鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业16　核力与核能word版含答案

课时分层作业(十六)　核力与核能
(建议用时：25分钟)
◎考点一　原子核稳定性分析
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，则这3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
D　[本题考查核子间作用力的大小．核子间的核力最大，万有引力最小，D项正确．]
2．对于核力，以下哪些说法是正确的(　　)
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用，是短程力
C．核子之间的距离小于0.8×10－16 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
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　[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，因此核子不会融合在一起，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D不正确．]
◎考点二　对结合能的理解
3．一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程为H＋n→H．若该核反应放出的核能为ΔE，则氘核的平均结合能为(　　)
A．　　　 B．
C． D．ΔE
C　[根据结合能的定义可知，一个中子与一个质子发生核反应，生成氘核的过程中，放出的能量等于氘核的结合能，由题意可知，氘核的结合能等于ΔE；因氘核有两个核子，所以氘核的平均结合能为，C正确．]
4．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见(　　)
A．氘核的质量等于质子和中子的质量之和
B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和
C．核子结合成原子核时会释放核能
D．原子核分解成核子时会释放核能
BC　[由于结合时产生γ光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，但反应过程中质量数守恒，B正确，A错误；质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故C正确，D错误．]
5．(多选)如图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，结合过程一定释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量
AC　[由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，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，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，B错误；因为C、B核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C过程一定要释放能量，所以选项C正确，D错误．]
◎考点三　核能的计算
6．对公式ΔE＝Δmc2，下列说法正确的是(　　)
A．能量可以转化为质量
B．质量可以转化为能量
C．能量的转化与质量的转化是成比例的
D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生
C　[ΔE＝Δmc2只说明质量亏损和释放出核能这两种现象的联系，并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系，故A、B错误，C正确；若核反应中出现质量亏损情况，则该核反应释放能量，故D错误．]
7．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3．当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)(　　)
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
C　[该聚变反应方程为H＋n→H，故发生的质量亏损是m1＋m2－m3，根据质能方程，得该反应放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确．]
8．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为(　　)
A．21.04 MeV B．35.56 MeV
C．77.64 MeV D．92.16 MeV
D　[6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV，D项正确．]
9．如下一系列核反应是在恒星内部发出的，
p＋C→N　N→C＋e＋＋ν
p＋C→N　p＋N→O
O→N＋e＋＋ν　p＋N→C＋α．
其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量为me＋＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108 m/s．试计算该系列核反应完成后释放的能量．
[解析]　将题中的几个核反应方程左右分别相加，消去两边相同的项，上述系列反应等效为：4p→α＋2e＋＋2ν，
质量亏损
Δm＝4mp－(mα＋2me＋)
＝4×1.672 648×10－27 kg－6.644 929×10－27 kg－2×9.11×10－31 kg＝0.043 841×10－27 kg，
释放的能量
ΔE＝Δmc2＝0.043 841×10－27×(3.00×108)2 J
≈3.95×10－12 J．
[答案]　3.95×10－12 J
(建议用时：15分钟)
10．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD．现用光子能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应的方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)
A．[(mD－mp－mn)c2－E]
B．[(mD＋mn＋mp)c2＋E]
C．[(mD－mp－mn)c2＋E]
D．[(mD＋mn－mp)c2－E]
C　[因质量亏损产生的能量为ΔE＝(mD－mp－mn)c2，设质子、中子的动能为Ek，根据能量守恒有ΔE＋E＝2Ek，联立解得Ek＝，故A、B、D错误，C正确．]
11．一个静止的原子核X经α衰变，放出一个α粒子并生成一个新核Y，α粒子的动能为E0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为(　　)
A． B．
C． D．
D　[根据质量数与质子数守恒可知，Y核质量数为a－4，核电荷数为b－2，由动量守恒定律可知mYvY＋mαvα＝0；两粒子动量p大小相等，则α粒子动能E0＝，Y核的动能EY＝，那么＝＝，衰变过程中放出总能量为ΔE＝EY＋E0＝E0；又由质能方程ΔE＝Δmc2，可得亏损的质量为Δm＝＝，故D正确，A、B、C错误．]
12．一个静止的钚核Pu自发地衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量．其核衰变方程为Pu→U＋X．
(1)方程中的X核符号为________；
(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是________MeV；
(3)假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是________．
[解析]　(1)根据核反应中电荷数守恒可得X的电荷数为2，由质量数守恒可得X的质量数为4，则X的符号为He．
(2)由核反应方程可得反应中的质量亏损为Δm＝239.052 2 u－(235.043 9 u＋4.002 6 u)＝0.005 7 u，故衰变过程放出的能量为ΔE＝Δmc2＝0.005 7×931 MeV＝5.306 7 MeV≈5.31 MeV．
(3)钚核衰变前动量为零，设衰变后He的动量为p1，动能为Ek1，U的动量为p2，动能为Ek2，由动量守恒定律得p1＋p2＝0，而动量与动能的关系为Ek＝，则动能之比等于两个核子质量的反比，即＝＝＝．
[答案]　(1)He　(2)5.31　(3)58.7∶1
13．一个锂核(Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg．
(1)写出上述核反应的方程；
(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)
[解析]　(1)由质量数和电荷数守恒可得
Li＋H→2He．
(2)核反应的质量亏损
Δm＝mLi＋mp－2mα
＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg．
释放的能量
ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J
＝2.78×10－12 J．
[答案]　(1)Li＋H→2He　(2)2.78×10－12 J
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