人教版高中物理选修35核力与结合能同步练习题含答案.docx

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人教版高中物理选修35核力与结合能同步练习题含答案

课时作业17核力与结合能

1．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：

核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量非常

小，万有引力小于库仑力，故D选项正确。

答案：

D

2．下列说法中正确的是（）

A.原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力

B.对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用

C.重核比中等质量的核更稳定

D.两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力

解析：

只有相邻质子间才存在核力，A、D错误；中子与其他

核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，起到维系原子核稳

定的作用，B正确；中等质量大小的核最稳定，C错误。

答案：

B

A.自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒

B.在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量

C.发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应

D.发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，

这个反应必须吸收能量才能发生核反应

解析：

核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒，其中质量

数守恒并不是质量守恒。

核反应过程中往往伴随着质量亏损，并

有能量变化。

若反应后质量减小，则释放出能量，反之则吸收能

量，所以C选项正确。

答案：

C

4．下列说法中，正确的是（）

A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化

B.由E=mC可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度

C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量

D.因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只

有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒

解析：

E=mC说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互

转化的关系。

故A项错误，而B项正确；核反应中的质量亏损并

不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是

质量转变成能量，故C项错误；在核反应中，质量守恒，能量也

守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在

核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误。

答案：

B

5．关于质能方程，下列说法中正确的是（）

A.质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能

量

B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值

C.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是

某种特殊条件下的数量关系

D.莫一定量的质量总是与一定量的能量相联系的

解析：

质能方程E=mC表明莫一定量的质量与一定量的能量

是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，

它的质量也相应增加一定值，并可根据AE=AmC进行计算，所

以B、D正确。

答案：

B、D

6．[2010年北京理综]太阳因核聚变释放出巨大的能量，同

时其质量不断减少。

太阳每秒钟辐射由的能量约为4X1026J,根

据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近

A．1036kgB．1018kg

C.1013kgD.109kg

解析：

根据爱因斯坦质能方程AE=Am（c,得Am=--=

c

4X10269

（3X108）*0©

答案：

D

7.一个电子（质量为m电荷量为一e）和一个正电子（质量为m电荷量为e）,以相等的初动能5相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为V,若这两个光子的能量都为hv,动量分别为p和p',下面关系中正确的是（）

2,

A.h丫=mc,p=p

B.hv=；mC,p=p'

C.hv=mC+R,p=—p'

-1,2_、

D.hv=2（mc+5）,p=-p

解析：

能量守恒和动量守恒为普适定律，故以相等动能相向

运动发生碰撞而湮灭的正负电子总能量为：

2E+2mC,化为两个

光子后，总动量守恒且为零，故p=一p',且2E+2mC=2hv,即h丫=E<+mC。

答案：

C

8.质子、中子和笊核的质量分别为m、m和m,真空中光速为c,当质子和中子结合成笊核时，放生的能量是（）

A．m3c2B．（m1＋m2）c2

C．（m3－m2－m1）c2D．（m1＋m2－m3）c2

解析：

质子和中子结合成氘核时，总质量减小了，即质量亏

损Amn=m+m—m。

依据质能方程可知，放生的能量为

AE=Amc=（m+m—m）c2。

答案：

D

9.以m、、m、m分别表示笊核、质子、中子的质量，则（）

A.n、=m+mB.m、=m+2m

C.m>m+mD.m、vm+m

解析：

质子和中子生成氘核，要放出能量，核反应方程为：

1p+0n—f2H,由爱因斯坦质能方程可知有能量的放生一定有质量的减少，所以m+m>n、，D选项正确。

答案：

D

10.莫核反应方程为2H+3HH2He+Xo已知2H的质量为2.0136u,3H的质量为3.0180u,4He的质量为4.0026u,X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

8．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：

根据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得21H

+3HH4He+1X,即X为中子；在该反应发生前，反应物的总质量

m=（2.0136+3.0180）u=5.0316u,反应后产物总质量m=

（4.0026+1.0087）u=5.0113u,总质量减少，由现了质量亏损，故该反应释放能量。

答案：

B

11.已知质子的质量是1.008665U、中子的质量也是

1.008665U,氢原子的质量是1.007825U,碳原子的原子量是

12.000000u,12个核子结合成碳原子核时，质量亏损是,

碳原子核的比结合能是。

解析：

碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成，

质量亏损：

Amr6x1.007825u+6x1.008665u—12.000000u=0.098940u比结合能为：

2

■—AEAmc

e=77=12

0.098940X931.5MeV

=-=7.68MeVo

12

答案：

0.098940U7.68MeV

12.质子间距约为r=0.8X10-15m^电量e=1.60x10-9C,质量m=1.67X10-27kg。

两个质子接触时，核力比库仑力大得多。

求：

（1）两质子间库仑力和万有引力的比值；

（2）若只存在库仑力，质子的加速度是多大？

…m、一人，e2-一品/口F库

解析：

⑴两质子间库仑力F库=kE万有弓I力F『牛得百

ke29X109X1.602X10—3836

=GmT6.67X1011X1.672X10-54=1.2*10。

（2）由牛顿第二定律知质子的加速度

a=

F库ke2

=2

mmr

9x109x1.602x10—382292

=1.67x10-27x0.82x10-30m/s=2.2*10m/s0

答案：

（1）1.2X1036

（2）2.2X1029m/s2

13.中子n、质子p、笊核D的质量分别为m、m、RD。

现用光子能量为E的Y射线照射静止的笊核使之分解，反应方程为y+D===^n,若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是多大？

解析：

由能量守恒得，E+mc2=（mc2+E）+（mc2+R）,

-1。

。

。

解得5=2（E+mc—mc—mc）

112

=]E—、（m+m—m）c。

a-112

答案：

]E—2（m+m—m）c

14.静止的原子核ax发生衰变时，放生的能量都转变成了a粒子和新核的动能，若测得a粒子的动能为E,则新原子核的动能为多少？

衰变中质量亏损是多少？

1c

解析：

衰变方程为：

bX-；「2y+2He,由E=2mVHa粒子的

由动量守恒定律得:

丁mv=mv,丫2=工「噢」在

4a—4a—4m

新核的动能：

原子核衰变放生的能量:

应:

15.两个动能均为1MeV的笊核发生正面碰撞，引起如下反

2H+2HH3H+1H

试求：

（1）此核反应中放生的能量AE为多少？

（2）若放生的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核具

有的动能是多少?

解析：

（1）此核反应中的质量亏损和放生的能量分别为

Am^（2X2.0136—3.0156—1.0073）u

=0.0043u,

AE=AmC=0.0043X931.5MeV=4.005MeV

（2）因碰前两笊核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为

零。

因核反应中的动量守恒，故碰后质子和笊核的总动量也为零。

设其动量分别为R,P2,必有Pl=—P2。

设碰后质子和笊核的动能分别为Eki和国2,质量分别为m

和m。

则:

22,

Ekimvipi/mm3

2=2

Ek2mv2P2/mm1

故新生的氢核的动能为

3

Ek1=4（AE+Ek0）

3

=4（4.005+2）MeV=4.5MeVo

答案：

（1）4.005MeV

（2）4.5MeV

16.a粒子的质量m.=6.6467X10—27kg,质子的质量m=1.6726x10—27kg,中子的质量m=1.6749x10—27kg。

求民粒子（氮核）的比结合能。

解析：

核子的质量之和

2m+2m=2X（1.6726+1.6749）X10-27kg

=6.6950X10-27kg

这个数值与a粒子的质量之差

Am^2m+2m—ma=（6.6950—6.6467）X1027kg

=4.83x10-29kg

a粒子的结合能

24.83x10-29X3.02X1016

&E=&mC=1.60X10-19eV

=2.72X107eV=27.2MeV

a粒子的比结合能1=芋=27.2MeV=6.8MeVo

44

答案：

6.8MeV

17.为了确定爱因斯坦质能方程AE=mC的正确性，设计了

如下实验：

用动能为E=0.6MeV的质子轰击静止的锂核7Li,生成两个a粒子的动能之和为£=19.9MeV。

（1）写由该核反应方程；

（2）通过计算说明AE=AmC正确。

（已知质子m=1.0073u,a粒子m=4.0015u,锂核mi=7.0160u）

解析：

（1）3Li+iHH>2He+2He

（2）核反应的质量亏损为

Amn=mLi+mp-2ml

=（7.0160+1.0073-2X4.0015）u=0.0203u

由质能方程可知，与质量亏损相当的能量为

AE=AmC=0.0203x931.5MeV=18.9MeV

而系统增加的能量为AE'=E2-Ei=19.3MeV

这些能量正是来自核反应中，在误差允许的范围内视为相

等，所以AE=AmC正确。

答案：

（1）3Li+；HH4He+4He

（2）见解析