人教版 (2019)選擇性必修 第三冊3 核力與結(jié)合能測試題

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊3 核力與結(jié)合能測試題，共5頁。
1．[多選]關(guān)于原子內(nèi)的相互作用力說法正確的是( )
A．原子核與電子之間的作用力主要是電磁力
B．中子和質(zhì)子間的作用力主要是核力
C．質(zhì)子與質(zhì)子間的核力，在2.0×10－15 m的距離內(nèi)遠(yuǎn)大于它們相互間的庫侖力
D．原子核與電子之間的萬有引力大于它們之間的電磁力
解析：選AC 電子在原子核與電子之間庫侖力的作用下繞原子核做圓周運動，選項A正確，D錯誤；中子和質(zhì)子、質(zhì)子與質(zhì)子間的核力，主要是表現(xiàn)在相鄰的核子之間，在2.0×10－15 m的距離內(nèi)遠(yuǎn)大于它們相互間的庫侖力，大于10×10－15 m的距離核力幾乎為零，故選項C正確，B錯誤。
2．[多選]鐵的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能大，下列關(guān)于它們的說法正確的是( )
A．鐵的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能
B．鐵核比鈾核穩(wěn)定
C．若鈾核能發(fā)生核變化變成鐵核，則要放出能量
D．若鈾核能發(fā)生核變化變成鐵核，則質(zhì)量要虧損
解析：選BCD 鐵核的比結(jié)合能大，則它穩(wěn)定些，鈾核的比結(jié)合能小，若鈾核能發(fā)生核變化變成鐵核，則會放出核能，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，B、C、D正確。
3．原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M(單位均為kg)的原子核時釋放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)u·c2
B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
解析：選C 在核能計算時，如果質(zhì)量的單位是kg，則用ΔE＝Δmc2進(jìn)行計算，如果質(zhì)量的單位是u，則利用1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量計算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV 進(jìn)行計算，Δm＝m1＋m2－M，故C正確，A、B、D錯誤。
4．已知氘核(12H)的平均結(jié)合能為1.1 MeV，氦核(23He)的平均結(jié)合能為2.57 MeV，兩個氘核結(jié)合成一個氦核的反應(yīng)方程為eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n，此核反應(yīng)( )
A．放出3.31 MeV能量 B．放出5.51 MeV能量
C．放出5.88 MeV能量 D．吸收1.83 MeV能量
解析：選A 核反應(yīng)方程eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)H＋eq \\al(1,0)n，又反應(yīng)前兩個eq \\al(2,1)H的總結(jié)合能為E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV，反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能為E2＝2.57×3 MeV＝7.71 MeV，所以反應(yīng)釋放的核能ΔE＝E2－E1＝(7.71－4.4)MeV＝3.31 MeV，故A正確，B、C、D錯誤。
5．[多選]對于核子結(jié)合成原子核的認(rèn)識，下列說法正確的是( )
A．原子核內(nèi)的核子間均存在核力
B．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力
C．當(dāng)n個核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時，其間勢能一定減小
D．對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用
解析：選CD 由于核力為短程力，只會發(fā)生在相鄰核子之間，由此知A、B錯誤；當(dāng)n個核子靠近到核力作用范圍內(nèi)，而距離大于0.8×10－15 m，核力表現(xiàn)為引力，在此過程核力必做正功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.8×10－15 m，故C正確；對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，由于只有相鄰的質(zhì)子間才有核力，但各個質(zhì)子間均有很強的庫侖斥力。隨著質(zhì)子數(shù)的增加，其庫侖斥力增加，對于穩(wěn)定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確。
6．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD。現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，核反應(yīng)方程為γ＋D→p＋n，若分解后中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是( )
A.eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2－E]
B.eq \f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2＋E]
C.eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]
D.eq \f(1,2)[(mD＋mn－mp)c2－E]
解析：選C 氘核分解為核子時，要吸收能量，質(zhì)量增加，本題核反應(yīng)過程中γ射線的能量E對應(yīng)質(zhì)量的增加和中子與質(zhì)子動能，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek，得Ek＝eq \f(1,2)[E－(mp＋mn－mD)c2]＝eq \f(1,2)[(mD－mp－mn)c2＋E]，故C正確。
7．當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時，放出28.30 MeV的能量，當(dāng)三個α粒子結(jié)合成一個碳核時，放出7.26 MeV的能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放的能量為( )
A．21.04 MeV B．35.56 MeV
C．92.16 MeV D．77.64 MeV
解析：選C 設(shè)中子的質(zhì)量為mn，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，α粒子的質(zhì)量為mα，碳原子核的質(zhì)量為mC。
根據(jù)質(zhì)能方程：ΔE1＝28.30 MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2
ΔE2＝7.26 MeV＝[3mα－mC]c2
ΔE3＝[6mn＋6mp－mC]c2
由各式得ΔE3＝92.16 MeV。
8．如圖所示，圖線表示原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系，據(jù)此下列說法中正確的是( )
A．重的原子核，例如鈾核eq \\al(235, 92)U，因為它的核子多，核力大，所以結(jié)合得堅固而穩(wěn)定
B．鋰核eq \\al(6,3)Li的核子的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能小，因而比鈾核結(jié)合得更堅固更穩(wěn)定
C．原子核結(jié)合的松緊程度可以用“比結(jié)合能”來表征，比結(jié)合能的定義是原子核的結(jié)合能與其核子數(shù)之比，比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定
D．以上三個表述都錯誤
解析：選C 原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，而組成原子核的核子越多，它的比結(jié)合能并不是越大，只有當(dāng)比結(jié)合能越大，原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故C正確，A、B、D錯誤。
9．用中子轟擊鋰核eq \\al(6,3)Li發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核eq \\al(3,1)H和α粒子，并放出4.8 MeV的能量。(原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)
(1)寫出核反應(yīng)方程；
(2)求出質(zhì)量虧損；
(3)若中子和鋰核是以等值反向的動量相碰，則氚核和α粒子的動能之比是多少？
(4)α粒子的動能是多大？
解析：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋4.8 MeV。
(2)由ΔE＝Δmc2可得
Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(4.8,931.5) u≈0.005 2 u。
(3)根據(jù)題意有0＝m1v1＋m2v2
式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和α粒子的質(zhì)量和速度，由上式及動能Ek＝eq \f(p2,2m)，可得它們的動能之比為
Ek1∶Ek2＝eq \f(p2,2m1)∶eq \f(p2,2m2)＝eq \f(1,2m1)∶eq \f(1,2m2)＝m2∶m1＝4∶3。
(4)α粒子的動能Ek2＝eq \f(3,7)(Ek1＋Ek2)＝eq \f(3,7)×4.8 MeV≈2.06 MeV。
答案：(1)eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(3,1)H＋eq \\al(4,2)He＋4.8 MeV
(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV
B級—選考提能
10．在能源需求劇增的現(xiàn)代社會，核能作為一種新能源被各國競相開發(fā)利用。核原料中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，钚的一種同位素eq \\al(239, 94)Pu的半衰期為24 100年，其衰變方程為eq \\al(239, 94)Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，下列有關(guān)說法中正確的是( )
A．X原子核中含有92個中子
B．钚衰變發(fā)出的γ射線具有很強的電離能力
C．20克的eq \\al(239, 94)Pu經(jīng)過48 200年后，還有5克未衰變
D．钚核衰變前的質(zhì)量等于衰變后X、He核的質(zhì)量之和
解析：選C 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得钚衰變方程為 eq \\al(239, 94)Pu→eq \\al(235, 92)X＋eq \\al(4,2)He＋γ，故X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，中子數(shù)為143，故A錯誤；钚衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，不帶電，具有很強的穿透能力，故B錯誤；根據(jù)半衰期公式：m＝m0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \f(t,T)＝20×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \f(48 200,24 100) g＝5 g，故C正確；由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量減小，故D錯誤。
11．[多選]對公式ΔE＝Δmc2的正確理解是( )
A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm
B．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2
C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量
D．在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子與組成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm
解析：選ABD 一定的質(zhì)量對應(yīng)一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A、D正確；如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2，所以選項B正確；某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項C錯誤。
12．一個靜止的鈾核eq \\al(232, 92) U (原子質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核 eq \\al(228, 90)Th (原子質(zhì)量為228.028 7 u)。(已知原子質(zhì)量單位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量)
(1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程。
(2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能。
(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能，則α粒子的動能為多少？
解析：(1)eq \\al(232, 92)U→eq \\al(228, 90)Th＋eq \\al(4,2)He。
(2)質(zhì)量虧損Δm＝mU－mα－mTh＝0.005 9 u
ΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.50 MeV。
(3)系統(tǒng)動量守恒，釷核和α粒子的動量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0 pTh＝pα
EkTh＝eq \f(pTh2,2mTh) Ekα＝eq \f(pα2,2mα)
EkTh＋Ekα＝ΔE，所以α粒子獲得的動能
Ekα＝eq \f(mTh,mα＋mTh)·ΔE＝eq \f(228,4＋228)×5.5 MeV≈5.41 MeV。
答案：(1)eq \\al(232, 92)U→eq \\al(228, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV