（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 原子與原子核 3.3 原子核 3.3.5 核力與結(jié)合能學(xué)案 新人教版選修3-5.doc

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3.3.5　核力與結(jié)合能 學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心提煉 1.了解四種基本相互作用，知道核力的性質(zhì)。 2.認(rèn)識原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行計算。 3.能簡單解釋輕核和重核內(nèi)分子數(shù)、質(zhì)量數(shù)具有不同比例的原因。 3個概念——核力　結(jié)合能　質(zhì)量虧損 1個方程——E＝mc2 一、核力與四種基本相互作用 1.核力：原子核內(nèi)核子之間的相互作用力。 2.核力的特點(diǎn) (1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多。 (2)核力是短程力，作用范圍在1.510－15__m之內(nèi)。在大于0.810－15 m小于1.510－15 m的范圍內(nèi)表現(xiàn)為吸引力，在小于0.810－15 m時表現(xiàn)為斥力。 (3)核力的飽和性：每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用。 3.四種基本相互作用 思考判斷 (1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬有引力聚在一起的。(　　) (2)核力是強(qiáng)相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。(　　) (3)弱相互作用的力程比強(qiáng)力更短。(　　) 答案　(1)　(2)√　(3)√ 二、原子核中質(zhì)子與中子的比例 1.自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等。 2.較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。 思考判斷 (1)在原子核的組成中，質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)。(　　) (2)原子核大到一定程度，原子核就不穩(wěn)定了。(　　) (3)在宇宙演化過程中，只有穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。(　　) 答案　(1)　(2)√　(3)√ 三、結(jié)合能和質(zhì)量虧損 1.結(jié)合能和比結(jié)合能 (1)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。 (2)比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱為比結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，中等大小的核的比結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。 2.質(zhì)量虧損 (1)愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2。 (2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。 (3)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，與它們在互相結(jié)合過程中放出的能量ΔE的關(guān)系是ΔE＝Δmc2。 3.比結(jié)合能應(yīng)用前景 (1)中等大小的核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。 (2)使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，都將釋放新的結(jié)合能。 思考判斷 (1)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高。(　　) (2)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定。(　　) (3)質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。(　　) 答案　(1)√　(2)　(3)√  　根據(jù)核力的性質(zhì)解釋原子核的穩(wěn)定性 [要點(diǎn)歸納] 1.核力的性質(zhì) (1)核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。 (2)核力是短程力。約在10－15 m數(shù)量級時起作用，距離大于0.810－15 m時為引力，距離小于0.810－15 m時為斥力。距離為1010－15 m時核力幾乎消失。 (3)核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。 (4)核力具有電荷無關(guān)性。核力與核子電荷無關(guān)。 2.原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系 (1)較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。 (2)形成原因 ①若質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。 ②若只增加中子，因?yàn)橹凶优c其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。 ③由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。 [精典示例] [例1] 關(guān)于核力的說法正確的是(　　) A.核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用 B.核力就是電磁力 C.核力是短程力，作用范圍在1.510－15 m之內(nèi) D.核力與電荷有關(guān) 解析　核力是短程力，超過1.510－15 m。核力急劇下降幾乎消失，故選項(xiàng)C正確；核力與萬有引力、電磁力不同，故選項(xiàng)A、B錯誤；核力與電荷無關(guān)。故選項(xiàng)D錯誤。 答案　C [針對訓(xùn)練1] 關(guān)于質(zhì)子和中子的說法，正確的是(　　) A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B.穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 C.原子核都是非常穩(wěn)定的 D.對于較重的原子核，由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果繼續(xù)增大原子核，形成的核也一定是不穩(wěn)定的 解析　自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。因此正確答案選D。 答案　D 　對結(jié)合能的理解 [要點(diǎn)歸納] 1.中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小。 2.比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系 (1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。 (2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。 (3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，就能釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。 [精典示例] [例2] 下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法正確的是(　　) A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大 C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大 D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大 解析　核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，選項(xiàng)A錯誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，選項(xiàng)B、C錯誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，選項(xiàng)D正確。 答案　D (1)核子結(jié)合成原子核時一定釋放能量，原子核分開成核子時一定吸收能量，吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結(jié)合能越大。 (2)比結(jié)合能越大表明原子核越穩(wěn)定。一般情況下，中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的比結(jié)合能大?！　　　　　? [針對訓(xùn)練2] (多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識，下列正確的是(　　) A.一切原子核均具有結(jié)合能 B.自由核子結(jié)合為原子核時，可能吸收能量 C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 解析　由自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量，反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故選項(xiàng)A正確，B錯誤；對核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故選項(xiàng)C錯誤，D正確。 答案　AD 　質(zhì)量虧損與核能計算 [要點(diǎn)歸納] 1.質(zhì)量虧損的理解 所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。總之，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系就是E＝mc2。 2.質(zhì)能方程E＝mc2的理解 (1)質(zhì)能方程說明，一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說的總能量，不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。 (2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加，質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。 (3)質(zhì)能方程的本質(zhì) ①質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化。 ②質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律。根據(jù)愛因斯坦的相對論，輻射出的γ光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動質(zhì)量，而且這個動質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立。 [精典示例] [例3] (多選)關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是(　　) A.質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B.物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C.物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D.某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析　質(zhì)能方程E＝mc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)ΔE＝Δmc2進(jìn)行計算，所以選項(xiàng)B、D正確。 答案　BD 質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化。　　　　　　 [例4] 已知氮核質(zhì)量MN＝14.007 53 u，氧17核的質(zhì)量MO＝17.004 54 u，氦核質(zhì)量MHe＝4.003 87 u，氫核質(zhì)量MH＝1.008 15 u，試判斷：N＋He―→O＋H這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量？能量變化是多少？ 解析　反應(yīng)前總質(zhì)量：MN＋MHe＝18.011 40 u， 反應(yīng)后總質(zhì)量：MO＋MH＝18.012 69 u。 可以看出：反應(yīng)后總質(zhì)量增加， 故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)。 吸收的能量利用ΔE＝Δmc2來計算， 若反應(yīng)過程中質(zhì)量增加1 u， 就會吸收931.5 MeV的能量， 故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)931.5 MeV≈1.2 MeV。 答案　吸收能量　1.2 MeV 核能的計算方法 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算 ①根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前、后的質(zhì)量虧損Δm。 ②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。 其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳。 (2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算 根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm931.5 MeV。其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV?！　　　　　? 1.下列對核力的認(rèn)識，正確的是(　　) A.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，比庫侖力大得多 B.核力存在于質(zhì)子和中子、中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)子之間只有庫侖斥力 C.核力是核子間相互吸引的力，是短程力 D.核力只存在于相鄰的核子之間，具有飽和性 解析　在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多，但當(dāng)原子核大到一定程度時，核力將不足以平衡庫侖力，選項(xiàng)A錯誤；相鄰核子間都存在核力作用，具有飽和性，選項(xiàng)B錯誤，D正確；核子間的距離小于0.810－15 m時核力表現(xiàn)為斥力，大于0.810－15 m時表現(xiàn)為吸引力，選項(xiàng)C錯誤。 答案　D 2.在自然界中，對于較重的原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的比例關(guān)系，下列說法正確的是(　　) A.中子數(shù)等于質(zhì)子數(shù) B.中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù) C.中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) D.無法確定 解析　原子核越重，原子間庫侖斥力就越大，而中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)，因中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于維系原子核的穩(wěn)定，故穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。故正確答案為C。 答案　C 3.(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是(　　) A.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 B.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能 C.銫原子核(55Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(82Pb)的結(jié)合能 D.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定 解析　結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，選項(xiàng)A正確；一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，存在質(zhì)量虧損，核子比結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項(xiàng)B正確；核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，選項(xiàng)C正確；比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能，比結(jié)合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)D錯誤。 答案　ABC 4.(多選)為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法正確的是(　　) A.E＝mc2定量地指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系 B.根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計算核反應(yīng)中釋放的核能 C.一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損 D.E＝mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能 解析　愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2定量地指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系，A正確；由質(zhì)能方程知，當(dāng)物體的質(zhì)量減少時，物體的能量降低，向外釋放了能量；反之，若物體的質(zhì)量增加了，則物體的能量升高，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質(zhì)量變化能算出物體的能量變化，故B、C正確，D錯誤。 答案　ABC 5.在鈾核裂變成鋇和氪的裂變反應(yīng)中，質(zhì)量虧損Δm＝0.215 3 u，那么，一個鈾核裂變釋放的能量為多少？反應(yīng)中平均每個核子釋放的能量為多少？ 解析　由愛因斯坦質(zhì)能方程，可求得鈾核裂變時釋放的能量ΔE＝Δmc2＝0.215 3931.25 MeV≈200 MeV。 鈾核中含有235個核子，所以平均每個核子放出的能量≈0.85 MeV。 答案　200 MeV　0.85 MeV 1.下列對核力的認(rèn)識正確的是(　　) A.任何物體之間均存在核力 B.核力廣泛存在于自然界中的核子之間 C.核力只存在于質(zhì)子之間 D.核力只發(fā)生在相距1.510－15 m內(nèi)的核子之間，大于0.810－15 m為吸引力，而小于0.810－15 m為斥力 解析　由核力的特點(diǎn)知道，只有相距1.510－15 m內(nèi)的核子之間才存在核力，核力發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子及中子與中子之間，由此知選項(xiàng)D正確，A、B、C錯誤。 答案　D 2.核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化，這是因?yàn)?　　) A.原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電荷間存在很大的庫侖力 B.核子具有質(zhì)量且相距很近，存在很大的萬有引力 C.核子間存在著強(qiáng)大的核力 D.核子間存在著復(fù)雜磁力 解析　核子之間存在核力作用，核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都有核力作用，故伴隨著巨大的能量變化，故選項(xiàng)C正確。 答案　C 3.某核反應(yīng)方程為H＋H→He＋X。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 0 u，He的質(zhì)量為4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u。則下列說法正確的是(　　) A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量 B.X是中子，該反應(yīng)釋放能量 C.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量 D.X是中子，該反應(yīng)吸收能量 解析　根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，可得H＋H→He＋X，X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u?？傎|(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量。 答案　B 4.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　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 由以上各式得ΔE3＝92.16 MeV。 答案　C 5.如圖1所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說法正確的是(　　) 圖1 A.將原子核A分解為原子核B、C可能吸收能量 B.將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能吸收能量 C.將原子核A分解為原子核B、F一定釋放能量 D.將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量 解析　因B、C核子平均質(zhì)量小于A的核子平均質(zhì)量，故A分解為B、C時，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故放出核能，故選項(xiàng)A錯，同理可得選項(xiàng)B、D錯誤，C正確。 答案　C 6.中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD?，F(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止的氘核使之分解，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.[(mD－mp－mn)c2－E] B.[(mD＋mn－mp)c2＋E] C.[(mD－mp－mn)c2＋E] D.[(mD＋mn－mp)c2－E] 解析　因?yàn)檩p核聚變時放出能量，質(zhì)量虧損，所以氘核分解為核子時，要吸收能量，質(zhì)量增加，本題核反應(yīng)過程中γ射線能量E對應(yīng)質(zhì)量的增加和中子與質(zhì)子動能的產(chǎn)生，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek得Ek＝[E－(mp＋mn－mD)c2]＝[(mD－mp－mn)c2＋E]，故選項(xiàng)C正確。 答案　C 7.(多選)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，同時放出γ光子，核反應(yīng)力程是H＋n―→H＋γ，以下說法正確的是(　　) A.反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和 B.反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變 C.γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度 D.因存在質(zhì)量虧損Δm，所以“物質(zhì)不滅”的說法不正確 解析　核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)及能量均守恒，由于反應(yīng)中要釋放核能，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和，所以質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，釋放的能量會以光子的形式向外釋放，故正確答案為A、C。 答案　AC 8.(多選)中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損為Δm，相應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2＝－2.2 MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是(　　) A.用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子 B.用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零 C.用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零 D.用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零 解析　用能量小于結(jié)合能的光子照射氘核時，氘核一定不能分解，所以選項(xiàng)A正確，B錯誤；用能量大于結(jié)合能的光子照射氘核時，氘核可能分解，只要分解，分解出的質(zhì)子和中子動能之和一定不為零(若動能之和為零就分不開了)，所以選項(xiàng)C錯誤，D正確。 答案　AD 9.一個氘核H質(zhì)量為m1，一個氚核H質(zhì)量為m2，它們結(jié)合成一個質(zhì)量為m3的氦核。核反應(yīng)方程如下：H＋H―→He＋X。在這一核反應(yīng)過程中釋放的能量為ΔE。已知光速為c，則以下判斷正確的是(　　) A.X是質(zhì)子 B.X是正電子 C.X的質(zhì)量為m1＋m2－m3 D.X的質(zhì)量為m1＋m2－m3－ 解析　由電荷數(shù)守恒知，X的質(zhì)子數(shù)為0，由質(zhì)量數(shù)守恒知，X的質(zhì)量數(shù)為1，故X為中子，設(shè)X的質(zhì)量為m，反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m)c2，則X的質(zhì)量為m1＋m2－m3－，故選項(xiàng)D正確。 答案　D 10.雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(νe)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎，他探測電子中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核，其核反應(yīng)方程式為νe＋Cl→Ar＋e，已知Cl核的質(zhì)量為36.956 58 u，Ar核的質(zhì)量為36.956 91 u，e的質(zhì)量為0.000 55 u，1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為(　　) A.1.33 MeV B.0.82 MeV C.0.51 MeV D.0.31 MeV 解析　根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，則ΔE＝Δm931.5 MeV＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)931.5 MeV≈0.82 MeV。 答案　B 11.氘核和氚核聚變時的核反應(yīng)方程為H＋H→He＋n，已知H的平均結(jié)合能是2.78 MeV，H的平均結(jié)合能是1.09 MeV，He的平均結(jié)合能是7.03 MeV，則核反應(yīng)時釋放的能量為多少M(fèi)eV? 解析　聚變反應(yīng)前氘核和氚核的總結(jié)合能 E1＝(1.092＋2.783) MeV＝10.52 MeV。 反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能 E2＝7.034 MeV＝28.12 MeV。 由于單個核子無結(jié)合能，所以聚變過程釋放出的能量為 ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV。 答案　17.6 12.運(yùn)動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y。已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速。求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及α粒子的動能。 解析　由于反應(yīng)過程存在質(zhì)量虧損，所以反應(yīng)前、后總動能之差等于質(zhì)量虧損而釋放的核能，則根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔEk＝m2v－Mv＝(M－m1－m2)c2； 反應(yīng)過程中三個粒子組成的系統(tǒng)動量守恒， 則有MvX＝m2vα 聯(lián)立解得α粒子的動能m2v＝(M－m1－m2)c2。 答案　(M－m1－m2)c2　(M－m1－m2)c2 13.H的質(zhì)量是3.016 050 u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u，中子的質(zhì)量是1.008 665 u。1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，求：(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？ (2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？ (3)如果此能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？ 解析　(1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程是H＋2n→H， 反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為 mp＋2mn＝1.007 277 u＋21.008 665 u＝3.024 607 u， 反應(yīng)后新核的質(zhì)量為mH＝3.016 050 u， 質(zhì)量虧損為Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u 因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)釋放能量。 釋放的核能為ΔE＝0.008 557931.5 MeV≈7.97 MeV。 (2)氚核的結(jié)合能即為ΔE＝7.97 MeV。 它的比結(jié)合能為≈2.66 MeV。 (3)放出光子的頻率為ν＝＝ Hz≈1.921021 Hz。 答案　(1)放出能量　7.97 MeV (2)7.97 MeV　2.66 MeV (3)1.921021Hz