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5核力与结合能基础巩固
1.下列对核力的认识正确的是 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
1.5×10-15m内的核子之间大于
0.8×10-15m为吸引力而小于
0.8×10-15m为斥力解析由核力的特点知道只有相距
1.5×10-15m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由此知D正确A、B、C错误答案D
2.多选对结合能、比结合能的认识下列说法正确的是 A.有的原子核没有结合能B.自由核子结合为原子核时要释放能量C.结合能越大的原子核越稳定D.比结合能越大的原子核越稳定解析由自由核子结合成原子核的过程中核力做正功释放出能量反之将原子核分开变为自由核子需要赋予它相应的能量该能量即为结合能故A错误B正确;对核子较多的原子核的结合能越大但它的比结合能不一定大比结合能的大小反映了原子核的稳定性故C错误D正确答案BD
3.根据爱因斯坦的研究成果物体的能量和质量的关系是E=mc2这一关系叫爱因斯坦质能方程质子的质量为mp中子的质量为mn氦核的质量为mα下列关系式正确的是 A.mα=2mp+2mnB.mα2mp+2mnC.mα2mp+2mnD.以上关系式都不正确答案B
4.为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E=mc2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能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ΔE则这一实验需验证的关系式是 A.ΔE=m1-m2-m3c2B.ΔE=m1+m3-m2c2C.ΔE=m2-m1-m3c2D.ΔE=m2-m1+m3c2解析反应前的质量总和为m1+m3质量亏损Δm=m1+m3-m2核反应释放的能量ΔE=m1+m3-m2c2选项B正确答案B
5.某核反应方程He+X已知H的质量为
2.0136uH的质量为
3.0180uHe的质量为
4.0026uX的质量为
1.0087u则下列说法中正确的是 A.X是质子该反应释放能量B.X是中子该反应释放能量C.X是质子该反应吸收能量D.X是中子该反应吸收能量解析由核反应规律可知X是中子因为Δm=
2.0136+
3.0180-
4.0026-
1.0087u=
0.0203u由ΔE=Δmc2知反应为放能反应B选项正确答案B
6.用质子轰击锂核Li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的初动能是
0.6MeV质子、α粒子和锂核的质量分别是
1.0073u、
4.0015u和
7.0160u已知1u相当于
931.5MeV的能量则下列叙述正确的是 A.此反应过程质量减少
0.0103uB.若生成的两个α粒子的动能之和是
18.3MeV与质能方程相符C.若核反应中释放的能量是
18.9MeV与质能方程不相符D.若生成的两个α粒子的动能之和是
19.5MeV与质能方程相符答案D
7.为确定爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2的正确性设计了如下实验:用动能为E1=
0.60MeV的质子轰击静止的锂核Li生成两个α粒子测得两个α粒子的动能之和为E2=
17.9MeV已知质子、α粒子、锂核的质量分别取mp=
1.0073u、mα=
4.0026u、mLi=
7.0160u1写出核反应方程2通过计算说明ΔE=Δmc2正确1u=
1.6606×10-27kg解析1核反应方程为LiH→He2核反应的质量亏损:Δm=mLi+mp-2mα=
7.0160u+
1.0073u-2×
4.0026u=
0.0181u由质能方程可得与质量亏损相当的能量:ΔE=Δmc2=
0.0181×
1.6606×10-27×3×1082J=
16.9MeV而系统增加的能量:ΔE=E2-E1=
17.3MeV这些能量来自核反应中在误差允许的范围内可认为相等所以ΔE=Δmc2正确答案1LiH→He 2见解析能力提升
1.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子νe而获得了2002年度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615t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νeClAre已知Cl核的质量为
36.95658uAr核的质量为
36.95691ue的质量为
0.00055u1u质量对应的能量为
931.5MeV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.
0.82MeVB.
0.31MeVC.
1.33MeVD.
0.51MeV解析最小质量对应着最小能量根据质量守恒中微子的最小质量应为
36.95691u+
0.00055u-
36.95658u=
0.00088u根据质能方程E=mc2可得中微子对应的最小能量是E=
0.00088×
931.5MeV≈
0.82MeV选项A正确答案A
2.原子质量单位为u1u相当于
931.5MeV的能量真空中光速为c当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是 A.M-m1-m2u·c2B.m1+m2-Mu×
931.5JC.m1+m2-Mc2D.m1+m2-M×
931.5eV解析在核能计算时如果质量的单位是kg则用ΔE=Δmc2进行计算如果质量的单位是u则利用1u相当于
931.5MeV的能量计算即ΔE=Δm×
931.5MeV进行计算故C正确A、B、D错误答案C
3.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解反应方程为γ+D→p+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.[mD-mp-mnc2-E]B.[mD+mn-mpc2+E]C.[mD-mp-mnc2+E]D.[mD+mn-mpc2-E]解析因为轻核聚变时放出能量质量亏损所以氘核分解为核子时要吸收能量质量增加本题核反应过程中γ射线能量E对应质量的增加和中子与质子动能的产生即E=Δmc2+2Ek=mp+mn-mDc2+2Ek得Ek=[E-mp+mn-mDc2]=[mD-mp-mnc2+E]故选C答案C
4.三个α粒子结合成一个碳C已知碳原子的质量为
12.0000u氦原子的质量为
4.0026u1u=
1.66×10-27kg1写出核反应的方程2这个核反应放出的能量是多少焦3这个能量合多少MeV解析1HeC+ΔE2Δm=3×
4.0026u-
12.0000u=
0.0078uΔm=
0.0078×
1.66×10-27kg=
1.2948×10-29kgΔE=Δmc2≈
1.165×10-12J3ΔE=eV≈
7.28×106eV=
7.28MeV答案1HeC+ΔE
21.165×10-12J
37.28MeV
5.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
4.8MeV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4α粒子的动能是多大1u相当于
931.5MeV解析1LiHe+
4.8MeV2依据ΔE=Δm×
931.5MeV得Δm=u≈
0.0052u3根据题意有:0=m1v1+m2v2式中m
1、m
2、v
1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度由上式及动能Ek=可得氚核和α粒子的动能之比为:Ek1∶Ek2==m2∶m1=4∶34α粒子的动能:Ek2=Ek1+Ek2=×
4.8MeV≈
2.06MeV答案1LiHe+
4.8MeV
20.0052u 34∶3
42.06MeV
6.一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn已知镭核226质量为
226.0254u氡核222质量为
222.0163u放出粒子的质量为
4.0026u1u相当于
931.5MeV的能量1写出核反应方程;2求镭核衰变放出的能量;3若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能求放出粒子的动能解析1核反应方程为RaRnHe2镭核衰变放出的能量为ΔE=Δm·c2=
226.0254-
4.0026-
222.0163×
931.5MeV≈
6.05MeV3镭核衰变前静止镭核衰变时动量守恒则由动量守恒定律可得mRnvRn-mαvα=0
①又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能则ΔE=mRnmα
②由
①②可得Eα=·ΔE=×
6.05MeV≈
5.94MeV答案1RaRnHe
26.05MeV
35.94MeV。