高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能练习，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.关于四种相互作用,下列说法中不正确的是( )
A.使原子核内质子、中子保持在一起的作用是强相互作用
B.在天然放射现象中起作用的基本相互作用是弱相互作用
C.地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用
D.电磁力、强相互作用力、弱相互作用力统称万有引力
【解析】选D。强相互作用和弱相互作用都存在于微观物质内部,比如原子核内部使原子核内质子、中子保持在一起的作用是强相互作用,故A正确;在天然放射现象中起作用的是基本相互作用中的弱相互作用,故B正确;宇宙万物任何两个物体之间都存在着相互作用的吸引力,这种引力叫作万有引力,地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用,故C正确;强相互作用、弱相互作用、万有引力及电磁力为基本的四种相互作用,故D不正确,本题选不正确的,故选D。
2.恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应,已知氘核H的比结合能为E1,氦核He的比结合能为E2,则热核反应HHHe释放的能量可表示为( )
A.E2-E1 B.E2-2E1
C.4E2-2E1D.4E2-4E1
【解析】选D。氘核的比结合能为E1,氦核的比结合能为E2,根据比结合能等于结合能与核子数的比值,则有:该核反应中释放的核能ΔE=4E2-2E1-2E1=4E2-4E1,故D正确,A、B、C错误。
3.某核反应方程为HHHe+X。已知H的质量为2.013 6 uH的质量为3.018 0 uHe的质量为4.002 6 u,X的质量为1.008 7 u,则下列说法中正确的是( )
A.X是质子,该反应释放能量
B.X是中子,该反应释放能量
C.X是质子,该反应吸收能量
D.X是中子,该反应吸收能量
【解析】选B。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HHHeX,则X为中子,在该反应发生前反应物的总质量m1= 2.013 6 u+3.018 0 u=5.031 6 u,反应后产物总质量m2=4.002 6 u+1.008 7 u=
5.011 3 u,总质量减少,出现了质量亏损。根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量,故选项B正确。
【互动探究】这个核反应释放或吸收的能量是多少?
【解析】发生的质量亏损是
Δm=5.031 6 u-5.011 3 u=0.020 3 u,
再有ΔE=Δmc2=0.020 3×931.5 MeV
=18.91 MeV
答案:18.91 MeV
4.科幻电影《流浪地球》开阔了中小学生的视野,很大程度影响了孩子们的思想深度,有许多物理知识咱们中学生都能理解。比如影片中的行星发动机为“重核聚变发动机”,通过燃烧石头获得能量,所谓“重核聚变”指的是两个比较重(相对氘、氚)的核,产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程。影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅Si)核聚变生成铁核Fe),结合题图,下列说法正确的是( )
A.平均结合能越大,原子核越不稳定
B.已知中子质量、质子质量便可算出硅核的结合能
C.硅核的平均结合能比铁核的小
D.结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量
【解析】选C。平均结合能越大,原子核越稳定,A错误;已知中子质量和质子质量,还要知道铁核质量才能计算硅核的结合能,B错误;根据图像可知硅核的平均结合能比铁核的小,C正确;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,D错误。
5.秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击变成Sr和若干个中子,已知、Sr的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV,则( )
A.该核反应方程为n→Sr+n
B.要发生该核反应需要吸收能量
CSr比更稳定
D.该核反应中质量增加
【解析】选C。该核反应方程的质量数左边=236≠235=右边,不满足质量数守恒,故A错误;比结合能越大越稳定,反应前的比结合能为7.6 MeV,反应后Sr的比结合能分别为8.4 MeV、8.7 MeV,原子核子反应后比反应前稳定,反应过程中会释放大量的能量,故B错误Sr的比结合能比的比结合能大,比结合能越大越稳定,故C正确;反应过程释放大量的能量,故该核反应出现质量亏损,故D错误。
6.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.小质量数的原子核质量亏损最大
B.中等质量数的原子核质量亏损最大
C.大质量数的原子核质量亏损最大
D.不同质量数的原子核质量亏损相同
【解析】选B。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质量亏损最大,选项B正确。
二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(12分)质子的质量mp=1.672 6×10-27 kg,中子的质量mn=1.674 9×10-27 kg,α粒子的质量mα=6.646 7×10-27 kg,光速c=3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)
【解析】α粒子由两个质子和两个中子组成,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可求:
ΔE=(2mp+2mn-mα)c2=4.3×10-12 J。
答案:4.3×10-12 J
8.(12分)已知质子的质量是1.008 665 u、中子的质量也是1.008 665 u,氢原子的质量是1.007 825 u,碳原子的质量是12.000 000 u,12个核子结合成碳原子核时,质量亏损是多少,碳原子核的比结合能是多少?
【解析】碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成,质量亏损:Δm=6×1.007 825 u+6×1.008 665 u-12.000 000 u=0.098 940 u
比结合能为:==
==7.68 MeV。
答案:0.098 940 u 7.68 MeV
(15分钟·40分)
9.(7分)(多选)下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是( )
A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B.天然放射性元素在衰变过程中核电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C.由图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
D.由图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
【解析】选A、B、D。α粒子散射实验中,绝大多数α粒子能够穿过原子,只有极少数发生大角度偏转,故卢瑟福在此基础上提出了原子的核式结构模型,A正确;天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线有α、β、γ三种射线,其中不带电的是γ射线,放射线在磁场中不偏转的是γ射线,B正确;据题图可知,原子核D和E聚变成原子核F过程中有质量亏损,故会放出核能,C不正确;据题图可知,原子核A裂变成原子核B和C过程中有质量亏损,故会放出核能,D正确。
10.(7分)(多选)在月球上含有丰富的He(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→HHe。关于He和聚变下列表述正确的是( )
AHe的原子核内有一个中子两个质子
B.聚变反应不会释放能量
C.聚变反应一定有质量亏损
D.目前核电站都采用He聚变反应发电
【解析】选A、C。 He带2个单位正电荷,质量数为3,因此原子核内有一个中子两个质子,故A正确;轻核聚变反应放出大量核能,根据释放核能表达式ΔE=Δmc2,因此定会出现质量亏损,故B错误,C正确;目前核电站都采用重核的裂变反应而不是轻核的聚变,故D错误。
11.(7分)(多选)下列说法中正确的是( )
A.质子和中子的质量相等
B.维系原子核稳定的力是核力
C.原子核由质子和中子组成,稳定的原子核内,中子数一定大于质子数
D.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的
【解析】选B、D。中子通过β衰变生成一个电子和一个质子,说明中子质量等于电子与质子的质量和,所以中子质量要比质子稍微大一些,故A错误;根据核力的性质可知,维系原子核稳定的力是核力,故B正确;原子核内质子数与中子数,不一定相等,有的原子内相等,有的不相等,也不能确定中子数一定大于质子数,故C错误;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的,故D正确。
12.(19分)(2017·北京高考)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出α粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。
(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该α衰变的核反应方程。
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小。
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Δm。
【解析】(1)α衰变的核反应方程为XYHe
(2)α粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力
qv1B=m T=
解得:T=
由电流的定义式可得:I==
(3)衰变过程中由动量守恒定律可得:mv1=Mv2
由能量守恒可知,释放的核能为:
ΔE=m+M
由质能方程可得:ΔE=Δmc2
联立以上方程可解得:Δm=
答案:(1XYHe (2)
(3)
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