高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核3 核力与结合能当堂检测题

第五章　3

一、选择题(本题共5小题，每题5分，共25分)

1．(多选)对于核力，以下哪些说法是正确的(　BC　)

A．核力是弱相互作用，作用力很小

B．核力是强相互作用，是强力

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

解析：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正确；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。

2．(2021·湖北省宜昌市葛洲坝中学高二下学期月考)下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是(　C　)

A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力

B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小

C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能

D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

解析：维系原子核稳定的力是核力，核力可以是核子间的相互吸引力，也可以是排斥力，故A错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大得多，故B错误；比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会有质量亏损，放出核能，故C正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D错误。故选C。

3．(多选)(2021·江苏省宿迁市高二下学期月考)关于核子间的作用力及结合能，下列说法正确的有(　AD　)

A．原子核中的核子只跟邻近的核子发生核力作用

B．自然界中较重的原子核，质子数与中子数相等

C．原子核的结合能就是核子结合成原子核而具有的能量

D．比结合能越大，原子核中核子结合越牢固，原子核越稳定

解析：核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，故A正确；自然界中较重的原子核，质子数小于中子数，故B错误；原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能，故C错误；比结合能越大，原子核中核子结合越牢固，原子核越稳定，故D正确。

4．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是(　ABD　)

A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm

B．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2

C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量

D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm

解析：一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误。

5．(多选)(2021·河北省石家庄二中高二下学期期中)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　BC　)

A．He核的结合能约为14 MeV

B．He核比Li核更稳定

C．两个H核结合成He核时释放能量

D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大

解析：He核有4个核子，由比结合能图线可知，He核的比结合能约为7 MeV，He核的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，B正确；两个H核结合成He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，C正确；由比结合能图线知，U核中核子平均结合能比Kr核中的小，D错误。

二、非选择题(共35分)

6．(6分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子H轰击静止的X，生成两个动能均为8.9 MeV的He。(1 MeV＝1.6×10－13 J)

(1)上述核反应方程为__H＋X→2He__。

(2)质量亏损为__3.1×10－29_kg__。

解析：(1)根据电荷数守恒与质量数守恒

则核反应方程为：H＋X→2He

(2)根据爱因斯坦质能方程：

Δm＝＝ kg

≈3.1×10－29 kg

7．(9分)(2021·福建省福州市月考)一静止的氡核Rn发生α衰变转变成钋核Po，已知放出的α粒子的质量为m，速度为v0。假设氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。

(1)试写出氡核衰变的核反应方程。

(2)求出氡核发生衰变时的质量亏损。(已知光在真空中的速度为c)

答案：(1)Rn→Po＋He　(2)Δm＝

解析：(1)衰变的核反应方程：Rn→Po＋He。

(2)由动量守恒定律：0＝mv0－Mv，

其中＝，

由Δmc2＝mv＋mv2，

得Δm＝。

8．(8分)一个锂核(Li)受到一个质子(H)轰击变为2个α粒子(He)，在此过程中释放出16.6 MeV的能量。(1u相当于931 MeV)求：

(1)写出该核反应的方程。

(2)平均每个核子减少的质量。(保留两位有效数字)

答案：(1)Li＋H→2He　(2) 0.002 2 u

解析：(1)Li＋H→2He。

(2)Δm＝

代入数据得：Δm＝0.017 8 u

Δ＝

代入数据得：Δ＝0.002 2 u(或3.7×10－30 kg)。

9．(12分)三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u。(u＝1.660 6×10－27 kg)

(1)写出核反应方程。

(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳。

(3)这个能量合多少MeV?

答案：(1)3He―→C＋ΔE　(2)1.166×10－12 J

(3)7.27 MeV

解析：反应前后的质量发生改变，根据ΔE＝Δm·c2可求解出结论。

(1)3He―→C＋ΔE。

(2)Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝12.953×10－30 kg　ΔE＝Δm·c2＝1.166×10－12 J。

(3)ΔE＝0.007 8 u×931.5 MeV＝7.27 MeV。

一、选择题(本题共2小题，每题7分，共14分)

1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)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：νe＋Cl―→Ar＋e

已知Cl核的质量为36.956 58 u，Ar核的质量为36.956 91 u，e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　)

A．0.82 MeV B．0.31 MeV

C．1.33 MeV  D．0.51 MeV

解析：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。

2．(2020·宁夏石嘴山三中高二下学期月考)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(　C　)

A．· B．0

C．·  D．·

解析：α粒子和反冲核的总动能

E＝Eα＋Eα＝Eα

由ΔE＝Δmc2得Δm＝

二、非选择题(共26分)

3．(12分)已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u。

试判断N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？

答案：吸收能量　能量变化1.2 MeV

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

可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应。吸收的能量利用ΔE＝Δm·c2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故：

ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV

4．(14分)一静止的钚核发生衰变后放出一个α粒子变成铀核。已知钚核质量为m1，α粒子质量为m2，铀核质量为m3，光在真空中的传播速度为c。

(1)如果放出的粒子的速度大小为v，求铀核的速度大小v′。

(2)求此衰变过程中释放的总能量。

答案：(1)v　(2)(m1－m2－m3)c2

解析：(1)钚核发生衰变后放出一个α粒子的过程中，系统动量守恒，以铀核的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：

m3v′－m2v＝0

解得：v′＝v。

(2)质量亏损Δm＝m1－m2－m3

根据爱因斯坦质能方程得：

释放的总能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2。