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[随堂检测]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、万有引力解析：选D.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．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：选C.核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，就要克服核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C.3．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是()A．mα＝(2mp＋2mn)B．mα(2mp＋2mn)C．mα(2mp＋2mn)D．以上关系式都不正确解析：选B.核子结合成核时要放出能量，故正确选项为B.4．如图所示是描述原子核核子的平均质量m－与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量解析：选C.因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可得B、D错误，C正确．5．已知氮核质量mN＝14.00753u，氧核质量mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子质量mH＝1.00815u，试判断核反应：147N＋42He→178O＋11H是吸能反应，还是放能反应？能量变化多少？解析：反应前总质量mN＋mHe＝18.01140u反应后总质量mO＋mH＝18.01269u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV.答案：吸能反应能量变化量为1.2MeV[课时作业]一、单项选择题1．原子核的平均结合能与质量数的关系如图所示，核子组合成原子核时()A．小质量数的原子核质量亏损最大B．中等质量数的原子核质量亏损最大C．大质量数的原子核质量亏损最大D．不同质量数的原子核质量亏损相同解析：选B.平均结合能越大，原子核越稳定，从图中可以看出，中等质量的原子核平均结合能最大，两个较轻的核子结合成一个新核时，就会释放出巨大的能量，因此中等质量数的原子核质量亏损最大，选项B正确．2．在下列判断中，正确的是()A．组成23892U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用B．组成23892U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用C．组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用D．组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用解析：选C.核力属于短程力，由于组成23892U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，但任意两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．3．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()A．m3c2B．(m1＋m2)c2C．(m3－m2－m1)c2D．(m1＋m2－m3)c2解析：选D.质子和中子结合成原子核氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝m1＋m2－m3.依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2.4．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粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为()A．21.04MeVB．35.56MeVC．77.64MeVD．92.16MeV解析：选D.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.5．当一个中子和一个质子结合成氘核时，产生γ光子辐射，对这一实验事实，下列说法正确的是()A．核子结合成原子核时，要放出一定的能量B．原子核分裂成核子时，要放出一定的能量C．光子的质量为零，氘核的质量等于中子与质子的质量之和D．光子具有一定的能量，氘核的质量大于中子与质子的质量之和解析：选A.核子结合时质量减少，释放能量；原子核分裂时吸收能量．一定能量对应着一定质量．6．一个负电子(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ν.若这两个光子的能量都为hν，动量分别为p和p′，下面关系正确的是()A．hν＝mc2，p＝p′B．hν＝mc2，p＝－p′C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′D．hν＝2(mc2＋Ek)，p＝－p′解析：选C.根据能量守恒，两电子的动能和释放的核能完全转化为两光子的能量，则有2hν＝2mc2＋2Ek，可得hν＝mc2＋Ek；又由动量守恒得0＝p＋p′.二、多项选择题7．对原子核的组成，下列说法正确的是()A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使非常多的质子组成原子核C．存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子解析：选CD.由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误；自然界中存在一个质子的原子核，11H，C正确；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．8．关于原子核中质子和中子的说法，错误的是()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，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的解析：选ABC.自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多，故D项正确．9．在某些恒星内，3个α粒子结合成1个126C核，126C原子的质量是12.0000u，42He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg.则()A．反应过程中的质量亏损是0.078uB．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29kgC．反应过程中释放的能量是7.27MeVD．反应过程中释放的能量是1.16×10－19J解析：选BC.由题意可得核反应方程为342He→126C＋ΔE.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078×1.66×10－27kg≈1.29×10－29kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12J．因为质量亏损1u相当于释放931.5MeV的能量，所以ΔE＝0.0078×931.5MeV≈7.27MeV.故B、C正确．10．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：选AD.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2MeV，故D对，B、C错．三、非选择题11．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子11H轰击静止的AZX，生成两个动能均为8.9MeV的42He.(1MeV＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为____________________________．(2)质量亏损为多少kg?解析：(1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H＋73X→42He＋42He或11H＋73Li→42He＋42He.(2)设反应前质子的动能为Ek0，反应后42He的动能为Ek，由于质量亏损而释放的能量为ΔE＝2Ek－Ek0＝(2×8.9－0.5)MeV＝17.3MeV，根据爱因斯坦质能方程，有Δm＝ΔEc2＝17.3×1.6×10－13（3.0×108）2kg≈3.1×10－29kg.答案：(1)11H＋73X→42He＋42He(或11H＋73Li→42He＋42He)(2)3.1×10－2912．一个静止的铀核23292U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.0287u)．(已知原子质量单位1u＝1.67×10－27kg，1u相当于931.5MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？解析：(1)23292U→22890Th＋42He.(2)质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059uΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.50MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0pTh＝pαEkTh＝p2Th2mThEkα＝p2α2mαEkTh＋Ekα＝ΔE所以钍核获得的动能EkTh＝mαmα＋mTh·ΔE＝44＋228×5.50MeV≈0.09MeV解得：Ekα＝5.50MeV－0.09MeV＝5.41MeV.答案：(1)23292U→22890Th＋42He(2)5.50MeV(3)5.41MeV