高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能同步训练题

3.核力与结合能

A级 必备知识基础练

1.(2022北京朝阳模拟预测)关于自然界中四种基本相互作用,下列说法正确的是(　　)

A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当

B.原子核内任意两个核子间都存在核力

C.核力是强相互作用,一定是引力

D.弱相互作用是短程力

2.(2022安徽黄山模拟预测)下列有关原子核的说法正确的是(　　)

A.结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量

B.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定

C.质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和

D.因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量数不守恒

3.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(υe)而获得了2002年诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核,其核反应方程式为υe+Cle,已知Cl核的质量为36.956 58 uAr核的质量为36.956 91 ue质量为0.000 55 u,1 u对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为              (　　)

A.0.82 MeV B.0.31 MeV

C.1.33 MeV D.0.51 MeV

4.(多选)关于质能方程,下列哪些说法是正确的(　　)

A.质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量

B.物体获得一定的能量,它的质量也相应地增加一定值

C.物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系

D.一定量的质量总是与一定量的能量相联系的

5.(多选)(2022浙江模拟预测)关于核反应方程:UThHe和ThPae,说法正确的是(　　)

A.①是α衰变,有能量放出

B.②是β衰变,没有能量放出

C.Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U

D.Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Th、Pa

6.(2021黑龙江鹤岗一中高二期末)核电池可通过半导体换能器,将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu核衰变为核U和新粒子,并释放出γ光子。已知PuU的质量分别为mPu、mU,下列说法正确的是(　　)

A.Pu的衰变方程为PuU+H+γ

B.释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量

CU的结合能比Pu的结合能更大

D.核反应过程中释放的核能为ΔE=(mPu-mU)c2

7.(2021江西金溪高二期末)运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y,已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m,α粒子的动能为E,真空中的光速为c,α粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是(　　)

A.E B.E

C.E D.E

8.(2022江苏苏州模拟预测)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术,其原理是进入癌细胞内的硼核B)吸收慢中子,转变成锂核Li)和α粒子,释放出γ光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm,γ光子的能量为E0,硼核的比结合能为E1,锂核的比结合能为E2,普朗克常量为h,真空中光速为c。

(1)写出核反应方程并求出γ光子的波长λ;

(2)求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3。

B级 关键能力提升练

9.原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示,根据该曲线对核能的认识正确的是(　　)

A.质量数越大,比结合能越大

B.质量较小的轻核结合成质量较大的重核时要吸收能量;质量较大的重核分裂成质量较小的轻核时要放出能量

C.质量较大的重核和质量较小的轻核比结合能都较小,但轻核的比结合能还有些起伏

D.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量

10.静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po,α粒子动能为Eα。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(　　)

A. B.0

C. D.

11.(2022广东盐田高中高二阶段练习)如图所示,图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线,图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线,根据两曲线,下列说法正确的是(　　)

甲

乙

A.根据图甲可知He核的结合能约为7 MeV

B.根据图甲可知U核的结合能比Kr核的结合能更大

C.根据图乙可知,核D裂变成核E和F的过程中,比结合能减小

D.根据图乙可知,若A、B能结合成C,则结合过程一定要吸收能量

12.(2022湖南长沙二模)“快堆”中的钚239裂变释放出快中子,反应区周围的铀238吸收快中子后变成铀239,铀239很不稳定,经过两次β衰变后变成钚239,从而实现钚燃料的“增殖”。某5 kg的钚239核燃料,每秒钟约有1.1×1013个钚239发生自然衰变,放出α粒子,已知钚239原子的α衰变质量亏损了0.005 7 u。已知1 u相当于931.5 MeV的能量,α粒子在核燃料中减速会释放出热能,下列说法正确的是(　　)

A.铀239两次β衰变后,比结合能减小

B.原子核衰变时,动量守恒,质量守恒

C.原子核衰变时释放的α射线比β射线穿透能力更强

D.假设衰变释放的能量最终变成内能,该5 kg的钚239核燃料的发热功率约为9.4 W

13.(多选)(2022河南新乡高二期末)一个静止的原子核发生衰变,核反应中放出的能量为Q,其方程为XYZ,假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z的速度为v,以下结论正确的是(　　)

A.Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为

B.Y原子核的速度大小为v

C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大

D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

14.(2022河北张家口高二期末)氡是放射性气体,当人吸入体内后,氡发生衰变的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤,引发肺癌。而建筑材料是室内氡的最主要来源。如花岗岩、砖砂、水泥及石膏之类,特别是含放射性元素的天然石材,最容易释出氡。一静止的氡核Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po),此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能,已知m氡=222.086 6 u,mα=4.002 6 u,m钋=218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量。(最后计算结果保留三位有效数字)

(1)写出上述核反应方程;

(2)求上述核反应放出的能量ΔE;

(3)求α粒子的动能Ekα。

3.核力与结合能

1.D　核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小,选项A错误;原子核内只有相邻的两个核子间存在核力,选项B错误;核力是强相互作用,可表现为引力,也可表现为斥力,故C错误;弱相互作用是短程力,选项D正确。

2.A　结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量,或者是核子结合成原子核释放的能量,故A正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B错误;质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,故C错误;因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量不守恒,质量数守恒,故D错误。

3.A　先计算出核反应过程中的质量增加Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u,再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量ΔE=Δmc2=0.000 88 u×931.5 MeV=0.82 MeV,故选项A是正确的。

4.BD　质能方程E=mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的,当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时,它的质量也相应增加一定值,并可根据ΔE=Δmc2进行计算,故B、D正确。

5.AC　因为①中释放出了α粒子,所以①是α衰变,同理②中释放出了β粒子,所以②是β衰变,且都有能量放出,故A正确,B错误;因为比结合能越大越稳定,所以Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U,故C正确;因为核子数越多,结合能越高,且比结合能等于结合能与核子数之比,故可得Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Pa、Th,故D错误。

6.B　根据质量数守恒与电荷数守恒可知Pu的衰变方程为PuUHe+γ,故A错误;根据质能方程可知,释放的核能为ΔE=Δmc2=(mPu-mU-mα)c2,释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量,故B正确,D错误U比Pu的核子数少,则结合能比Pu的结合能小,但U的比结合能比Pu的比结合能更大,故C错误。

7.B　核反应中动量守恒,有mvα=MvX,α粒子的动能为E=,根据能量守恒得ΔE=,由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,联立解得Δm=E,故选B。

8.答案 (1nLiHe+γ　λ=h

(2)Δmc2　

解析 (1)核反应方程为nLiHe+γ

根据E0=h

可求得γ光子的波长λ=h。

(2)由质能方程可知,核反应中放出的能量E=Δmc2

由能量关系可得E=7E2+4E3-10E1

解得E3=。

9.C　根据质能方程可知,轻核的聚变和重核的裂变过程,都存在质量亏损,都向外界放出能量,故B错误;根据题干图像可知,当质量较小时,比结合能随着质量的增加而增大,但在Li处减小;当质量较大时,比结合能随着质量的增加而减小,故A错误、C正确;一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,该过程中要释放能量,根据质能方程可知衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量,故D错误。

10.C　动能Ek=mv2=,衰变过程动量守恒,α粒子与新核动量大小相等,动能与质量成反比,α粒子和反冲核的总动能E=Eα+Eα=Eα

由ΔE=Δmc2得Δm=。

11.B　题图甲中He核的比结合能约为7 MeV,但图中不能看出He核的比结合能,不能计算He核的结合能,故A错误;分析图甲可知U核比Kr核的比结合能略小,但核子数远大于Kr核,根据结合能等于比结合能与核子数的乘积可知U核的结合能比Kr核的结合能更大,故B正确;将D分裂成E、F,由题图乙可知是重核的裂变,因此核子的比结合能将增大,故C错误;若A、B能结合成C,平均核子质量减少,会有质量亏损,释放出核能,故D错误。

12.D　铀239两次β衰变后,放出能量,比结合能增加,选项A错误;原子核衰变时,合外力为零,则动量守恒,质量不守恒,选项B错误;原子核衰变时释放的α射线比β射线穿透能力弱,选项C错误;假设衰变释放的能量最终变成内能,该5 kg的钚239核燃料发生自然衰变放出能量ΔE=1.1×1013×0.005 7×931.5×106×1.6×10-19 J=9.4 J,则发热功率约为P==9.4 W,选项D正确。

13.AD　静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒,设Y的速度大小为v',根据动量守恒定律得Fv=Dv',解得v'=,根据动能和动量关系Ek=可知,动量相等动能与质量成反比,即Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为F∶D,故A正确,B错误;由于该反应的过程中释放能量,所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小,故C错误;由于该反应的过程中释放能量,所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能,故D正确。

14.答案 (1RnPoHe　(2)6.89 MeV

(3)6.77 MeV

解析 (1)根据质量数和电荷数守恒有RnPoHe。

(2)质量亏损Δm=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 u

ΔE=Δmc2

解得ΔE=0.007 4×931 MeV=6.89 MeV。

(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋,动量分别为pα、p钋,由能量守恒定律得ΔE=Ekα+Ek钋

由动量守恒定律得0=pα+p钋

又Ek=

故Ekα∶Ek钋=218∶4

解得Ekα=6.77 MeV。