高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第5章 原子核与核能第3节 核力与核能授课课件ppt

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课后素养落实(十三)(建议用时：40分钟)题组一　四种基本相互作用及核力的性质1．(多选)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．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程力CD　[核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，原子核半径的数量级为10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用，核力是原子核能稳定存在的原因，故C、D正确。]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，那么分子力实质上是属于(　　)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B　[分子力作用范围约在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之内，在分子力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用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相互作用，B正确。]3．(2020·北京市第四十三中学期中)碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是(　　)A．万有引力、核力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．核力、库仑力、万有引力D．核力、万有引力、库仑力B　[核力是强相互作用力，它能将核子束缚在原子核内，万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略；库仑力介于二者之间，故选B。]题组二　结合能与质量亏损4．热核聚变反应之一是氘核(H)和氚核(H)聚变反应生成氦核(He)和中子。已知H的静止质量为2.013 6 u，H的静止质量为3.015 0 u，He的静止质量为4.001 5 u，中子的静止质量为1.008 7 u。又有1 u相当于931.5 MeV。则反应中释放的核能约为(　　)A．4684.1 MeV　　 B．4667.0 MeVC．17.1 MeV D．939.6 MeVC　[反应的质量亏损Δm＝－＝0.0184 u根据爱因斯坦的质能方程，可得放出的能量为ΔE＝Δm·c2又有1 u＝931.5 MeV/c2，解以上各式得ΔE≈17.1 MeV，所以C正确，A、B、D错误。]5．用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919 MeV的α粒子(He)，其核反应方程式为：H ＋Li→He ＋He。已知质子的质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，α粒子的质量为4.00 260 u，1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能，则入射质子的动能约为(　　)A．0.5 MeV     B．8.4 MeVC．8.9 MeV D．17.3 MeVA　[该反应放出能量ΔE＝×931 MeV/u≈17.34 MeV入射质子的动能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5 MeV，故选A。]6．铀核裂变的核反应方程有多种，其中一种为：U＋n→Ba＋Kr＋Yn＋ΔE，ΔE表示核反应释放的能量并且ΔE＝3.216×10－11 J，则核反应方程中X、Y的值和核反应发生的质量亏损Δm为(　　)A．X＝36，Y＝3，Δm≈3.57×10－28 kgB．X＝33，Y＝2，Δm≈2.23×10－15 kgC．X＝36，Y＝3，Δm≈2.23×10－15 kgD．X＝36 ，Y＝2，Δm≈3.57×10－28 kgA　[由核电荷数守恒可知X＝92－56＝36由质量数守恒可知Y＝235＋1－141－92＝3由质能方程得Δm＝＝≈3.57×10－28 kg，故选A。]7．某核反应方程为H＋H→He＋X，H的平均结合能为1.11 MeV，H的平均结合能为2.43 MeV，He的平均结合能为7.07 MeV，则下列说法中正确的是(　　)A．X是中子，该反应释放能量，放出3.53 MeV能量，原子核结合能越大的原子核越稳定B．X是中子，该反应吸收能量，吸收3.53 MeV能量，原子核平均结合能越大的原子核越稳定C．X是质子，该反应释放能量，放出18.77 MeV能量，原子核结合能越大的原子核越稳定D．X是中子，该反应释放能量，放出18.77 MeV能量，原子核平均结合能越大的原子核越稳定D　[根据质量数守恒和核电荷数守恒可解得X的质量数为1，电荷数为0，故X为中子；氘核和氚核的结合能之和为1.11 MeV×2＋2.43 MeV×3＝9.51 MeV氦核的结合能为7.07 MeV×4＝28.28 MeV原子核的结合能越大，核子的质量亏损就越大，所以氘核和氚核通过核反应生成氦核的过程中，核子存在质量亏损，根据质能方程，必然会放出能量，放出的能量为28．28 MeV－9.51 MeV＝18.77 MeV原子核的平均结合能越大，说明核子在结合成原子核的过程中释放的能量越多，所以原子核越稳定。故选D。]8．原子核A、B结合成放射性原子核C。核反应方程是A＋B→C，已知原子核A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，结合能分别为EA、EB、EC，以下说法正确的是(　　)A．原子核A、B、C中平均结合能最小的是原子核CB．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝(mA＋mB－mC)c2C．原子核A、B结合成原子核C，释放的能量ΔE＝EA＋EB－ECD．大量原子核C经历两个半衰期时，已发生衰变的原子核占原来的B　[某原子核的结合能是独立核子结合成该核时释放的能量，原子核A、B结合成放射性原子核C，要释放能量，原子核C的平均结合能最大，释放的能量为ΔE＝EC－(EA＋EB)，根据质能方程得ΔE＝(mA＋mB－mC)c2，故A、C错误，B正确；原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间，大量原子核C经历两个半衰期时，未发生衰变的原子核占原来的，故D错误。故选B。]9．镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn，已知镭核Ra质量为226.025 4 u，氡核Rn质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u，已知1 u的质量相当于931.5 MeV的能量。(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能。[解析]　(1)核反应(衰变)方程为Ra→Rn＋He。(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV≈6.05 MeV。(3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则ΔE＝mRnv＋mαv联立以上两式可得Eα＝mαv＝×ΔE≈5.94 MeV。则放出粒子的动能为5.94 MeV。[答案]　(1)Ra→Rn＋He　(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV10．(多选)如图是各种元素的原子核中核子的平均质量与原子序数Z的关系图像，由此可知   (　　)A．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定会释放能量B．若原子核D和E结合成原子核F，结合过程一定要吸收能量C．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定会释放能量D．若原子核A分裂成原子核B和C，分裂过程一定要吸收能量AC　[D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故A正确，B错误；若A分裂成B和C，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知，有能量释放，故C正确，D错误。]11．(多选)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R。则下列说法正确的是(　　)A．衰变方程可表示为X→Y＋HeB．核Y的结合能为(mX－mY－mα)c2C．核Y在磁场中运动的半径为D．核Y的动能为EkY＝AC　[根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程可表示为X→Y＋He，选项A正确；此反应中放出的总能量为ΔE＝(mX－mY－mα)c2，可知核Y的结合能不等于(mX－mY－mα)c2，选项B错误；根据半径公式r＝，又mv＝p(动量)，则得r＝，衰变过程动量守恒，根据动量守恒定律得0＝pY－pα，则pY＝pα，得半径之比为＝＝，则核Y在磁场中运动的半径为rY＝，选项C正确；两核的动能之比＝＝＝，因EkY＋Ekα＝ΔE＝(mX－mY－mα)c2，解得EkY＝，选项D错误。]12．一个静止的铀核U(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Th(原子质量为228.028 7 u)。(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg，1 u相当于931.5 MeV的能量，结果均保留两位有效数字)(1)写出铀核的衰变方程；(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？[解析]　(1)U→Th＋He。(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.5 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＝pαEkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE所以α粒子获得的动能Ekα＝·ΔE＝×5.5 MeV≈5.4 MeV。[答案]　(1)U→Th＋He　(2)5.5 MeV(3)5.4 MeV13．静止在匀强磁场中的放射性原子核X衰变为两个粒子a和b，衰变后粒子a和b的运动速度均与磁场垂直。粒子a和b的轨道半径之比Ra∶Rb＝45∶1，周期之比Ta∶Tb＝10∶13。已知该衰变过程中的质量亏损为Δm，假定衰变过程中释放的核能全部转化成粒子的动能，光速为c，求：(1)粒子a和b的电荷数之比；(2)粒子a和b的质量之比；(3)原子核X的电荷数Z和质量数A；(4)粒子a的动能Eka。[解析]　(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式为R＝根据动量守恒定律有mava＝mbvb，联立得＝代入数据得＝。(2)根据T＝，有＝·解得＝·＝。(3)根据电荷数守恒和质量数守恒，有Z＝qa＋qb＝46q0，A＝ma＋mb＝119m0其中q0和m0为定值，单位分别为一个单位正电荷和一个原子质量单位，可推测q0＝2，m0＝2。则原子核X为U，此衰变为U的α衰变。(4)根据动能和动量的关系式Ek＝，有＝＝因衰变过程中释放的核能全部转化成粒子的动能，则有Δmc2＝Eka＋Ekb联立以上两式解得Eka＝Δmc2。[答案]　(1)　(2)　(3)92　238　(4)Δmc2