人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能测试题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能测试题，共5页。

1．[多选]关于原子内的相互作用力说法正确的是( )
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在2.0×10－15 m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
解析：选AC 电子在原子核与电子之间库仑力的作用下绕原子核做圆周运动，选项A正确，D错误；中子和质子、质子与质子间的核力，主要是表现在相邻的核子之间，在2.0×10－15 m的距离内远大于它们相互间的库仑力，大于10×10－15 m的距离核力几乎为零，故选项C正确，B错误。
2．[多选]铁的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是( )
A．铁的结合能大于铀核的结合能
B．铁核比铀核稳定
C．若铀核能发生核变化变成铁核，则要放出能量
D．若铀核能发生核变化变成铁核，则质量要亏损
解析：选BCD 铁核的比结合能大，则它稳定些，铀核的比结合能小，若铀核能发生核变化变成铁核，则会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确。
3．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M(单位均为kg)的原子核时释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)u·c2
B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
解析：选C 在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2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ΔE＝Δm×931.5 MeV 进行计算，Δm＝m1＋m2－M，故C正确，A、B、D错误。
4．已知氘核(12H)的平均结合能为1.1 MeV，氦核(23He)的平均结合能为2.57 MeV，两个氘核结合成一个氦核的反应方程为eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n，此核反应( )
A．放出3.31 MeV能量 B．放出5.51 MeV能量
C．放出5.88 MeV能量 D．吸收1.83 MeV能量
解析：选A 核反应方程eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)H＋eq \\al(1,0)n，又反应前两个eq \\al(2,1)H的总结合能为E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV，反应后生成的氦核的结合能为E2＝2.57×3 MeV＝7.71 MeV，所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31 MeV，故A正确，B、C、D错误。
5．[多选]对于核子结合成原子核的认识，下列说法正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定减小
D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
解析：选CD 由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力。随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确。
6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )
A.eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]
B.eq \f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2＋E]
C.eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]
D.eq \f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]
解析：选C 氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线的能量E对应质量的增加和中子与质子动能，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek，得Ek＝eq \f(1,2)[E－(mp＋mn－mD)c2]＝eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]，故C正确。
7．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( )
A．21.04 MeV B．35.56 MeV
C．92.16 MeV D．77.64 MeV
解析：选C 设中子的质量为mn，质子的质量为mp，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量为mC。
根据质能方程：ΔE1＝28.30 MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2
ΔE2＝7.26 MeV＝[3mα－mC]c2
ΔE3＝[6mn＋6mp－mC]c2
由各式得ΔE3＝92.16 MeV。
8．如图所示，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法中正确的是( )
A．重的原子核，例如铀核eq \\al(235, 92)U，因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B．锂核eq \\al(6,3)Li的核子的比结合能比铀核的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定
C．原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是原子核的结合能与其核子数之比，比结合能越大的原子核越稳定
D．以上三个表述都错误
解析：选C 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，而组成原子核的核子越多，它的比结合能并不是越大，只有当比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确，A、B、D错误。
9．用中子轰击锂核eq \\al(6,3)Li发生核反应，生成氚核eq \\al(3,1)H和α粒子，并放出4.8 MeV的能量。(原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出核反应方程；
(2)求出质量亏损；
(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能之比是多少？
(4)α粒子的动能是多大？
解析：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋4.8 MeV。
(2)由ΔE＝Δmc2可得
Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(4.8,931.5) u≈0.005 2 u。
(3)根据题意有0＝m1v1＋m2v2
式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek＝eq \f(p2,2m)，可得它们的动能之比为
Ek1∶Ek2＝eq \f(p2,2m1)∶eq \f(p2,2m2)＝eq \f(1,2m1)∶eq \f(1,2m2)＝m2∶m1＝4∶3。
(4)α粒子的动能Ek2＝eq \f(3,7)(Ek1＋Ek2)＝eq \f(3,7)×4.8 MeV≈2.06 MeV。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV
B级—选考提能
10．在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用。核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素eq \\al(239, 94)Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为eq \\al(239, 94)Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，下列有关说法中正确的是( )
A．X原子核中含有92个中子
B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力
C．20克的eq \\al(239, 94)Pu经过48 200年后，还有5克未衰变
D．钚核衰变前的质量等于衰变后X、He核的质量之和
解析：选C 根据质量数守恒和电荷数守恒得钚衰变方程为 eq \\al(239, 94)Pu→eq \\al(235, 92)X＋eq \\al(4,2)He＋γ，故X的电荷数为92，质量数为235，中子数为143，故A错误；钚衰变发出的γ射线是波长很短的光子，不带电，具有很强的穿透能力，故B错误；根据半衰期公式：m＝m0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \f(t,T)＝20×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \f(48 200,24 100) g＝5 g，故C正确；由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量减小，故D错误。
11．[多选]对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )
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：选ABD 一定的质量对应一定的能量，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。
12．一个静止的铀核eq \\al(232, 92) U (原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 eq \\al(228, 90)Th (原子质量为228.028 7 u)。(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核的衰变反应方程。
(2)算出该衰变反应中释放出的核能。
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
解析：(1)eq \\al(232, 92)U→eq \\al(228, 90)Th＋eq \\al(4,2)He。
(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 u
ΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.50 MeV。
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0 pTh＝pα
EkTh＝eq \f(pTh2,2mTh) Ekα＝eq \f(pα2,2mα)
EkTh＋Ekα＝ΔE，所以α粒子获得的动能
Ekα＝eq \f(mTh,mα＋mTh)·ΔE＝eq \f(228,4＋228)×5.5 MeV≈5.41 MeV。
答案：(1)eq \\al(232, 92)U→eq \\al(228, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV