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1、高中物理选修3-5同步练习试题解析核力与结合能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：D2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
2、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：B3下列说法正确的是()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
3、量，反之则吸收能量，所以C选项正确。答案：C4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Emc2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：Emc2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
4、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：B5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某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Emc2表明某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Emc2进行计算，所以B、D正确。答案：B、D
5、6太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近()A1036 kgB1018 kgC1013 kg D109 kg解析：根据爱因斯坦质能方程Emc2，得m kg109 kg。答案：D7一个电子(质量为m、电荷量为e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e)，以相等的初动能Ek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，若这两个光子的能量都为h，动量分别为p和p，下面关系中正确的是()Ahmc2，ppBhmc2，ppChmc2Ek，ppDh(mc2Ek)，pp解析：能量
6、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：2Ek2mc2，化为两个光子后，总动量守恒且为零，故pp，且2Ek2mc22h，即hEkmc2。答案：C8质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，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()Am3c2 B(m1m2)c2C(m3m2m1)c2 D(m1m2m3)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mm1m2m3。依据质能方程可知，放出的能量为Emc2(m1m2m3)c2。答案：D9以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量，则()AmDmpmn BmDmp2mnCmn
7、mpmn DmDmpmn解析：质子和中子生成氘核，要放出能量，核反应方程为：pnH，由爱因斯坦质能方程可知有能量的放出一定有质量的减少，所以mpmnmD，D选项正确。答案：D10某核反应方程为HHHeX。已知H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u。则下列说法中正确的是()AX是质子，该反应释放能量BX是中子，该反应释放能量CX是质子，该反应吸收能量DX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HHHeX，即X为中子；在该反应发生前，反应物的总质量m1(2.013 63.018 0)
8、u5.031 6 u，反应后产物总质量m2(4.002 61.008 7) u5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量。答案：B11已知质子的质量是1.008 665 u、中子的质量也是1.00 8665 u，氢原子的质量是1.007 825 u，碳原子的原子量是12.000 000 u,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：m61.007 825 u61.008 665 u12.000 000 u0.098 940 u比结合能为：7.68 MeV。答案：0.098 940 u7.
9、68 MeV12质子间距约为r0.81015 m，电量e1.601019 C，质量mp1.671027 kg。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？解析：(1)两质子间库仑力F库k，万有引力F引G得1.21036。(2)由牛顿第二定律知质子的加速度a m/s22.21029 m/s2。答案：(1)1.21036(2)2.21029 m/s213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的射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为D=pn，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
10、大？解析：由能量守恒得，EmDc2(mpc2Ek)(mnc2Ek)，解得Ek(EmDc2mpc2mnc2)E(mpmnmD)c2。答案：E(mpmnmD)c214静止的原子核X发生衰变时，放出的能量都转变成了粒子和新核的动能，若测得粒子的动能为E，则新原子核的动能为多少？衰变中质量亏损是多少？解析：衰变方程为：XYHe，由Emv得粒子的速度v1 由动量守恒定律得：mv2mv1，v2v1 新核的动能：Emvm。原子核衰变放出的能量：EEEEE由质能方程Emc2得：m。答案：15两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：HHHH试求：(1)此核反应中放出的能量E为多少？(2)若放出的
11、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出的能量分别为m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零。因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氘核的总动量也为零。设其动量分别为p1，p2，必有p1p2。设碰后质子和氘核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2。则：。故新生的氢核的动能为Ek1(EEk0)(4.0052)MeV4.5 MeV。答案：(1)4.005 MeV(2)4.5 MeV16粒子的质
12、量m6.646 71027 kg，质子的质量mp1.672 61027 kg，中子的质量mn1.674 91027 kg。求粒子(氦核)的比结合能。解析：核子的质量之和2mp2mn2(1.672 61.674 9)1027 kg6.695 01027 kg这个数值与粒子的质量之差m2mp2mnm(6.695 06.646 7)1027 kg4.831029 kg粒子的结合能Emc2 eV2.72107 eV27.2 MeV粒子的比结合能 MeV6.8 MeV。答案：6.8 MeV17为了确定爱因斯坦质能方程Emc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E10.6 MeV的质子轰击静止的锂核Li，生成两个粒子的动能之和为E219.9 MeV。(1)写出该核反应方程；(2)通过计算说明Emc2正确。(已知质子mp1.007 3 u，粒子m4.001 5 u，锂核mLi7.016 0 u)解析：(1)LiHHeHe(2)核反应的质量亏损为mmLimp2m(7.016 01.007 324.001 5) u0.020 3 u由质能方程可知，与质量亏损相当的能量为Emc20.020 3931.5 MeV18.9 MeV而系统增加的能量为EE2E119.3 MeV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Emc2正确。答案：(1)LiHHeHe(2)见解析
