高中物理核力与核能导学案

这是一份高中物理核力与核能导学案，共6页。
1.下列对核力的认识正确的是（ ）
A.核力是强相互作用的一种表现，比库仑力大得多
B.核力存在于质子和中子、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力
C.核力是核子间相互吸引的力，是短程力
D.核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性
2.（多选）为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是（ ）
A.E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B.根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C.一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D.E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能
3.（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
4.（多选）原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A.若D、E能结合成F，结合过程一定释放能量
B.若D、E能结合成F，结合过程一定吸收能量
C.若A能分裂成B、C，分裂过程一定释放能量
D.若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量
5.（多选）用质子轰击锂核（37Li）生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子初动能是0.6 MeV ，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.007 3 u、4.001 5 u 和7.016 0 u。已知1 u相当于931.5 MeV ，则下列叙述中正确的是（ ）
A.此反应过程质量减少0.010 3 u
B.生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV，与实验相符
C.核反应中释放的能量是18.9 MeV，与实验相符
D.生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV，与实验相符
6.由于太阳内部的热核反应，释放大量能量，导致太阳质量亏损。若太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则1年内太阳质量亏损的数量级是（ ）
A.1015 kgB.1016 kg
C.1017 kgD.1018 kg
7.历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子（ 11H）轰击静止的 ZAX，生成两个动能均为8.9 MeV的 24He。（1 MeV＝1.6×10－13 J）
（1）上述核反应方程为 ；
（2）质量亏损为 kg。
8.（2024·辽宁大连高二期中）一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子。已知铀核（ 92238U）的质量为3.853 1×10－25 kg，钍核（ 90234Th）的质量为3.786 6×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 7×10－27 kg。
（1）写出铀核衰变为钍核时的α衰变方程；
（2）在这个衰变过程中释放的能量为多少焦耳？（结果保留三位有效数字）
9.（多选）关于核反应方程 90234Th 91234Pa＋X＋ΔE（ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子），已知 90234Th的半衰期为T，则下列说法正确的是（ ）
A. 91234Pa没有放射性
B. 91234Pa比 90234Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变
C.N0个 90234Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为34N0ΔE（N0数值很大）
D.90234Th的平均结合能为ΔE234
10.（2024·山东泰安高二期中）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为 01n＋ 36Li→24He＋ 13H＋γ。已知γ光子的波长为λ，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，氚核的比结合能为E3，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是（ ）
A.该核反应放出的核能ΔE＝hcλ
B.该核反应放出的核能ΔE＝hλc
C.该核反应放出的核能ΔE＝4E2+3E3－7E1
D.该核反应放出的核能ΔE＝4E2+3E3－6E1
11.α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg。求α粒子（氦核）的平均结合能。
12.用中子轰击锂核（ 36Li）发生核反应，生成氚核（ 13H）和α粒子，并放出4.8 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？（1 u相当于931.5 MeV）
第3节 核力与核能
1.D 在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，但当原子核大到一定程度时，核力将不足以平衡库仑力，A错误；相邻核子间都存在核力作用，具有饱和性，B错误，D正确；核子间的距离小于0.8×10－15 m时核力表现为斥力，大于0.8×10－15m时表现为吸引力，C错误。
2.ABC 爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体的能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量减少，向外释放了能量，反之，若物体的质量增加了，则物体的能量增加，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误。
3.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。
4.AC 由题图可知Fe原子核的核子平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子平均质量小于D、E的核子平均质量，故出现质量亏损，由质能方程得，该过程一定释放能量，所以A正确，B错误；因为B、C的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定释放能量，所以C正确，D错误。
5.CD 此反应过程质量亏损Δm＝1.007 3 u＋7.016 0 u－2×4.001 5 u＝0.020 3 u，核反应中释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931.5 MeV≈18.9 MeV，而生成的两个α粒子的动能之和为ΔE＋Ek质＝18.9 MeV＋0.6 MeV＝19.5 MeV，故选项A、B均错误，选项C、D均正确。
6.C 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可得1秒内太阳质量亏损为Δm＝ΔEc2＝3.8×1026（3×108）2 kg≈4.2×109 kg，那么1年内太阳质量亏损Δm'＝3 600×24×365×4.2×109 kg≈1.32×1017 kg，C正确。
7.（1） 11H＋ 37Li 24He＋ 24He （2）3.1×10－29
解析：（1）由核反应过程中质量数和核电荷数守恒得
Z＝2＋2－1＝3，A＝4＋4－1＝7，
所以核反应方程为 11H＋ 37Li 24He＋ 24He。
（2）由能量守恒得，核反应中释放的核能ΔE＝（2×8.9）MeV－0.5 MeV＝17.3 MeV＝27.68×10－13J。
根据质能方程ΔE＝Δmc2，可得质量亏损
Δm＝ΔEc2＝27.68×10－139×1016 kg≈3.1×10－29 kg。
8.（1） 92238U→ 90234Th＋ 24He （2）2.97×10－13 J
解析：（1）根据质量数守恒与电荷数守恒，铀核衰变为钍核时的α衰变方程为
92238U→ 90234Th＋ 24He。
（2）根据质能方程有
ΔE＝Δmc2＝（3.853 1×10－25－3.786 6×10－25－6.646 7×10－27）×3×1082 J＝2.97×10－13 J。
9.BC 原子序数大于或等于83的元素都有放射性，A错误；X粒子是电子，中子衰变成一个质子而放出电子，所以此核反应为β衰变，B正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N0个 90234Th经2T时间发生两次衰变，其中共有34N0个原子核发生了衰变，放出的核能为34N0ΔE，C正确；ΔE不是 90234Th原子核分解成自由核子的结合能，则 90234Th的平均结合能不等于ΔE234，D错误。
10.D γ光子的能量E＝hcλ，不等于该核反应释放的核能，A、B错误；因为锂核的结合能为6E1，氦核的结合能为4E2， 13H核的结合能为3E3，则该核反应放出的核能ΔE＝（4E2＋3E3）－6E1，C错误，D正确。
11.6.8 MeV
解析：核子的质量之和
2mp＋2mn＝2×（1.672 6＋1.674 9）×10－27 kg
＝6.695 0×10－27 kg
这个数值与α粒子的质量之差Δm＝2mp＋2mn－mα＝（6.695 0－6.646 7）×10－27 kg＝4.83×10－29 kg
α粒子的结合能
ΔE＝Δmc2＝4.83×10－29×3.02×10161.60×10－19 eV
≈2.72×107eV＝27.2 MeV
所以，α粒子的平均结合能
E＝ΔE4＝27.24MeV＝6.8 MeV。
12.（1） 36Li＋01n 13H＋24He
（2）0.005 2 u （3）4∶3 （4）2.06 MeV
解析：（1） 36Li＋ 01n 13H＋ 24He。
（2）依据ΔE＝Δm×931.5 MeV
得Δm＝4.8931.5 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＝p22m可得氚核和α粒子的动能之比为
Ek1∶Ek2＝p22m1∶p22m2＝m2∶m1＝4∶3。
（4）α粒子的动能
Ek2＝37（Ek1＋Ek2）＝37×4.8 MeV≈2.06 MeV。