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1、课时 5 核力与结合能 对应学生用书 P57 一、选择题 1(多选)以下关于核力的说法正确的是( ) A核力存在于任何核子之间 B核力只存在于相邻的核子之间 C核力与万有引力性质相同 D核力是一种短程的强作用力 答案 BD 解析 核力是短程力，只发生在相邻的核子之间，故 A 错误，B 正确；由于 原子核结合得很牢固，所以核力是一种短程强相互作用力，故 D 正确；核力与万 有引力的性质不同，核力是短程力，表现为引力和斥力，万有引力是长程力，只 有引力，其大小相差巨大，故 C 错误。 2某核反应方程为 H H HeX。已知 H 的质量为 2.0136 u， H 的质量 2 13 14 22 13
2、1 为 3.0155 u， He 的质量为 4.0015 u， X 的质量为 1.0087 u。 则下列说法中正确的是 4 2 ( ) AX 是质子，该反应释放能量 BX 是中子，该反应释放能量 CX 是质子，该反应吸收能量 DX 是中子，该反应吸收能量 答案 B 解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律， 可得 H H He X，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量 m12.0136 2 13 14 21 0 u3.0155 u5.0291 u，反应后产物总质量 m24.0015 u1.0087 u5.0102 u。总 质量减少， 出现了质量亏损。 根据爱因斯坦
3、的质能方程可知该反应释放能量， 故 B 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( ) Am3c2 B(m1m2)c2 C(m3m2m1)c2 D(m1m2m3)c2 答案 D 解析 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 mm1 m2m3。依据质能方程可知，放出的能量为 Emc2(m1m2m3)c2。 4氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、 库仑力和核力，则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
4、力、库仑力、万有引力 答案 D 解析 核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两质子之间 的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算中不考虑。故选 D。 5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，它们之间可以互相转化 B由 Emc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作 为它所蕴含能量的量度 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的 D因在核反应中产生能量，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 答案 B 解析 根据爱因斯坦质能方程可知，物体具有的能量与质量有简单的正比关 系。物体质量增大，能量也增大，
5、认为能量与质量可以相互转化的观点是错误的， 故 A、C 错误，B 正确；在核反应中系统的总能量是守恒的，故 D 错误。 6 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程 Emc2， 科学家用中 子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的 能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量 为 m1，捕获中子后的原子质量为 m2，被捕获的中子质量为 m3，核反应过程放出 的能量为 E，则这一实验需验证的关系式是( ) AE(m1m2m3)c2 BE(m1m3m2)c2 CE(m2m1m3)c2 DE(m2m1m3)c2 答案 B 解析 反应前的质
6、量总和为 m1m3，质量亏损 mm1m3m2，核反应释 放的能量 E(m1m3m2)c2，B 正确。 7(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是( ) AEmc2中的 E 是物体以光速 c 运动的动能 BEmc2是物体各种形式能的总和 C由 Emc2知，在核反应中，亏损的质量 m 转化成能量 E 放出 D由 Emc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量 带走 答案 BD 解析 Emc2表示物体的质量 m 与其能量 E 之间的对应关系， 故 A 错误 ； E mc2中的 E 是指物体各种形式的能的总和，故 B 正确；Emc2表明，在核反应 中， 质量亏损 m 将以能量 E
7、 的形式被释放出去， 故 C 错误， D 正确。 故选 B、 D。 8. 原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，核子组合成原子核时( ) A小质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 B中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 C大质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大 D不同质量数的原子核平均每个核子的质量亏损相同 答案 B 解析 比结合能越大，原子核越稳定，从图中可以看出，中等质量的原子核 比结合能最大，两个较轻的核子结合成一个新核时，就会释放出巨大的能量，因 此中等质量数的原子核平均每个核子的质量亏损最大，B 正确。 9原子质量单位为 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能
8、量，真空中光速为 c，当质量 分别为 m1(kg)和 m2(kg)的原子核结合为质量为 M(kg)的原子核时释放出的能量是 ( ) A(Mm1m2) uc2 B(m1m2M) u931.5 J C(m1m2M)c2 D(m1m2M)931.5 eV 答案 C 解析 在核能计算时，如果质量的单位是 kg，则用 Emc2进行计算，如 果质量的单位是 u，则利用 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量计算，即 Em931.5 MeV 进行计算，故 C 正确，A、B、D 错误。 10 (多选)中子和质子结合成氘核时， 质量亏损为 m， 相应的能量 Emc2 2.2 MeV 是氘核的结合能。下列说法
9、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 答案 AD 解析 静止的氘核吸收的光子的能量大于其结合能时，才能分解为一个中子 和一个质子，A 对、B 错；根据能量守恒，光子的能量大于氘核的结合能，多余的 能量以核子动
10、能的形式呈现，C 错、D 对。 二、非选择题 11 一个粒子轰击一个硼B变成一个未知粒子和碳14， 还放出0.75106 eV 11 5 的能量，写出核反应方程式_，反应过程中质量亏损为_ kg。 答案 He B C H1.31030 4 211 514 61 1 解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可以写出核反应方程为 He B C 4 211 514 6 H； 由爱因斯坦质能方程 Emc2， 得 m， 代入数据计算得 m1.31030 1 1 E c2 kg。 12有些核反应过程是吸收能量的。例如，在 X 7N 8O H 中，核反 14171 1 应吸收的能量 Q(mOmH)(mXmN)c2。
11、 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7N 核，若 EkQ，则该核反应能否发生？请简要说 14 明理由。 答案 见解析 解析 根据电荷数守恒和质量数守恒，X 应为 He，即 粒子；若 EkQ，则 4 2 该核反应不能发生， 粒子以动能 Ek轰击静止的，说明 粒子有动量，根据 14 7N核 动量守恒， 粒子与7N 核碰撞后，总动量不等于零，则总动能也不等于零，根 14 据能量守恒，剩余的能量不足以提供发生核反应吸收的能量。 13 如果要把8O 分成 8 个质子和 8 个中子， 要给它多少能量？要把它分成 4 16 个 He，要给它多少能量？(已知8O 的核子比结合
12、能是 7.98 MeV， He 的核子比 4 2164 2 结合能是 7.07 MeV) 答案 127.68 MeV 14.56 MeV 解析 将8O 分成 8 个质子和 8 个中子所提供的能量为8O 的结合能， 即为 1616 其核子数与比结合能的乘积。需提供的能量为 E167.98 MeV127.68 MeV。 8O 的结合能为 EO127.68 MeV。 16 4 个 He 总的结合能为 4 2 EHe447.07 MeV113.12 MeV。 将8O 分成 4 个 He 需提供的能量为 164 2 EEOEHe127.68 MeV113.12 MeV 14.56 MeV。 14一个锂
13、Li 核受到一个质子的轰击，变成两个 粒子。已知一个氦原子核 7 3 的质量是 6.64661027 kg，一个锂原子核的质量是 1.165061026 kg，一个氢原 子核的质量是 1.67261027 kg， (1)试写出这一过程的核反应方程； (2)计算这一过程中的质量亏损； (3)计算这一过程中所释放的核能。 答案 (1) Li H2 He(2)3.01029 kg 7 31 14 2 (3)2.71012 J 解析 (1)这一过程的核反应方程为： Li H2 He。 7 31 14 2 (2)质量亏损 mmLimH2m11.65061027 kg1.67261027 kg 26.64
14、661027 kg3.01029 kg。 (3)释放核能 Emc23.01029(3108)2 J2.71012 J。 15. H 的质量是 3.016050 u，质子的质量是 1.007277 u，中子质量是 1.008665 3 1 u。求： (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多 少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ (3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？ 答案 (1)放出能量 7.97 MeV (2)7.97 MeV 2.66 MeV (3)1.921021 Hz 解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是 H2 n H， 反应 1 11 03 1 前各核子总质量为 m2mn1.007277 u21.008665 u3.024607 u， 反应后新核的质量为 mH3.016050 u， 质量亏损为 m3.024607 u3.016050 u0.008557 u。 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量。 释放的能量为 E0.008557931.5 MeV7.97 MeV。 (2)氚核的结合能即为 E7.97 MeV， 它的比结合能为2.66 MeV。 E 3 (3)放出光子的频率为 Hz E h 7.97 106 1.6 1019 6.63 1034 1.921021 Hz。