高中物理人教版选修3-5 作业题 19-5 核力与结合能 Word版含解析

核力与结合能
时间：45分钟
一、选择题(1～7为单选，8～9为多选)
1．关于核力的说法正确的是(　C　)
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
解析：核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对．核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对．核力与电荷无关，故D错．
2．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(　B　)
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：分子作用范围约在10－10 m数量级上，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，在这个距离上不存在分子力，而在这个范围内，引力相互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．
3．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　D　)
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：由稳定核的质子数与中子数的关系图象可知，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．
4．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(　B　)
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
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＝Δmc2＝(m1＋m3－m2)c2，
故选项B正确．
5．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(　D　)
A．E＝mc2表明物体具有的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核能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，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核能
解析：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；ΔE＝Δmc2表示的意义则是当物体的质量变化Δm时，它的能量就会相应地变化ΔE，故选项B正确；只有出现质量亏损时，才能释放核能，故选项C正确；公式E＝mc2中，E为质量为m的物体所具有的能量，并非核反应中释放的能量，故选项D错误．
6．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是(　A　)
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C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量
D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量
解析：由A－Z图象看出，D、E的平均核子质量均大于F的平均核子质量，因此，D、E结合成F时，要释放能量，选项A正确、B错误；C、B的平均核子质量均小于A的平均核子质量，因此C、B结合成A时要吸收能量，选项C错误；F、C的平均核子质量均小于B的平均核子质量，因此，F、C结合成B时要吸收能量，选项D错误．
7．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Ekα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为(　C　)
A.· B．0
C.· D.·
解析：核反应过程中，动量守恒，钋核和α粒子的动量大小相等，由p＝可求得钋核的动能EkPo＝；由能量守恒得ΔE＝Ekα＋EkPo＝Ekα；由爱因斯坦质能方程的推导式ΔE＝Δmc2得Δm＝＝·.
8．钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为Pu→U＋He，并伴随γ光子辐射，则下列说法中正确的是(　AD　)
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．核反应中γ光子的能量就是Pu核的结合能
C.U核比Pu核更稳定，说明U核的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以Pu核比U核的比结合能小
解析：根据比结合能越大，核越稳定，知核燃料总是利用比结合能小的核，故A正确；核反应中γ光子的能量是由于质量亏损而释放的能量，故B错误；eq \a\vs4\al( 92)U核比Pu核更稳定，说明eq \a\vs4\al( 92)U核的比结合能大，所以衰变时，会释放巨大能量，故C错误，D正确．故选A、D.
9．关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是(　BD　)
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
解析：E＝mc2表示物体的质量m与其能量E之间的对应关系，故选项A错误；E＝mc2中的E是指物体各种形式的能的总和，选项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，故选项C错误，D正确．
二、非选择题
10.H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子质量是1.008 665 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mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u，
反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u，
质量亏损为Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u.
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放能反应．
释放的核能为ΔE＝0.008 557×931.5 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.
11．一静止的氡核(Rn)发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能．
(1)写出衰变方程；
(2)求出反冲核的速度；
(3)求出这一衰变过程中亏损的质量．
答案：(1)Rn→Po＋He　(2)
(3)
解析：(1)由已知得Rn→Po＋He.
(2)设反冲核的速度为v，由动量守恒可知在：mv0＝Mv
即v＝.
(3)由质能方程可知E＝Δmc2＝mv＋Mv2，
Δmc2＝mv＋M()2，
解得：Δm＝.
12．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．发现质子的核反应方程为：eq \a\vs4\al( 7)N＋He→O＋H.已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氧核的质量为m0＝17.004 54 u，氦核质量为mHe＝4.003 87 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u.
(已知：1 u相当于931 MeV，结果保留2位有效数字)求：
(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量？相应的能量变化为多少？
(2)若入射氦核以v0＝3×107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核，反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1?50，求氧核的速度大小．
答案：(1)吸收能量　1.2 MeV　(2)1.8×106 m/s
解析：(1)Δm＝mN＋mHe－mO－mP＝－0.001 29 u
ΔE＝Δm×931 MeV＝－1.2 MeV
故这一核反应是吸收能量的反应，吸收的能量为1.2 MeV.
(2)由动量守恒得，mHev0＝mPvP＋mOvO
又因为vO?vP＝1?50　解得vO＝1.8×106 m/s