1、第五章第五章原子核原子核 3 3核力与结合能核力与结合能 基础过关练基础过关练 题组一题组一核力与四种基本相互作用核力与四种基本相互作用 1.对核力的认识,下列说法正确的是() A.任何物体之间均存在核力 B.核力广泛存在于自然界中的核子之间 C.核力只存在于质子之间 D.核力只发生在相距约 10 -15 m 内的核子之间 2.(多选)对于核力与四种基本相互作用,以下说法正确的是() A.核力是弱相互作用力,作用力很小 B.核力是强相互作用的表现,是强力 C.核力使核子紧密结合为稳定的原子核 D.核力是万有引力在短距离内的表现 题组二题组二结合能的理解结合能的理解 3.(多选)下列关于结合能和
2、比结合能的说法中,正确的有() A.核子结合成原子核时放出能量 B.原子核拆解成核子时要吸收能量 C.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大 D.重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大 4.(多选)铁核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.铁核的结合能大于铀核的结合能 B.铁核比铀核稳定 C.铀核发生核变化变成铁核要放出能量 D.铀核发生核变化变成铁核质量要亏损 5.(2020 河北石家庄二中高二下期中)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示,根 据该曲线,下列判断中正确的有() A.2 4He 核的结合能约为 14 MeV B.2 4
3、He 核比 3 6Li 核更稳定 C.两个 1 2H 核结合成 2 4He 核时释放能量 D.92 235U 核中核子的平均结合能比 36 89Kr 核中的大 6.(2020 江西高安中学高二上期末)(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的 是() A.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 B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来 重核的结合能 C.铯原子核 55 133Cs 的结合能小于铅原子核 82 208Pb 的结合能 D.结合能越大,原子核越稳定 题组三题组三质量亏损与核能质量亏损与核能 7.(2020 福建南平高级中学高二下期中)为了
4、直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名 的质能方程 E=mc 2,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热量,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是() A.E=(m1-m2-m3)c 2 B.E=(m1+m3-m2)c 2 C.E=(m2-m1-m3)c 2 D.E=(m2-m1+m3)c 2 8.1905 年,爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程 E=mc 2,质能方程的正确性 已被大量的实验所证实,并为现代
5、核能的研究和应用提供理论指导,具有深刻意义 并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法中不正确的是() A.根据E=mc 2可以计算核反应中释放的能量 B.根据质能方程可知,在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律 C.E=mc 2 中的 E 是核反应中释放的核能 D.E=mc 2 中的 E 为质量为 m 的物体所对应的能量 9.(2020 山东济南外国语学校高三四模)下列说法正确的是() A.原子核的质量大于组成它的核子的总质量,这个现象叫作质量亏损 B.玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的 C.在光电效应实验中,某金属的截止频率对应的波长为0,若用波长为(0) 的单色光
6、照射该金属,会产生光电效应 D.爱因斯坦提出质能方程 E=mc 2,其中 E 是物体以光速 c 运动时的动能 能力提升练能力提升练 题组一题组一核能的理解核能的理解 1.(2020 河北唐山一中高二下期中,)(多选)关于核能,下列说法中正确的有 () A.核子结合成原子核时,需吸收的能量 B.核子结合成原子核时,放出的能量 C.不同的核子结合成原子核时,所需吸收的能量相同 D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时,需吸收一定的能量 2.(2020 重庆一中高三上期末,)下列说法正确的是(易错) A.粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的 B.比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,
7、原子核越稳定 C.核力是短程力,任意两个核子之间一定存在核力 D.质子、中子、粒子的质量分别为 m1、m2、m3,由 2 个质子和 2 个中子结合成一 个粒子,释放的能量是(m1+m2-m3)c 2 3.()如图所示是原子核的平均核子质量 A 与原子序数 Z 的关系图像。下列说法 正确的是() A.若 D、E 能结合成 F,结合过程一定要释放能量 B.若 D、E 能结合成 F,结合过程一定要吸收能量 C.若 C、B 能结合成 G,结合过程一定要释放能量 D.若 F、C 能结合成 B,结合过程一定要释放能量 4.(2020 江苏南通高二下期中,)(多选)一静止的钚核发生衰变放出 X 粒子后变 成
8、铀核,衰变时放出巨大能量,其衰变方程是 94 239PuX+ 92 235U。已知钚核的半衰期为 t,质量为 m1,X 粒子质量为 m2,铀核质量为 m3,光在真空中的传播速度为 c。则 () A.上述衰变是衰变,X 是氦核(2 4He) B.衰变过程中释放的总能量为(m1-m2-m3)c 2 C.有 20 个钚核,经时间 t 后一定剩下 10 个钚核未发生衰变 D.由于衰变时释放巨大能量,所以 94 239Pu 比 92 235U 的比结合能小 题组二题组二核能的计算核能的计算 5.(2019 辽宁丹东高三上期末,)中子 n、质子 p、氘核 D 的质量分别为 mn、mp、 mD,现用光子能量
9、为 E 的射线照射静止的氘核使之分解,反应的方程为+Dp+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.1 2 (?D-?p+ ?n)?2+ E B.1 2 (?D-?p-?n)?2-E C.1 2 (?D+ ?p+ ?n)?2-E D.1 2 (?D-?p-?n)?2+ E 6.(2020 湖北襄阳一中高二下测试,)卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子。发现 质子的核反应方程为 7 14N + 2 4He 8 17O+ 1 1H,已知氮核质量为 m N=14.007 53 u,氧核的 质量为 mO=17.004 54 u,氦核质量为 mHe=4.003 87 u,质子质量为 mp
10、=1.008 15 u。 (已知 1 u 相当于 931.5 MeV,结果保留 2 位有效数字) (1)这一核反应是吸收能量还是放出能量?相应的能量变化为多少? (2)若入射氦核以 v0=310 7 m/s 的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应 生成的氧核和质子同方向运动,且氧核的速度大小为 1.810 6 m/s。则质子的速 度大小为多少?深度解析 7.(2020 河南洛阳高二下期中,)用速度大小为 v 的中子轰击静止的锂核(3 6Li), 发生核反应后生成氚核和粒子,生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反, 氚核与粒子的速度之比为 78,中子的质量为 m,质子的质量可近似看作 m,
11、光速 为 c。 (1)写出核反应方程。 (2)求氚核与粒子的速度大小。 (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为粒子和氚核的动能,求出质量亏损。 答案全解全析答案全解全析 基础过关练基础过关练 1.D由核力的特点知道,只有相距约 10 -15 m 内的核子之间才存在核力,核力发生 在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间。故 A、B、C 错误,D 正确。 2.BC核力是强相互作用的一种表现,它的作用范围约 10 -15 m,选项 B 正确,A、D 错误;核力使核子紧密地结合在一起,形成稳定的原子核,选项 C 正确。 3.AB核子结合成原子核时放出能量,原子核拆解成核子时吸收能量,故 A、B 正
12、 确;比结合能越大的原子核越稳定,但比结合能越大的原子核,其结合能不一定大, 例如中等质量原子核的比结合能比重核大,但由于核子数比重核少,其结合能比重 核反而小,故 C、D 选项错误。 4.BCD组成原子核的核子越多,它的结合能越大,铁核的结合能小于铀核的结合 能,故 A 错误;铁核的比结合能比铀核的比结合能大,铁核比铀核稳定,故 B 正确; 铀核发生核变化变成铁核,出现质量亏损,会放出能量,故 C、D 正确。 5.BC由题图知 2 4He 核的比结合能约为 7 MeV,所以结合能约为 47 MeV=28 MeV, 故 A 错误;2 4He 核比 3 6Li 核的比结合能大,所以 2 4He
13、核比 3 6Li 核更稳定,故 B 正确;两 个 1 2H 核结合成 2 4He 核时,由比结合能小的核生成比结合能大的核,要释放能量,故 C 正确;由题图知 92 235U 核中核子的平均结合能比 36 89Kr 核中的小,故 D 错误。 6.ABC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,故 A 正确; 一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的核子的比结合能增加,又衰变 过程质量数守恒,故衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,故 B 正确; 原子核的结合能大小主要取决于核子数,所以铯原子核 55 133Cs 的结合能小于铅原子 核 82 208Pb 的结合能,故
14、C 正确;比结合能越大,原子核越稳定,故 D 错误。 7.B反应前的质量为 m1+m3,反应后的质量为 m2,质量亏损为m=m1+m3-m2,因此需 要验证的关系式为E=(m1+m3-m2)c 2,故 B 正确。 8.C根据E=mc 2可以计算核反应中释放的能量,选项 A 正确,不符合题意;在核 反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律,选项 B 正确,不符合题意;质能方 程 E=mc 2 中的 E 表示质量为 m 的物体所对应的能量,选项 C 错误,符合题意;选项 D 正确,不符合题意。 9.B原子核的质量小于组成它的核子的总质量,这个现象叫作质量亏损,故 A 错 误。玻尔认为,电子的轨道是
15、量子化的,原子的能量也是量子化的,故 B 正确。光 电效应实验中,某金属的截止频率对应的波长为0,根据=? ?,结合光电效应产生 的条件可知,若用波长为(0)的单色光做该实验,其频率小于截止频率,不会 产生光电效应,故 C 错误。质能方程 E=mc 2 中 E 是与物体相联系的一切能量的总和, 不是单一的动能,也不是单一的核能,故 D 错误。 能力提升练能力提升练 1.BD核子结合成原子核时,有质量亏损,向外放出一定的能量,原子核分裂成核 子时,需要吸收能量,故 A、C 错误,B 正确;一个氘核分解成一个中子和一个质子时, 需吸收一定的能量来克服核力做功,故 D 正确。 2.B粒子散射实验的结
16、果是卢瑟福提出了原子的核式结构模型,故 A 错误;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 正确;核力是短程力, 其作用范围约 10 -15 m,故 C 错误;2 个质子和 2 个中子结合成 1 个粒子,释放的能 量E=mc 2=(2m 1+2m2-m3)c 2,故 D 错误。 易错警示 本题易错选 C 项。出错的原因在于对核力的理解不够,核力是短程力,作用范 围只有约 10 -15 m,超过这个界限,这种相互作用实际上已经不存在了。 3.A由题图知,D、E 的平均核子质量大于 F 的平均核子质量,D、E 结合成 F 时, 出现质量亏损,要释放能量,A 对,B 错;C、B
17、 结合成 A 和 F、C 结合成 B 都是质量增 加,结合过程要吸收能量,C、D 错。 4.ABD衰变过程质量数和电荷数守恒,可知 X 的质量数为 4,电荷数为 2,则 X 是 氦核(2 4He),该反应是衰变,故 A 正确;该衰变过程中质量亏损为m=m 1-m2-m3,根 据质能方程E=mc 2,可知衰变过程中释放的总能量为E=(m 1-m2-m3)c 2,故 B 正确; 半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数原子核的衰变不适用,故 C 错误;由 于衰变时释放巨大能量,且 92 235U 比 94 239Pu 更加稳定,则 94 239Pu 比 92 235U 的比结合能小, 故 D 正确
18、。 5.D核反应释放的能量E=(mD-mp-mn)c 2,设质子、中子的动能分别为 E k,根据能 量守恒有E+E=2Ek,联立解得 Ek= (?D-?p-?n)?2+E 2 ,故 D 正确。 6.答案(1)吸收能量1.2 MeV(2)8.910 7 m/s 解析(1)质量亏损m=mN+mHe-mO-mp=(14.007 53+4.003 87-17.004 54-1.008 15) u=-0.001 29 u E=-0.001 29931.5 MeV=-1.2 MeV 负值说明这一核反应吸收能量,其能量变化了 1.2 MeV。 (2)根据动量守恒定律有 mHev0=mpvp+mOvO 代入数
19、据解得 vp=8.910 7 m/s。 名师点睛 本题综合考查核能的计算方法、动量守恒定律在核反应中的应用。核能的单 位常用的有两种,一种是“J”,一般以“kg”为质量亏损m 的单位,应用公式 E=mc 2计算核能;另一种是“MeV”,一般以“u”为质量亏损m 的单位,应用 公式E=m931.5 MeV 计算核能。 7.答案(1)0 1n+ 3 6Li 1 3H+ 2 4He (2)氚核的速度大小为 7 11v,粒子的速度大小为 8 11v (3)141? 2 121?2 解析(1)核反应方程为 0 1n+ 3 6Li 1 3H+ 2 4He。 (2)设中子的初速度方向为正方向,由动量守恒定律有 mv=-3mv1+4mv2 由题意可知氚核与粒子的速度之比为 v1v2=78 解得 v1= 7 11v,v2= 8 11v。 (3)氚核和粒子的动能之和为 Ek=1 23m?1 2+1 24m?2 2=403 242mv 2 释放的核能为E=Ek-Ekn=403 242mv 2-1 2mv 2=141 121mv 2 质量亏损为m=? ?2= 141?2 121?2 。
