【成才之路】2016高中物理第19章第5节核力与结合能同步练习新人教版选修3-5基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．(湛江2014～2015学年高二下学期检测)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，则三种力从大到小的顺序是( ) 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、万有引力答案：D解析：核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，故选项D正确。
2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在答案：D解析：原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。
又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。
3．(佛山2014～2015学年高二下学期检测)某核反应方程为21H＋31H―→42He＋X。
已知21H 的质量为2.0136u，31H的质量为3.0180u，42He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B．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，该反应吸收能量答案：B解析：由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H＋31H―→42He＋10X，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u ，反应后产物总质量m 2＝4.0026u ＋1.0087u ＝5.0113u ，总质量减少，出现了质量亏损。
根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故选项B 正确。
4．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4×1026J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A ．1036 kgB ．1018kg C.1013 kg D ．109kg答案：D解析：由质能方程ΔE ＝Δmc 2得： Δm ＝ΔE c2＝4×102682kg≈4×109kg ，D 正确。
5．对公式ΔE ＝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ΔmB ．如果物体的质量增加了Δm ，它的能量也一定相应增加Δmc 2C ．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 ，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm答案：ABD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。
6．爱因斯坦提出了质能方程，揭示了质量与能量的关系，关于质能方程，下列说法正确的是( )A ．质量和能量可以相互转化B ．当物体向外释放能量时，其质量必定减少，且减少的质量Δm 与释放的能量ΔE 满足ΔE ＝Δmc 2C ．物质的核能可用mc 2表示 D ．mc 2是物体能够放出能量的总和 答案：BD解析：E ＝mc 2式中E 表示物体具有的总能量，m 表示物体的质量，故C 项错误，D 正确；ΔE ＝Δmc 2表示当物体的能量增加或减少ΔE 时，其质量相应的增加或减少Δm ，故A 错误，B 正确，所以选B 、D 。
二、非选择题7．三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量12.0000u ，氦原子的质量为4.0026u。
(1)写出核反应方程。
(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳。
(3)这个能量合多少MeV?答案：(1)342He―→126C＋ΔE(2)1.165×10－12J(3)7.28 MeV解析：反应前后的质量发生改变，根据ΔE＝Δm·c2可求解出结论。
(1)342He―→126C＋ΔE(2)Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078u＝12.948×10－30kgΔE＝Δm·c2＝1.165×10－12J(3)ΔE＝1.165×10－12J＝7.28 MeV能力提升一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．下列说法中正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映的物体质量就是能量，它们之间可以互相转化B．由E＝mc2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含能量的量度C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的D．因在核反应中产生能量，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答案：B解析：E＝mc2说明能量与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，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，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为动质量，故D错误。
2．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26MeV能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为( )A．21.04MeV B．35.56MeVC．77.64MeV D．92.16MeV答案：D解析：6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30MeV＝84.9MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9MeV＋7.26MeV＝92.16MeV。
3.原来静止的原子核a b X发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。
假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是( )A.E0c2B．E0a －c2C.a－E0c2D．aE0a －c2答案：D解析：α粒子与新核质量比为4a－4，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·E k可知，新核动能为4a－4E0。
由ΔE＝Δmc2，得Δm＝E0＋4a－4E0c2＝aE0a －c2，故D选项正确。
4．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)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615t四氯乙烯(C2Cl4)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：νe＋3717Cl―→3718Ar＋0－1e 已知3717Cl核的质量为36.956 58u，3718Ar核的质量为36.956 91u，0－1e质量为0.000 55u,1u 对应的能量为931.5MeV。
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．0.82MeV B．0.31MeVC．1.33MeV D．0.51MeV答案：A解析：先计算出核反应过程中的质量增加：Δm＝36.956 91u＋0.000 55u－36.956 58u＝0.000 88u再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量：ΔE＝Δmc2＝0.000 88u×931.5MeV＝0.82MeV故选项A是正确的。
5．关于原子结构和核反应的说法中正确的是( )A．卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能量D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量答案：ACD解析：卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子的核式结构模型即A正确；天然放射现象的发现，揭示了原子核具有复杂的结构，故B错误；A裂变为B和C，D和E聚变为F，由于核子的平均质量都减少，所以都发生质量亏损，都放出了能量，故C、D正确。
二、非选择题6．为确定爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝0.6MeV的质子轰击静止的锂核73Li，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝19.9MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取m P＝1.007 3u、mα＝4.001 5u、m Li＝7.016 0u。
(1)写出核反应方程；(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确。
答案：(1)73Li＋11H―→242He (2)见解析解析：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73Li＋11H―→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝0.0203u，由质能方程可得，质量亏损相当的能量ΔE＝Δmc2＝18.9MeV，而系统增加的能量ΔE′＝E2－E1＝19.3MeV，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＝Δmc2正确。
7.用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和α粒子，并放出4.8MeV的能量。
(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？(4)α粒子的动能是多大？答案：(1)63Li＋10n―→31H＋42He (2)0.0052u(3)4∶3 (4)2.06MeV解析：(1)63Li＋10n―→31H＋42He(2)依据ΔE＝Δmc2得：Δm＝4.8931.5u＝0.0052u (3)根据题意有：0＝m1v1＋m2v2式中m 1、m 2、v 1、v 2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能E k ＝p 2/2m ，可得它们的动能之比为：E k 1∶E k 2＝p 22m 1∶p 22m 2＝m 2∶m 1＝4∶3。
(4)α粒子的动能：E k 2＝37(E k 1＋E k 2)＝37×4.8MeV＝2.06MeV 。