2020高中物理 4.4 核力与结合能 同步练习(粤教版选修3-5)

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2020高中物理 4.4 核力与结合能 同步练习(粤教版选修3-5)

‎4.4 核力与结合能 同步练习(粤教版选修3-5) ‎ ‎1.(单选)氦原子核由两个质子与两个中子组成,两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力,则这三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 解析:选D.由三种力的性质和特点知D项正确.‎ ‎2.(单选)对原子核的组成,下列说法正确的是( )‎ A.核力可使一些中子组成原子核 B.核力可使非常多的质子组成原子核 C.不存在只有质子的原子核 D.质量较大的原子核内一定有中子 解析:选D.由于原子核带正电,不存在只有中子的原子核,但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核,原因是核力是短程力,质子之间还存在“长程力”库仑力,A、B错误,自然界中存在一个质子的原子核,H,C错误;较大质量的原子核内只有存在一些中子,才能削弱库仑力,维系原子核的稳定,故D正确.‎ ‎3.(单选)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 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,选C.‎ ‎4.(单选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献,联合国将2020年定为“国际物理年”.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中不正确的是( )‎ A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能 C.一个中子和一个质子结合成氘核时,释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损 D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能 解析:选D.爱因斯坦质能方程E=mc2,定量地指出了物体能量和质量之间的关系,A正确;由质能方程知,当物体的质量减少时,物体的能量降低,向外释放了能量;反之,若物体的质量增加了,则物体的能量升高,表明它从外界吸收了能量,所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化,故B、C正确,D错误.‎ ‎5.(2020年高考江苏卷)有些核反应过程是吸收能量的.例如,在X+N→O+11H中,核反应吸收的能量Q=[(mO+mH)-(mX+mN)]c2.在该核反应方程中,X表示什么粒子?X粒子以动能Ek轰击静止的N核,若Ek=Q,则该核反应能否发生?请简要说明理由.‎ 解析:根据核反应中质量数和电荷数守恒,可求X粒子质量数和电荷数分别为4和2,所以粒子是He;He粒子轰击静止的N核,说明He粒子具有动量,由动量守恒知,反应后总动量不为零,则系统剩有能量,所以这样的核反应不能发生.‎ 答案:He 不能实现,因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求.‎ 一、单项选择题 ‎1.下列说法中正确的是( )‎ A.质子与中子的质量不等,但质量数相等 B.两个质子之间,不管距离如何,核力总是大于库仑力 C.同一种元素的原子核有相同的质量数,但中子数可以不同 D.除万有引力外,两个中子之间不存在其他相互作用力 解析:选A.质子与中子的质量数相同,各自质量不等,A项正确.粒子之间的核力随距离变化,并不总大于库仑力,故B错.同位素之间核电荷数相同,中子数不同,质量数不相同,故C项错误.核子之间除有万有引力外,还存在核力、库仑力,故D错.‎ ‎2.在下列判断中,正确的是( )‎ A.组成U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U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U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U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 解析:选C.核力属于短程力,由于组成U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.‎ ‎3.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 解析:选D.质子和中子结合成原子核氘核时,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.解题关键是该题只要知道质子和中子(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.‎ ‎4.一个电子(质量为m、电荷量为-e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e),以相等的初动能Ek相向运动,并撞到一起发生“湮灭”,产生两个频率相同的光子,设产生光子的频率为ν.若这两个光子的能量都为hν,动量分别为p和p′,下面关系正确的是( )‎ A.hν=mc2,p=p′‎ B.hν=mc2,p=-p′‎ C.hν=mc2+Ek,p=-p′‎ D.hν=2(mc2+Ek),p=-p′‎ 解析:选C.根据能量守恒,两电子的动能和释放的核能完全转化为两光子的能量,则有2hν=2mc2+2Ek,可得hν=mc2+Ek;又由动量守恒得0=p+p′.‎ ‎5.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年度诺贝尔物理学奖,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+Cl―→Ar+e,已知Cl核的质量为36.95658 u,Ar核的质量为36.95691 u,e的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为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.1.33 MeV B.0.82 MeV C.0.51 MeV D.0.31 MeV 解析:选B.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量,则ΔE=Δm×931.5 MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5 MeV=0.82 MeV.‎ ‎6.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 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.‎ 二、双项选择题 ‎7.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 解析:选CD.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.‎ ‎8.对结合能、比结合能的认识,下列正确的是( )‎ A.核子结合为原子核时,一定释放能量 B.核子结合为原子核时,可能吸收能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.比结合能越大的原子核越稳定 解析:选AD.由自由核子结合成原子核的过程中,核力做正功,释放出能量.反之,将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量,该能量即为结合能,故A正确,B错误;对核子较多的原子核的结合能越大,但它的比结合能不一定大,比结合能的大小反映了原子核的稳定性,故C错误,D正确.‎ ‎9.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 解析:选AD.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.‎ ‎10.一个质子和一个中子结合成氘核,同时放出γ光子,核反应方程是H+n―→H+γ,以下说法中正确的是( )‎ A.反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B.反应前后的质量数不变,因而质量不变 C.γ光子的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光在真空中的速度 D.因存在质量亏损Δm,所以“物质不灭”的说法不正确 解析:选AC.核反应中质量数与电荷数及能量均守恒,由于反应中要释放核能,会出现质量亏损,反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和,所以质量不守恒,但质量数不变,且能量守恒,释放的能量会以光子的形式向外释放.故正确答案为A、C.‎ 三、非选择题 ‎11.一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子,已知铀核的质量为3.853131×10-25 kg,钍核的质量为3.786567×10-25 kg,α粒子的质量为6.64672×10-27 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=(3.853131×10-25-3.786567×10-25-6.64672×10-27) 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.已知氮核质量mN=14.00735 u,氧核质量mO=17.00454 u,氦核质量mHe=4.00387 u,质子质量mH=1.00815 u,试判断核反应:N+He→O+H是吸能反应还是放能反应,能量变化多少?‎ 解析:反应前总质量mN+mHe=18.01122 u 反应后总质量mO+mH=18.01269 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 ‎=(18.01269-18.01122)×931.5 MeV ‎=1.37 MeV.‎ 答案:吸能 1.37 MeV
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