物理5 核力与结合能当堂检测题

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1.(2012·南京高二检测)关于核力，下列说法中正确的是( )
A.核力是一种特殊的万有引力
B.原子核的任意两个核子间都有核力作用
C.核力是原子核稳定存在的原因
D.核力是一种短程强力作用
2.核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( )
A.原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B.核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C.核子间存在着强大的核力
D.核子间存在着复杂磁力
3.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和m2的原子核结合为质量为M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 MeV
4.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
C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量
D.因在核反应中能产生能量，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
5.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147N+42He→178O+11H是吸能反应还是放能反应？能量变化为多少？
【课后巩固】
6.(2012·天津高考)下列说法正确的是( )
A.采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B.由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C.从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力
D.原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
7.( 2012·广州高二检测)在下列判断中，正确的是( )
A.组成23892U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用
B.组成23892U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用
C.组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用
D.组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用
8.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
9.(2012·泉州高二检测)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
10.3个α粒子结合成一个126C, 126C原子的质量是12.000 0 u，42He原子核的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量，则( )
A.反应过程中质量亏损是Δm=0.007 8 u
B.反应过程中质量亏损是Δm=1.29×10-27 kg
C.反应过程中放出的能量是7.27 MeV
D.反应过程中放出的能量是1.16×10-19 J
11.(2012·新课标全国卷)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H+31H→42He+x，式中x是某种粒子.已知:21H、31H、42He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u; c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知,粒子x是______,该反应释放出的能量为______MeV(结果保留3位有效数字).
12.(2012·苏州高二检测)一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)
放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为
228.028 7 u).(已知原子质量单位1 u=1.67×10-27kg,1 u相当于931.5 MeV
的能量)
(1)写出铀核的衰变反应方程.
(2)算出该衰变反应中释放出的核能.
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
答案解析
1.【解析】选C、D.核力是一种强相互作用，是一种短程力，只是相邻的核子间才有这种相互作用.核子之所以能够结合成原子核，正是由于它们之间有核力存在.故正确答案为C、D.
2.【解析】选C.核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，就要克服核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C.
3.【解析】选C.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1u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.
4.【解析】选B.质能方程反映了物体的能量和质量之间存在正比关系，但它们是不同的物理量，不能相互转化，B正确，A、C错误；核反应中，静止质量和运动质量之和守恒，总能量也守恒，D错误.
5.【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= [(mO+mH)-(mN+mHe)]c2=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV=1.2 MeV.
答案:吸能 1.2 MeV
6.【解析】选B.元素的半衰期由元素本身的性质决定，不能通过物理或化学的方法改变，A错；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时放出能量，这些能量以光子的形式释放，B对；从高空对地面进行遥感摄影是利用了红外线的穿透能力，C错；原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，D错.
7.【解析】选C.核力属于短程力，由于组成23892U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确.
8.【解析】选D.质子和中子结合成氘核时，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.本题考查质能方程ΔE=Δmc2的应用.解题关键是知道质子和中子(统称核子)结合成原子核时，质量有亏损，即m1+m2>m3，就可迎刃而解.在思考过程中由于对质量亏损理解得不好，容易错选C.
9.【解题指南】解答此题应考虑以下两点：
(1)核子结合成原子核时，放出能量，而将原子核中的核子分开时，需要提供能量.
(2)核子在结合或分解时，都符合动量守恒定律和能量守恒定律.
【解析】选A、D.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2 MeV，故D对,B、C错.
10.【解析】选A、C.质量亏损Δm=3mα-mC=3×4.002 6 u-12.000 0 u=0.007 8 u=
1.29×10-29 kg，A对B错.ΔE=Δmc2=0.007 8 uc2=0.007 8×931.5 MeV=
7.27 MeV=1.16×10-12 J，C对D错.
11.【解析】根据质量数和电荷数守恒可得x是10n (中子).核反应中的质量亏损为
Δm=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u)=0.018 9 u
所以该反应释放出的能量为ΔE=Δm·c2=17.6 MeV
答案:10n(或中子) 17.6
【变式备选】一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子，已知铀核的质量为
3.853 131×10-25 kg,钍核的质量为3.786 567×10-25 kg，α粒子的质量为
6.646 72×10-27 kg，在这个衰变过程中释放的能量为多少？(保留两位有效数字)
【解析】反应前后的质量发生改变，根据ΔE=Δmc2可以求解得出结果.
衰变前后质量变化为Δm=mU-mTh-mα=(3.853 131×10-25-3.786 567×10-25-
6.646 72×10-27) kg≈9.7×10-30 kg
衰变过程中释放的能量为ΔE=Δmc2=9.7×10-30×(3×108)2 J≈8.7×10-13 J.
答案:8.7×10-13 J
12.【解析】(1)23292U→22890Th+42He
(2)质量亏损Δm=mU-mα-mTh=0.005 9 u
ΔE=Δmc2=0.005 9×931.5 MeV=5.50 MeV
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即
pTh+(-pα)=0
pTh=pα
EkTh=
Ekα=
EkTh+Ekα=ΔE
所以钍核获得的动能=0.09 MeV
解得：Ekα=5.50 MeV-0.09 MeV=5.41 MeV.
答案:(1)23292U→22890Th+42He
(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV
【总结提升】核能计算的四种方法
1.根据质量亏损计算
(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能，
其中Δm的单位是kg，ΔE的单位是J.
2.利用原子质量单位u和电子伏特计算
(1)明确原子质量单位u和电子伏特间的关系
1 u=1.660 6×10-27kg，1 eV=1.602 178×10-19 J.
由ΔE=Δmc2
得ΔE=
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE=Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
3.根据能量守恒和动量守恒来计算核能.
4.利用比结合能来计算核能.