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高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作）
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：D
2．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
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：B
3．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
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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，则释放出能量，反之则吸收能量，所以C选项正确。
答案：C
4．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：E＝mc2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：B
解析：质能方程E＝mc2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ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确。
答案：B、D
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4×1026 J，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 kg C．1013 kg
B．1018 kg D．109 kg ΔE＝Δmc2，得
ΔE4×1026
Δm＝2＝ kg≈109 kg。
c(3×108)2
解析：根据爱因斯坦质能方程
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答案：D
7．一个电子(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′，下面关系中正确的是( )
A．hν＝mc2，p＝p′ 1
B．hν＝mc2，p＝p′
2C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′ 1
D．hν＝(mc2＋Ek)，p＝－p′
2
解析：能量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：2Ek＋2mc2，化为两个光子后，总动量守恒且为零，故p＝－p′，且2Ek＋2mc2＝2hν，即hν＝Ek＋mc2。
答案：C
8．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．m3c2 C．(m3－m2－m1)c2
B．(m1＋m2)c2 D．(m1＋m2－m3)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Δm＝m1＋m2－m3。依据质能方程可知，放出的能量为
ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2。 答案：D
9．以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量，则( ) A．mD＝mp＋mn C．mn＞mp＋mn
B．mD＝mp＋2mn D．mD＜mp＋mn
1解析：质子和中子生成氘核，要放出能量，核反应方程为：1→21p＋0n―1H，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mp＋mn＞mD，D选项正确。
答案：D
343H的质量为3.018 0 10．某核反应方程为2已知21H＋1H→2He＋X。1H的质量为2.013 6 u，1
u，42He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( )
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
341解析：根据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得21H＋1H→2He＋0X，即X为中
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子；在该反应发生前，反应物的总质量m1＝(2.013 6＋3.018 0) u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝(4.002 6＋1.008 7) u＝5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量。
答案：B
11．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：
Δm＝6×1.007 825 u＋6×1.008 665 u－12.000 000 u ＝0.098 940 u 比结合能为： ΔEΔmc2
E＝＝
1212＝
0.098 940×931.5 MeV
＝7.68 MeV。
12
答案：0.098 940 u 7.68 MeV 12．质子间距约为r＝0.8×10
－15
m，电量e＝1.60×10
－19
C，质量mp＝1.67×10
－27
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？
e2
解析：(1)两质子间库仑力F库＝k2，万有引力F
r9×109×1.602×1038
36
－11－54≈1.2×10。 2
6.67×10×1.67×10
(2)由牛顿第二定律知质子的加速度 F库ke2a＝＝2 mpmpr
9×109×1.602×1038
2292
＝－27－30 m/s≈2.2×10 m/s。 2
1.67×10×0.8×10答案：(1)1.2×1036 (2)2.2×1029 m/s2
13．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γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为γ＋D===p＋n，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是多大？
解析：由能量守恒得，E＋mDc2＝(mpc2＋Ek)＋(mnc2＋Ek)，
－
－
F库m2ke2p
＝＝引＝G2得rF引Gm2p
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1
解得Ek＝(E＋mDc2－mpc2－mnc2)
211
＝E－(mp＋mn－mD)c2。 2211
答案：E－(mp＋mn－mD)c2
22
15．两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：
2H＋2H→3H＋1H 1111
试求：
(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少？
(2)若放出的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 Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u ＝0.004 3 u，
ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV ＝4.005 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p1＝－p2。
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：
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人教版高中物理选修3-5同步练习：19.5
