高中物理3 核力与结合能同步测试题

3　核力与结合能

课后·训练提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.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所需要的能量

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

答案:A

解析:结合能是指将原子核中的核子分开所需要的能量,故选项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,故选项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,故选项C错误;原子核发生衰变时,质量数守恒,故选项D错误。

2.下图是原子核的平均核子质量与原子序数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A,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

答案:A

解析:由平均核子质量与原子序数Z的关系图像可知,D与E的平均核子质量大于F的平均核子质量,所以D、E结合成F,平均核子质量减小,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,故选项A正确,B错误;同理可知,C、B结合成A要吸收能量,F、C结合成B要吸收能量,选项C、D错误。

3.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He的比结合能为E2,则热核反应HHe释放的能量可表示为(　　)

A.E2-E1 

B.E2-2E1

C.4E2-2E1 

D.4E2-4E1

答案:D

解析:该反应放出热量,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,则核反应中释放的核能为 ΔE=4E2-(2E1+2E1)=4E2-4E1,故选项D正确,A、B、C错误。

4.原子核A、B结合成放射性原子核C,核反应方程是A+BC,已知原子核A、B、C的质量分别为mA、mB、mC,结合能分别为EA、EB、EC,以下说法正确的是(　　)

A.原子核A、B、C中比结合能最小的是原子核C

B.原子核A、B结合成原子核C,释放的能量ΔE=(mA+mB-mC)c2

C.原子核A、B结合成原子核C,释放的能量ΔE=EA+EB-EC

D.大量原子核C经历两个半衰期时,已发生衰变的原子核占原来的

答案:B

解析:原子核A、B结合成放射性原子核C,要释放能量,原子核C的比结合能最大,释放的能量ΔE=EC-(EA+EB),根据质能方程得ΔE=(mA+mB-mC)c2,故选项A、C错误,B正确;原子核的半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间,大量原子核C经历两个半衰期时,未发生衰变的原子核占原来的,选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

5.用天然放射性元素镭放出α粒子轰击氮原子核,核反应可能不只有一种,比如HeNH,He+Fn,我们可以通过计算判断其是否有可能发生。已知各原子核的质量如下表所示,1 u的质量对应931.5 MeV的能量,下列关于第②种核反应的说法正确的是(　　)

A.第②种核反应为放能反应,一次核反应放出的能量约为4.735 MeV

B.第②种核反应为吸能反应,一次核反应吸收的能量约为4.735 MeV

C.用该α粒子(Ekα=4.793 MeV)轰击静止的靶核N),不可能发生第②种核反应

D.用该α粒子(Ekα=4.793 MeV)轰击静止的靶核N),可能发生第②种核反应

答案:BC

解析:第②种核反应的质量亏损Δm=(m1+m2-m3-m4)=-0.005083u,核反应后质量增加,该反应为吸能反应,故选项A错误;ΔE=Δmc2=0.005083×931.5MeV=4.735MeV,一次核反应吸收的能量约为4.735MeV,故选项B正确;用α粒子轰击静止的靶核,当发生完全非弹性碰撞时,系统损失动能最多,由动量守恒有m1v1=(m1+m2)v2,由能量守恒有m1(m1+m2)+ΔE,解出ΔE=m1=3.728MeV<4.735MeV,该反应释放的最大能量小于发生第②种核反应所需要吸收的能量,故不能发生第②种核反应,故选项C正确,D错误。

6.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q,其方程为Z,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F∶D

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(c为光速)

D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

答案:AD

解析:静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒,设Y的速度为v',以Z的方向为正方向,则Fv+Dv'=0,所以v'=-,即大小为,负号表示方向与Z的方向相反,所以Y原子核的动能与Z原子核的动能关系为,故选项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,故选项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,故选项D正确。

三、非选择题

7.用中子轰击锂核Li发生核反应,生成氚核H和α粒子,并放出4.8 MeV的能量,1 u的质量相当于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粒子的动能是多少?

答案:(1LinHHe+4.8 MeV

(2)0.005 2 u

(3)4∶3

(4)2.06 MeV

解析:(2)依据ΔE=Δm×931.5MeV/u得

Δm=u=0.0052u。

(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=可得它们的动能之比为

Ek1∶Ek2==m2∶m1=4∶3。

(4)α粒子的动能

Ek2=(Ek1+Ek2)=×4.8MeV=2.06MeV。