高中物理：核力与结合能练习

高中物理：核力与结合能练习

基础·巩固

1.在下列论断中，正确的是( )

A.组成U 23892核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略核力的作用

B.组成U 23892核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略核力的作用

C.组成U 23892核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略库仑斥力的作用

D.组成U 23892核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外都存在不可忽略的核力作用

解析：核力属于短程力，由于组成U 23892核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的

作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A 、B 、D 错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C 正确.

答案：C

2.对公式E=Δmc 2的正确理解是( )

A.如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δｍ

B.如果物体的质量增加了Δｍ，它的能量也一定相应增加Δmc 2

C.Δｍ是某原子核在衰变过程中增加的质量

D.在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子和与组成原子核的质量之差就是Δｍ

解析：一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δｍ，即发生质量亏损，所以选项A 、D 正确.如果物体的质量增加了Δｍ，它的能量也一定相应

增加Δmc 2，所以选项B 正确.某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C 错误. 答案：ABD

3.质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，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( )

A.m 3c 2

B.(m 1+m 2)c 2

C.(m 3-m 1-m 2)c 2

D.(m 2+m 1-m 3)c 2

解析：质量亏损为m 2+m 1-m 3，所以选项D 正确.

答案：D

4.核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( )

A.原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力

B.核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力

C.核子间存在着强大的核力

D.核子间存在着复杂磁力

解析：核力是短程力，由于核力很强大，所以将核子拆开需要大量的能量克服核子做功.相反，若核子结合成原子核，则放出大量的能量，所以选项C 正确.

答案：C

5.下列说法正确的是( )

A.自由核子结合成原子核时，一定要遵守质量守恒

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，这个反应是放热反应

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：自由核子结合成原子核时，要发生质量亏损，将对应的能量以光子形式释放出去，所以选项A 、B 、D 错误，选项C 正确.

答案：C

6.一个质子和一个中子结合成一个氘核，核反应方程是：_______________________________，这个过程释放出2.2 MeV 能量，这个过程中质量亏损为___________kg.(要求两位有效数字)

解析：H 11+n 10→H 2

1，根据公式ΔE=Δmc 2可以计算质量亏损. 答案：H 11+n 10→H 2

1 3.9×10-30 综合·应用

7.(经典回放)下列说法中正确的是( )

A.质子和中子的质量不等，但质量数相等

B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力

C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同

D.除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力

解析：原子核是由质子和中子组成，质子与中子的质量近似相等，中子的质量稍大一些，但质量数只考虑整数部分，所以它们的质量数相等，故A 项对.质子与中子之间存在万有引力和核力，质子与质子之间还存在库仑力作用，核力是强相互作用，但它是短程力，只有在原

子核的尺度范围内(10-15 m)才存在，大于这个范围核力就不存在了，所以B 、D 选项都不对.

同位素是质子数相同而中子数不同的同一种元素的互称.同一种元素的原子由于存在同位素，它们的原子核的质量数并不相同，故C 选项也错.

答案：A

8.如图19-5-1所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z 的关系图象.下列说法中正确的是( )

图19-5-1

A.若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要释放能量

B.若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要吸收能量

C.若A 能分裂成B 、C ，分裂过程一定要释放能量

D.若A 能分裂成B 、C ，分裂过程一定要吸收能量

解析：由图可知Fe 原子核的核子的平均质量最小，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 的核子的平均质量小于D 、E 核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A 正确，选项B 错误.因为C 、B 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 ，分裂过程一定要释放能量，所以选项C 正确，选项D 错误.

答案：AC

9.(2005北京春季)一个氘核(H 21)与一个氚核(H 31)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，该聚变过程中( )

A.吸收能量，生成的新核是He 42

B.放出能量，生成的新核是He 42

C.吸收能量，生成的新核是He 32

D.放出能量，生成的新核是He 32

解析：由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是He 42，其核反应方程式为H 21+H 31→n 1

0+He 4

2；由聚变反应中出现质量亏损可知，该反应放出能量.

答案：B

10.(2004江苏)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(v e )而获得了2002年诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯(C 2Cl 4)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：v e +Cl 3717→Ar 3718+e 01-.已

知Cl 3717核的质量为36.956 58 u ，Ar 3718核的质量为36.956 91 u,e 01-的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV ，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.0.82 MeV

B.0.31 MeV

C.1.33 MeV

D.0.51 MeV

解析：先计算出核反应过程中的质量增加：

Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u

再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量：

ΔE=Δmc 2=0.000 88 u×931.5 MeV=0.82 MeV

所以选项A 是正确的.

答案：A

11.静止的氡核Rn 22286放出α粒子后变成钋核Po 21884，α粒子动能为E α.若衰变放出的能量

全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c ，则该反应中的质量亏损为( ) A.2184·2c E α B.0 C.218222·2c E α D.222218·2

c E α 解析：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由E k =m p 22∝m

1，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是218222·E α，由质能方程得质量亏损是218222·2c E α.

答案：C

12.为确定爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc 2的正确性，设计了如下实验：用动能为E 1=0.6 MeV

的质子轰击静止的锂核Li 73，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E 2=19.9 MeV ，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取m p =1.007 3 u 、m α=4.001 5 u 、m Li =7.016 0 u ，求：

(1)写出该反应方程；

(2)通过计算说明ΔE=Δmc 2正确.

解析：根据质能方程解出质量亏损相当的能量，再算出系统增加的能量进行比较分析.

(1)核反应方程为Li 73+H 11→2He 42

(2)核反应的质量亏损Δm=m Li +m p -2m α=0.020 3 u ，由质能方程可得，质量亏损相当的能量

ΔE=Δmc 2=18.9 MeV 而系统增加的能量ΔE′=E 2-E 1=19.3 MeV 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=Δmc 2正确.

13.一个氢原子的质量为1.673 6×10-27 kg ，一个锂原子的质量为11.650 5×10-27 kg ，一

个氦原子的质量为6.646 7×10-27 kg.一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，则：

(1)写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？

(2)1 mg 锂原子发生这样的反应共释放多少核能？

解析：(1) H 11+Li 73→2He 42反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉.

(1)H 11+Li 73→2He 4

2由质能方程ΔE=Δmc 2得释放核能ΔE=2.76×10-12J. (2)1 mg 锂原子含锂原子个数为27--6

10

5 11.65010 ，每个锂原子对应的释放能量是2.76×10-12J ，所以共释放2.37×108J 核能.

14.已知中子质量m n =1.674 9×10-27kg,质子质量m P =1.672 6×10-27kg,氘核质量

m D =3.343×10-27kg,试计算一个中子和一个质子结合成氘核时释放的能量.

解析：先计算出质量亏损，再用ΔE=Δmc 2进行计算

中子和质子结合成氘核的核反应方程为

n 1

0+H 1

1→H 21

核反应的质量亏损

Δm=(m n +m p )-m D

=(1.674 9+1.672 6)×10-27kg-3.343 6×10-27kg

=-0.003 9×10-27kg

所以，释放的核能

ΔE=Δmc 2=0.003 9×10-27×(2.997 9×108)2J=3.505 1×10-13J=2.2 MeV