人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能达标测试

第五章分层作业23　核力与结合能

A级 必备知识基础练

1.关于自然界中四种基本相互作用,下列说法正确的是(　　)

A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当

B.原子核内任意两个核子间都存在核力

C.核力是强相互作用,一定是引力

D.弱相互作用是短程力

2.下列有关原子核的说法正确的是(　　)

A.结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量

B.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定

C.质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和

D.因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量数不守恒

3.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+Cle,已知Cl核的质量为36.956 58 uAr核的质量为36.956 91 ue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.0.82 MeV B.0.31 MeV

C.1.33 MeV D.0.51 MeV

4.(2023江西赣州一中月考)中子和质子结合成氘核的核反应中发生质量亏损,放出能量,核反应方程为n+H+3.5×10-13 J,据此计算出H原子核的平均结合能为(　　)

A.3.5×10-13 J B.1.75×10-13 J

C.2.1×10-12 J D.4.2×10-12 J

5.(多选)关于核反应方程:UThHe和ThPae,说法正确的是(　　)

A.①是α衰变,有能量放出

B.②是β衰变,没有能量放出

C.Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U

D.Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Th、Pa

6.核电池可通过半导体换能器,将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu核衰变为核U和新粒子,并释放出γ光子。已知PuU的质量分别为mPu、mU,下列说法正确的是(　　)

A.Pu的衰变方程为PuU+H+γ

B.释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量

CU的结合能比Pu的结合能更大

D.核反应过程中释放的核能为ΔE=(mPu-mU)c2

7.运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y,已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m,α粒子的动能为E,真空中的光速为c,α粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是(　　)

A.E B.E

C.E D.E

8.(2023江西抚州高二期末)已知Be核的质量为14.960 7×10-27 kgH的质量为1.672 6×10-27 kgn的质量为1.674 9×10-27 kg,1 MeV=1.6×10-13 J。

(1)4个质子和5个中子结合为Be核,写出该核反应方程。

(2Be核的比结合能是多少MeV(结果保留2位有效数字)?

B级 关键能力提升练

9.原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示,根据该曲线对核能的认识正确的是(　　)

A.质量数越大,比结合能越大

B.质量较小的轻核结合成质量较大的重核时要吸收能量;质量较大的重核分裂成质量较小的轻核时要放出能量

C.质量较大的重核和质量较小的轻核比结合能都较小,但轻核的比结合能还有些起伏

D.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量

10.(多选)(2023广东肇庆高二月考)钍基熔盐核反应堆工作原理如图所示,钍232Th)吸收一个中子后会变成钍233,钍233不稳定,会变成易裂变核素铀233U)。下列说法正确的是(　　)

A.核反应中放出的射线来源于电子跃迁过程中释放的能量

B.新核镤233变成铀233的核反应方程式是

PaUe

C.新核铀U的比结合能大于钍Th的比结合能

D.新核铀U的比结合能小于钍Th的比结合能

11.(多选)(2023山东潍坊高二月考)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为RaRnX,已知Ra的半衰期为1 620年Ra原子核的质量为226.025 4 u,衰变后产生的Ra原子核的质量为222.017 5 uX原子核的质量为4.002 6 u,已知1 u

相当于931 MeV,对Ra的衰变,以下说法正确的是(　　)

AX表示氦原子

B.6 Ra原子核经过1 620年有3 g发生衰变

C.1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV

DRa衰变后比结合能变小

12.(2023广东韶关高二期末)静止的镭核Ra发生αHe)衰变,释放出的α粒子的动能为E,假设衰变时的能量全部以动能形式释放出来,则衰变过程中总的质量亏损是(　　)

A. B.

C. D.

13.“快堆”中的钚239裂变释放出快中子,反应区周围的铀238吸收快中子后变成铀239,铀239很不稳定,经过两次β衰变后变成钚239,从而实现钚燃料的“增殖”。某5 kg的钚239核燃料,每秒钟约有1.1×1013个钚239发生自然衰变,放出α粒子,已知钚239原子的α衰变质量亏损了0.005 7 u。已知1 u相当于931.5 MeV的能量,α粒子在核燃料中减速会释放出热能,下列说法正确的是(　　)

A.铀239两次β衰变后,比结合能减小

B.原子核衰变时,动量守恒,质量守恒

C.原子核衰变时释放的α射线比β射线穿透能力更强

D.假设衰变释放的能量最终变成内能,该5 kg的钚239核燃料的发热功率约为9.4 W

14.(多选)一个静止的原子核发生衰变,核反应中放出的能量为Q,其方程为XYZ,假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z的速度为v,以下结论正确的是(　　)

A.Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为

B.Y原子核的速度大小为v

C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大

D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

分层作业23　核力与结合能

1.D　核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力大小,选项A错误;原子核内只有相邻的两个核子间存在核力,选项B错误;核力是强相互作用,可表现为引力,也可表现为斥力,故C错误;弱相互作用是短程力,选项D正确。

2.A　结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量,或者是核子结合成原子核释放的能量,故A正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B错误;质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,故C错误;因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量不守恒,质量数守恒,故D错误。

3.A　先计算出核反应过程中的质量增加Δm=36.95691u+0.00055u-36.95658u=0.00088u,再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量ΔE=Δmc2=0.00088u×931.5MeV=0.82MeV,故选项A是正确的。

4.BH原子核的平均结合能为E=J=1.75×10-13J,故选B。

5.AC　因为①中释放出了α粒子,所以①是α衰变,同理②中释放出了β粒子,所以②是β衰变,且都有能量放出,故A正确,B错误;因为比结合能越大越稳定,所以Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U,故C正确;因为核子数越多,结合能越高,且比结合能等于结合能与核子数之比,故可得Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Pa、Th,故D错误。

6.B　根据质量数守恒与电荷数守恒可知Pu的衰变方程为PuUHe+γ,故A错误;根据质能方程可知,释放的核能为ΔE=Δmc2=(mPu-mU-mα)c2,释放的核能转变为U的动能、新粒子的动能和γ光子能量,故B正确,D错误U比Pu的核子数少,则结合能比Pu的结合能小,但U的比结合能比Pu的比结合能更大,故C错误。

7.B　核反应中动量守恒,有mvα=MvX,α粒子的动能为E=,根据能量守恒得ΔE=,由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,联立解得Δm=E,故选B。

8.答案 (1)H+nBe　(2)6.5

解析 (1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得,该核反应方程为H+nBe。

(2)该核反应过程的质量亏损为Δm=4×1.6726×10-27kg+5×1.6749×10-27kg-14.9607×10-27kg=0.1042×10-27kg

由爱因斯坦质能方程可知Be核的结合能为ΔE=Δmc2=0.1042×10-27×(3×108)2J=0.9378×10-11J=58.6MeV

则Be核的比结合能为E==6.5MeV。

9.C　根据质能方程可知,轻核的聚变和重核的裂变过程,都存在质量亏损,都向外界放出能量,故B错误。根据题干图像可知,当质量较小时,比结合能随着质量的增加而增大,但在Li处减小;当质量较大时,比结合能随着质量的增加而减小,故A错误,C正确。一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,该过程中要释放能量,根据质能方程可知衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量,故D错误。

10.BC　核反应中放出的射线来源于生成新核的跃迁过程中释放的能量,选项A错误;根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,新核镤233变成铀233的核反应方程式是PaU+e,选项B正确;整个过程中释放能量,则生成的新核铀U更加稳定,则新核铀U的比结合能大于钍Th的比结合能,故C正确,D错误。

11.BC　根据核反应方程的质量数与电荷数守恒,则A=4,Z=2,故X是He,表示氦核,不是氦原子,故A错误Ra的半衰期为1620年,6gRa原子核经过1620年一定有3g发生衰变,故B正确Ra原子核的质量为226.0254u,衰变后产生的Ra原子核的质量为222.0175uHe原子核的质量为4.0026u,质量亏损为Δm=226.0254u-222.0175u-4.0026u=0.0053u,因1u相当于931MeV,则有1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9MeV,故C正确Ra衰变后变成Ra,放出能量,则其比结合能变大,故D错误。

12.C　镭核发生α衰变的核反应方程式为RaHe+Rn,令氦核的质量为m1,氡核的质量为m2,则根据动量守恒可得m1vm1=m2vm2,其中E=,所以氡核的动能为E'=E,根据爱因斯坦质能方程,总的质量亏损为Δm=,C项正确。

13.D　铀239两次β衰变后,放出能量,比结合能增加,选项A错误;原子核衰变时,合外力为零,则动量守恒,质量不守恒,选项B错误;原子核衰变时释放的α射线比β射线穿透能力弱,选项C错误;假设衰变释放的能量最终变成内能,该5kg的钚239核燃料发生自然衰变放出能量ΔE=1.1×1013×0.0057×931.5×106×1.6×10-19J=9.4J,则发热功率约为P==9.4W,选项D正确。

14.AD　静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒,设Y的速度大小为v',根据动量守恒定律得Fv=Dv',解得v'=,根据动能和动量关系Ek=可知,动量相等动能与质量成反比,即Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为F∶D,故A正确,B错误;由于该反应的过程中释放能量,所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小,故C错误;由于该反应的过程中释放能量,所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能,故D正确。