3.4原子核的结合能 达标作业(解析版)

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名称 3.4原子核的结合能 达标作业(解析版)
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资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2020-02-14 21:53:19

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3.4原子核的结合能
达标作业(解析版)
1.如图所示,图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系,下列说法中正确的是( )
A.核的结合能约为15MeV
B.核比核更稳定
C.两个核结合成核时要放出能量
D.核裂变成核和核过程中,核子的平均质量增加
2.以下关于近代物理的叙述中,正确的是
A.β射线是电子流,是原子的外层电子受激发而辐射产生的
B.放射性元素的半衰期与外界的温度、压强、是否是化合态都有关
C.一群处于量子数为4能级的原子向各较低能级跃时可释放6种不同频率的光子
D.中子与质子结合成氘核时吸收能量
3.下列说法正确的是
A.中子和质子结合成氘核,若亏损的质量为,则需要吸收的能量
B.衰变中放出的射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C.一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子
D.发生光电效应时,人射光的光照强度越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大
4.以下叙述正确的是
A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B.有10个放射性元素的原子核,当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,会辐射一定频率的光子,同时氢原子的电势能减小,电子的动能减小
D.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损,都向外界放出核能
5.在核反应堆中,为了使快中子的速度减慢,可选用作为中子减速剂的物质是( )
A.氢 B.镉 C.氧 D.水
6.质子和中子质量分别为m1和m2,当它们结合成氘核时,产生能量E,并以γ射线的形式放出。已知普朗克常数为h,真空中的光速为c,则氘核的质量和γ射线的频率的表达式分别为( )
A. B.
C. D.
7.我国自主研发的钍基熔盐堆是瞄准未来20?30年后核能产业发展需求的第四代核反应堆,是一种液态燃料堆,使用钍铀核燃料循环,以氟化盐为冷却剂,将天然核燃料和可转化核燃料熔融于高温氟化盐中,携带核燃料在反应堆内部和外部进行循环.钍232不能直接使用,需要俘获一个中子后经过2次p衰变转化成铀233再使用,铀233的一种典型裂变方程是。己知铀233的结合能为E1、钡142的结合能为E2、氪89的结合能为E3,则
A.铀233比钍232多一个中子
B.铀233、钡142、氪89三个核中铀233的结合能最大,比结合能也最大
C.铀233、钡142、氪89三个核中氪89的结合能最小,比结合能却最大
D.铀233的裂变反应释放的能量为
8.下列说法中正确的是( )
A.氢原子由高能级跃迁到低能级时,电子的动能增加,原子的电势能减少,总能量不变
B.原子核的平均结合能越小,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
C.天然放射现象中的β射线实际是高速电子流,穿透能力比α粒子强
D.放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化
9.下列说法正确的是
A.两个带电质点,只在相互作用的静电力下运动,若其中一个质点的动量增加,另一个质点的动量一定减少
B.波尔将量子观念引入原子领域,成功解释了氢原子光谱的特征
C.在原子核中,比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固
D.已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV,则动能等于12.09eV的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰,可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态
10.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.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C.比结合越大,原子核越不稳定
D.自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
11.海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应产生一个核和一个粒子,其中氘核的质量为2.013 0 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u.(1 u=931.5 MeV),求:
(1)写出核反应方程;
(2)核反应中释放的核能;
(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,反应中产生的粒子和氦核的动能.
12.用速度大小为v的中子()轰击静止的锂核(),发生核反应后生成氚核和α粒子.已知氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,质子与中子的质量近似相等为m,光速为c.
(1)写出核反应方程;
(2)求氚核与α粒子的速度大小;
(3)若核反应过程中放出的核能也全部转化为氚核和α粒子的动能,求该过程中的质量亏损.
13.核的平均结合能为7.1MeV,核的平均结合能为1.61MeV,两个氘()核结合成一个氦核释放的结合能△E=________.
14.氘核和氚核聚变时的核反应方程为,已知的平均结合能是1.09 MeV,的平均结合能是2.78 MeV,的平均结合能是7.03 MeV,则该核反应释放的能量为________ MeV.
参考答案
1.C
【解析】
【详解】
A. 比结合能是指把原子核内核子分开平均每个核子需要的能量,核的比结合能约为5 MeV,核的核子数为6,核的结合能约为30MeV,故A错误;
B. 比结合能越大,原子核越稳定,由图知,核比核的比结合能小,核更稳定,故B错误;
C. 两个核结合成核时有质量亏损,要放出能量,故C正确;
D. 核裂变成核和核过程中,有质量亏损,要释放能量,组成原子核的核子的平均质量会减小,故D错误。
2.C
【解析】
【详解】
A.β射线是电子流,是从原子核内一个中子转化成一个质子而来的,故A项与题意不相符;
B.半衰期是元素本身的性质,与外界所有条件无关,故B项与题意不相符;
C.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,依据,能辐射出6种不同频率的光,故C项与题意相符;
D. 中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损,释放能量,故D项与题意不相符。
3.C
【解析】
【详解】
A.核子结合成原子核的过程中存在质量亏损,该过程会释放能量,故选项A错误;
B.衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,并不是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的,故选项B错误;
C.一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种不同频率的光子,故选项C正确;
D.光子的能量由光的频率决定,与光照强度无关,入射光的频率越大,发生光电效应时产生的光电子的最大初动能就越大,故选项D错误。
4.D
【解析】
【详解】
A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能与频率有关,与光强无关.故选项A不符合题意.
B.放射性元素的半衰期是统计概念,需要对大量原子核才有意义.故选项B不符合题意.
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,会辐射一定频率的光子,同时氢原子的电势能减小,电子的动能增大.故选项C不符合题意.
D.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损,都向外界放出核能.故选项D符合题意.
5.D
【解析】
试题分析:在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂,D正确
考点:核反应堆
【名师点睛】了解核反应堆的原理及减速剂的作用;在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂。
6.B
【解析】
【详解】
根据爱因斯坦质能方程
解得:氘核的质量
γ射线的频率
A. 与上述计算结果不相符,故A不符合题意;
B. 与上述计算结果相符,故B符合题意;
C. 与上述计算结果不相符,故C不符合题意;
D. 与上述计算结果不相符,故D不符合题意。
7.C
【解析】
【详解】
铀233 中含有的中子数为:233-92=141,钍232中的中子数为:232-90=142,可知铀233 比钍232少一个中子,A错误;中等大小的核最稳定,比结合能最大,B错误C正确;由于该核反应的过程中释放核能,所以裂变后的新核的结合能大于原来的结合能,所以铀233的裂变反应释放的能量为,D错误.
8.C
【解析】
【详解】
电子绕原子核做圆周运动时由库伦力提供向心力故有,则电子的动能,电子由高能级跃迁到较低能级时轨道半径减小,故电子的动能增大,当电子由较高能级向较低能级跃迁时,库伦力对电子做正功,电势能减小,总能量减少。故A错误;原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B错误;天然放射现象中的β射线实际是高速电子流,穿透能力比α粒子强,故C正确;放射性元素的半衰期是由原子核内的结构决定的,与温度或压强无关,故D错误。
故本题选C.
9.BC
【解析】
两个带电质点,只在相互作用的静电力下运动,若其中一个质点的动量增加,另一个质点的动量也可能增加,例如两带同性电荷的小球在斥力作用下逐渐远离时,速度逐渐变大,动量逐渐变大,选项A错误;波尔将量子观念引入原子领域,成功解释了氢原子光谱的特征,选项B正确;在原子核中,比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固,选项C正确;根据能量守恒可知,要使原来静止并处于基态的氢原子从基态跃迁到某一激发态,需要吸收的能量为12.09eV,则必须使动能比12.09?eV大得足够多的另一个氢原子与这个氢原子发生碰撞,才能跃迁到某一激发态,故D错误;故选BC.
10.AB
【解析】
【详解】
A.原子的结合能等于核子在结合成原子核的过程中释放的能量,也是把原子核分解成核子所需吸收的最小能量,A正确
B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,要释放能量,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,B正确
C.比结合能越大,结合过程中核子平均释放能量越大,原子核越稳定,C错误
D.自由核子组成原子核时,根据爱因斯坦质能方程其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,D错误
11.(1)+→+ (2) 2.14 MeV (3)2.13 MeV 0.71 MeV
【解析】
【详解】
(1)核反应方程为:+→+.
(2)核反应中的质量亏损为Δm=2mH-mHe-mn
由ΔE=Δmc2可知释放的核能:
ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV
(3)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量为零,即mHevHe+mnvn=0;反应前后系统的总能量守恒,即mHev+mnv=ΔE+2EkH,又因为mHe∶mn=3∶1,所以
vHe∶vn=1∶3
由以上各式代入已知数据得:
EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV
12.(1) (2), (3)
【解析】
【分析】
(1)根据质量数和电荷数守恒,书写核反应方程; (2)根据动量守恒定律求解α粒子的速度; (3)根据爱因斯坦质能方程求解核质量亏损;
【详解】
(1)根据质量与电荷数守恒,则有:; (2)由动量守恒定律得; 由题意得,解得:,
(3)氚核和α粒子的动能之和为
释放的核能为; 由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为;
【点睛】
核反应遵守两大基本规律:能量守恒定律和动量守恒定律,注意动量守恒定律的矢量性.
13.21.96MeV
【解析】
【详解】
核结合方程为:,
聚变反应前两个的总结合能为E1=1.61×4MeV=6.44MeV;
反应后生成的氦核的结合能为E2=7.1×4MeV=28.4MeV;
所以反应释放的核能△E=E2-E1=(28.4-6.44)MeV=21.96MeV;
【点睛】
核反应向平均结合能增大的方向进行,要释放能量,同时平均质量减少.
14.17.6
【解析】聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1=(1.09×2+2.78×3) MeV=10.52 MeV.
反应后生成的氦核的结合能
E2=7.03×4 MeV=28.12 MeV.
由于单个核子无结合能,所以聚变过程释放出的能量为
ΔE=E2-E1=(28.12-10.52) MeV=17.6 MeV.