释放的核能为
A　[原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2.由题意知X核原来静止，则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等，由R＝知RY∶Rα＝qα∶qY＝2∶(Z－2)，故B项正确；而周期之比由T＝知TY∶Tα＝·＝，故A项错误；该过程质量亏损Δm＝m1－(m2＋m3)，故C项正确；由Ek＝知Y核的动能EkY＝，则释放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝，故D项正确．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)如果把O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O的核子平均结合能是7.98 MeV，He的核子平均结合能是7.07 MeV.
[解析]　把O分成8个质子和8个中子需提供的能量为ΔE1＝16×7.98 MeV＝127.68 MeV
将2个质子和2个中子结合成一个He所放出的能量为ΔE2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV
则将8O分成4个He需提供的能量为
ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68 MeV－4×28.28 MeV
＝14.56 MeV.
[答案]　127.68 MeV　14.56 MeV
6．(14分)用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．
(1)写出核反应方程；
(2)求出质量亏损；
(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能之比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？(1 u相当于931.5 MeV)
[解析]　(1)Li＋n→H＋He＋4.8 MeV.
(2)依据ΔE＝Δm×931.5 MeV
得：Δm＝ u≈0.005 2 u.
(3)根据题意有：0＝m1v1＋m2v2，式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度．由上式及动能Ek＝可得氚核和α粒子的动能之比为
Ek1∶Ek2＝∶＝m2∶m1＝4∶3.
(4)α粒子的动能
Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝×4.8 MeV≈2.06 MeV.
[答案]　(1)Li＋n―→H＋He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u　(3)4∶3　(4)2.06 MeV