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2019年高中物理
4.4核力与结合能知能演练粤教版选修3-51.关于核力下列说法正确的是 A.核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核B.因为质子带正电,所以质子之间存在相互排斥的核力C.核力是一种弱相互作用D.任何核子之间都有核力解析核力是一种强相互作用,故C错,核力是一种具有饱和性质的变换力,即一个核子只与邻近的几个核子作用,故D错,核力与核子是否带电无关,有时表现为引力,有时表现为斥力.B错.答案A2.对原子核的组成,下列说法正确的是 A.核力可使一些中子组成原子核B.核力可使非常多的质子组成原子核C.不存在只有质子的原子核D.质量较大的原子核内一定有中子解析由于原子核带正电,不存在只有中子的原子核,但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核,原因是核力是短程力,质子之间还存在“长程力”库仑力,A、B错误;自然界中存在一个质子的原子核,C错误;较大质量的原子核内只有存在一些中子,才能削弱库仑力,维系原子核的稳定,故D正确.答案D3.太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应,核反应方程是,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X的质量分别为,真空中的光速为c.下列说法中正确的是 A.方程中的X表示中子B.方程中的X表示电子C.这个核反应中质量亏损D.这个核反应中释放的核能解析根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可得方程中的X表示正电子,故A、B错;此核反应中质量亏损,故C错;核反应中释放的核能,故D对.答案D4.双选跟核反应有关的下列认识中,正确的是 A.在核反应方程中质量数与电荷数都守恒B.所有的核反应发生过程中质量都会减少C.所有的核反应都一定是放能反应D.有质量亏损的核反应一定是放能反应解析所有核反应方程中质量数与电荷数都守恒,则A正确;核反应中有的质量亏损,放出能量,有的质量增加,吸收能量,则B、C错,D对.答案AD5.为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献,联合国将xx年定为“国际物理年”.对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法中错误的是 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是发生核反应中释放的核能解析爱因斯坦质能方程E=mc2,定量地指出了物体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,物体的能量降低,向外释放了能量;反之,若物体的质量增加了,则物体的能量升高,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.答案D6.质子、中子和氘核的质量分别为,真空中光速为c,当质子和中子结合成氘核时,放出的能量是 解析质子和中子结合成原子核氘核时,总质量减小了,即质量亏损.依据质能方程可知,放出的能量为.本题考查质能方程ΔE=Δmc2的应用.解题关键是该题只要知道质子和中子统称核子结合成原子核时,质量有亏损,即,就可迎刃而解.在思考过程中由于对质量亏损理解得不好,容易错选C.答案D7.氦原子核由两个质子与两个中子组成,这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力,则3种力从大到小的排列顺序是 A.核力、万有引力、库仑力B.万有引力、库仑力、核力C.库仑力、核力、万有引力D.核力、库仑力、万有引力解析在四种相互作用中,核力的作用力最强,其次是库仑力,再次是万有引力,故选D.答案D8.xx·全国新课标氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量,该反应方程为H+H→He+x,式中x是某种粒子.已知H、H、He和粒子x的质量分别为
2.0141u、
3.0161u、
4.0026u和
1.0087u;1u=
931.5MeV/c2,c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知,粒子x是________,该反应释放出的能量为________MeV.结果保留3位有效数字解析由质量数守恒和电荷数守恒可得,粒子x为中子,由爱因斯坦质能方程可知ΔE=Δmc2=
0.0189×
931.5MeV≈
17.6MeV.答案n或中子
17.69.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是 A.核反应方程是B.聚变反应中的质量亏损C.辐射出的γ光子的能量D.γ光子的波长解析由知A错;质量亏损Δm=;B正确;由ΔE=Δmc2结合质量亏损知C错误;Δmc2=hν=h,所以γ光子的波长λ=,D错.答案B10.氮核质量mN=
14.00735u,氧核质量=
17.00454u,氦核质量mHe=
4.00387u,质子质量mH=
1.00815u,试判断核反应147N+42He→178O+11H是吸能反应还是放能反应,能量变化多少?解析反应前总质量mN+mHe=
18.01122u反应后总质量mO+mH=
18.01269u因为反应中质量增加,所以此反应是吸能反应,所吸能量为ΔE=Δmc2=[mO+mH-mN+mHe]c2=
18.01269-
18.01122×
931.5≈
1.37MeV.答案吸能反应
1.37MeV核 力核力是使核子组成原子核的作用力,属于强相互作用的类型.核力是一种很复杂的相互作用,人们通过多年的实验研究和理论分析,才对它的特性有了比较细致的了解,但仍不完全. 1.核力的性质.1短程力.核力在4~5fm以上的距离即已消失,当两核子距离为2~5fm时,它是较弱的吸引力,通常称为长程弱吸引力.核力的中程部分1~2fm是较强的吸引力,它比质子间的库仑力强得多,足以克服库仑排斥作用.当两核子间距离小于
0.4~
0.5fm时,核力为强排斥力,称为排斥芯. 2饱和性.各种较重例如A>40的原子核中,每个核子所占的体积大致相同,每个核子的平均结合能也大致相同见原子核.这一实验事实表明原子核中每一核子通常仅仅和邻近的少数核子发生较强的吸引作用,说明核力和某些分子之间的作用力一样,具有饱和性.3交换性.当两核子相互作用时,它们可以交换自旋或电荷.两核子的相互作用和它们的自旋的相对取向有关,自旋平行和自旋反平行时的相互作用不同.这一点在实验上已得到充分的验证.例如,仅当质子和中子自旋平行时才能结合成氘核,自旋反平行时则不能结合.当能量超过100MeV以上的中子轰击含氢的靶时,人们观测到不少质子沿原来中子飞行的方向飞出.这现象只能用中子同质子相互作用时发生电荷交换来解释.由于这种交换作用,核力可以分为四个组成部分维格纳力——不交换的作用;马约喇纳力——交换自旋也交换电荷的作用;巴特勒特力——只交换自旋的作用和海森伯力——只交换电荷的作用.4非中心力.实验上发现氘核具有正的电四极矩,反映了氘核内核子分布是椭球形的.因此,描述氘核的波函数不应是纯粹的s波它是球对称的,而应混有一定的d波.这就表明了核力中除了中心力之外,还存在一定的可以导致d波的混入的非中心力,这个力也常称为张量力.从研究核子——核子散射,特别是极化现象知道,核力还应具有自旋——轨道耦合项,即正比于l·s的项.这里l为两核子的相对运动角动量,s是核子的自旋.此外,核力也还可能和相对运动动量及角动量有其他更复杂的关系. 5电荷无关性.对于给定的相对运动状态,质子—质子、中子—质子和中子—中子间的由于核力的相互作用都是相同的.也就是说,核力与核子所带的电荷无关.很多实验事实表明,核力的这一性质,至少是近似成立的.但是无论在理论上或实验上,论证都还不够严格,即难以严格证明所有对这种电荷无关性质的偏离都是由电磁相互作用引起的. 2.核力的研究方法.主要是唯象理论、量子场论两种.1唯象理论.一般假设核力可以用某种位势的形式表达出来.通过分析各种实验现象并参照强相互作用通常应满足的守恒定律,可以写出在一定的限制下位势的普遍表达式.这种表达式中往往包含不少参量,可以通过实验加以确定.随着新的实验数据不断增加,位势的表达式也往往会被修改和补充.应该指出,用位势来表达核力仅仅是一种近似,人们很难期望会得到唯一的位势表达形式.核力也还可能具有各种形式的多体力.这些问题都难以从唯象理论得到解决.2量子场论方法.目前普遍认为核子是由夸克所组成的,对于核力也正从夸克间相互作用的观点进行研究.。