高三物理一轮复习课时作业及详细解析 第59讲核反应核能

第3节 核反应和核能知识点1 原子核的组成 放射性及放射性同位素 1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电． (2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X 元素的原子核的符号为AZ X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数． 2．天然放射现象(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． 3．放射性同位素的应用与防护(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核．(2)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．(3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等． (4)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 知识点2 原子核的衰变、半衰期 1．原子核的衰变(1)定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化． (2)分类：α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：A Z X→ A Z ＋1Y ＋ 0－1eγ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．(3)两个典型的衰变方程： ①α衰变：23892U→23490Th ＋42He ； ②β衰变：23490Th→23491Pa ＋0－1e.2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．知识点3 核反应和核能 1．核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．(2)特点：①裂变过程中能够放出巨大的能量；②裂变的同时能够放出2～3(或更多)个中子；③裂变的产物不是唯一的．对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小．(3)典型的裂变反应方程：235 92U ＋10n ―→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n.(4)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (6)裂变的应用：原子弹、核反应堆．(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 3．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)特点：①聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍．②聚变反应比裂变反应更剧烈． ③对环境污染较少．④自然界中聚变反应原料丰富． (3)典型的聚变反应方程：21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV4．核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．5．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.[核心精讲]1．α衰变、β衰变的比较2.衰变次数的确定方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则表示该核反应的方程为AZ X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A ＝A ′＋4n Z ＝Z ′＋2n －m由以上两式联立解得n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．3．对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言．(2)根据半衰期的概率，可总结出公式N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(3)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．[题组通关]1．(多选)(2014·全国卷Ⅰ)关于天然放射性，下列说法正确的是( ) 【导学号：96622228】A ．所有元素都可能发生衰变B ．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C ．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D ．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E ．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线BCD 自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A 错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B 、C 正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D 正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项E 错误．2．(2015·北京高考)实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图13­3­1所示，则( )图13­3­1A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里D 根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据qvB ＝mv 2r ，得轨道半径r ＝mv qB ＝pqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的．根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．3．(1)(多选)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成20882Pb(铅)．以下说法中正确的是( )A ．铅核比钍核少8个质子B ．铅核比钍核少16个中子C ．共经过4次α衰变和6次β衰变D ．共经过6次α衰变和4次β衰变(2)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图13­3­2所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图13­3­2【解析】 (1)设α衰变次数为x ，β衰变次数为y ，由质量数守恒和电荷数守恒得 232＝208＋4x 90＝82＋2x －y解得x ＝6，y ＝4，C 错、D 对．铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A 对． 铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B 对．(2)写出衰变方程3015P→3014Si ＋0＋1e ，故这种粒子为0＋1e(正电子)，由m ­t 图知3215P 的半衰期为14天，由m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ得0．25 mg ＝4 mg×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t14，故t ＝56天．【答案】 (1)ABD (2)正电子 56天 [名师微博] 1．一个区别：静止的原子核在磁场中发生α衰变和β衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆．2．两个结论：(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒．(2)每发生一次α衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次β衰变，原子核的质子数增大“1”．[核心精讲]1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H→42He＋10n(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)，α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“―→”表示反应方向．[题组通关]4．(2015·北京高考)下列核反应方程中，属于α衰变的是( ) 【导学号：96622229】A.14 7N＋42He→17 8O＋11HB.238 92U→234 90Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.234 90Th→234 91Pa＋0－1eB α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B正确．5．(2016·全国丙卷)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是( )A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致ABE 核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确，说法C错误．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法D错误．根据动量守恒定律有m p v p ＝m Si v Si，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法E正确．6．(1)(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A.238 92U→234 90Th＋42He 是α衰变B.14 7N＋42He→17 8O＋11H 是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋2 0－1e 是重核裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋ 0－1eD.42He＋94Be→12 6C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B中X的质量数和中子数．【解析】(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故A、C正确．(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程．②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144X的质子数为：92－36＝56X的中子数为：144－56＝88.【答案】(1)AC (2)①D B A ②144 88[名师微博]两点提醒：1．核反应方程一定满足质量数守恒和核电荷数守恒．2．在确定生成物是哪种元素时应先由核电荷数守恒确定生成物的核电荷数．[核心精讲]1．对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE ＝Δmc2.2．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．[师生共研]●考向1 对原子核的结合能的理解(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能ABC 原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确；重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E 错误．●考向2 核能的计算钚的放射性同位素23994Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *和α粒子，而铀核激发态235 92U *立即衰变为铀核235 92U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：239 94Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 u c 2＝931.5 MeV .(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能． 【规范解答】 (1)衰变方程为234 94Pu ―→235 92U *＋42He ，235 92U *―→23592U ＋γ.或两式合并为239 94Pu ―→235 92U ＋42He ＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α，由质能方程得ΔE ＝Δmc 2由能量守恒得ΔE ＝E kU ＋E kα＋E γ设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒定律得m U v U ＝m αv α 又E kU ＝12m U v 2U ，E kα＝12m αv 2α联立解得E α＝m Um U ＋m α[(m Pu －m U ＋m α)c 2－E γ]，代入题给数据得E α＝5.034 MeV. 【答案】 (1)23994Pu ―→23592U ＋42He ＋γ (2)5.034 MeV核能求解的思路方法1．应用质能方程解题的流程图： 书写核反 应方程→计算质量 亏损Δm →利用ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能2．在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示．3．核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．[题组通关]7．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，核反应方程为42He＋42He→84Be ＋γ.以下说法正确的是( )A．该核反应为裂变反应B．热核反应中有质量亏损，会放出巨大能量C．由于核反应中质量数守恒，所以质量也是守恒的D．任意原子核内的质子数和中子数总是相等的B 该核反应为聚变反应，故A错误；核反应中的裂变和聚变，都会有质量亏损，都会放出巨大的能量，故B正确；核反应中质量数守恒，质量不守恒，故C错误；原子中原子核内的质子数和中子数不一定相等，有的原子中相等，有的原子中不相等，有的原子没有中子，例如氢原子核内有一个质子，没有中子，故D错误．8．(2014·北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2C 由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确．。

课时分层集训(三十四) 核反应和核能(限时：40分钟)[基础对点练]原子核的衰变及半衰期1．下列说法中正确的是( )A．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.22688Ra(镭)衰变为22286Rn(氡)要经过1次α衰变和1次β衰变C．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间D [质子与中子结合成氘核，需放出能量，A错误．根据质量数、电荷数守恒判断，只发生一次α衰变，B错误；β射线是原子核发生β衰变形成的，是原子核中放出的电子，C错误；根据半衰期的概念，D正确．]2．(2020·吉林模拟)下列说法正确的是( )A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B．在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律C．在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的D．镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，也就是说，100个镭226核经过1 620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变B [原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项A错误；在所有核反应中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒”的规律，选项B正确；在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，所以选项D错误．]3. (2020·济南模拟)自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图12­2­4所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是( )图12­2­4A．由228 88Ra到228 89Ac的衰变是α衰变B．已知228 88Ra的半衰期是T，则8个228 88Ra原子核经过2T时间后还剩2个C ．从228 90Th 到20882Pb 共发生5次α衰变和2次β衰变 D ．图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线C [由题图可知，22888Ra 衰变后的新原子核为22889Ac ，新原子核的质子数比Ra 的多1个，所以是β衰变，选项A 错误；原子核的半衰期是对大量原子核的行为做出的统计预测，对于单个的微观事件是不可预测的，选项B 错误；由质量数和电荷数守恒知，从22890Th 到20882Pb 共发生5次α衰变和2次β衰变，选项C 正确；γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的，选项D 错误．]4.研究放射性元素射线性质的实验装置如图12­2­5所示．两块平行放置的金属板A 、B 分别与电源的两极a 、b 连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则( )图12­2­5A ．a 为电源正极，到达A 板的为α射线B ．a 为电源正极，到达A 板的为β射线C ．a 为电源负极，到达A 板的为α射线D ．a 为电源负极，到达A 板的为β射线B [从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A 极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B 极板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x ＝v 0t ＝v 0md 2qU ，两个粒子初速度v 0相差不大，两极板间电压U 相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq 小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A 极板的是β射线，A 极板带正电，a 为电源的正极，故选项B 正确．](多选)(2020·南通模拟)钍23490Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随有γ射线产生，其方程为23490Th →234 91Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( ) A ．X 为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核放出的D ．1 g 钍23490Th 经过120天后还剩0.312 5 gBC [根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 正确；钍的半衰期为24天，1 g 钍23490Th 经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g ，故D 错误．] 核反应方程5．如图12­2­6所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(21084Po)衰变放出的α粒子轰击铍(94Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来．下列说法正确的是( )图12­2­6A．α粒子是氦原子B．粒子Q的穿透能力比粒子P的强C．钋的α衰变方程为210 84Po→208 82Pb＋42HeD．α粒子轰击铍的核反应方程为42He＋94Be→12 6C＋10nD [α粒子是氦原子核，选项A错误；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，当质子射入物体时，受到的库仑力作用会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，所以选项B 错误；在钋衰变中，根据质量数守恒知产生的是206 82Pb，并非208 82Pb，选项C错误；42He＋94Be→126C＋10n 是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确．]6．(2020·淮北模拟)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：23592U＋10n→a＋b＋210n，则a＋b可能是( )A.14156Ba＋9236KrB.14054Xe＋9438SrC.14156Ba＋9338SrD.14054Xe＋9336KrB [核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数都守恒，A质量数不守恒，B质量数和电荷数都守恒，C电荷数不守恒，D质量数和电荷数都不守恒，故B正确．]7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知( )【导学号：84370497】A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3B [核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．]8．(2020·江苏高考)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( )A.146C→147N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10nA [放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象．A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核的人工转变方程，故选A.]核能的理解和计算9．(2020·太原模拟)下列说法正确的是( )A．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，比结合能越大B．核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量就是原子核的结合能C．原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和C [组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但是结合能与核子数的比值即原子核的比结合能不一定越大，但比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，A错误，C正确；自由核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，而原子核的结合能是指把核子分开所需要的能量，故B错误；发生核反应时，存在质量亏损，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，D错误．]10．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反应后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，光速为c.下列说法中不正确的是( )A．这种装置中发生的核反应方程式是21H＋31H→42He＋10nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同B [可控热核反应装置中发生的核反应方程式是21H＋31H→42He＋10n，故A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确．]11．已知氦原子的质量为M He u，电子的质量为m e u，质子的质量为m p u，中子的质量为m n u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为( )A．[2×(m p＋m n)－M He]×931.5 MeVB．[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeVC．[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×c2 JD．[2×(m p＋m n)－M He]×c2 JB [核反应方程为211H＋210n→42He，质量亏损Δm＝2×(m p＋m n)－(M He－2m e)＝2×(m p＋m n＋m e)－M He，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝[2×(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeV，选项B正确．] [考点综合练]12．现代科学的发展极大地促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是( )【导学号：84370498】A ．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B ．天然放射现象表明原子核内部有电子C ．轻核聚变反应方程有：21H ＋31H→42He ＋10nD ．氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级和从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长C [卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A 、B 错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C 正确；氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级放出的光子能量比从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级的大，由公式E ＝hcλ，可知前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，D 错误．]13．(多选)(2020·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV.下列表述正确的有( )A ．X 是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应AD [在该核反应中，21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，根据电荷数守恒、质量数守恒，则X 的电荷数为0，质量数为1，可知X 是中子，故A 正确．在X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 中，根据电荷数守恒、质量数守恒，Y 的电荷数为3，质量数为6，则Y 的质子数为3，中子数为3，故B 错误．两个核反应都释放能量，都有质量亏损，故C 错误．两核反应均为核聚变反应，故D 正确．]14．钚的放射性同位素23994Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *和α粒子，而铀核激发态235 92U *立即衰变为铀核23592U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：23994Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 uc 2＝931.5 MeV .(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能. 【导学号：84370499】 [解析](1)衰变方程为23994Pu ―→235 92U *＋42He ，235 92U *―→23592U ＋γ.或两式合并为239 94Pu ―→235 92U ＋42He ＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝m Pu －m U －m α， 由质能方程得ΔE＝Δmc 2由能量守恒得ΔE＝E kU ＋E kα＋E γ设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒定律得m U v U ＝m αv α 又E kU ＝12m U v 2U ，E kα＝12m αv 2α联立解得E kα＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ]，代入题给数据得E kα＝5.034 MeV. [答案](1)23994Pu ―→23592U ＋42He ＋γ (2)5.034 MeV15．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片，如图12­2­7所示，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝44∶1，求：图12­2­7(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？ (2)图中哪一个是α粒子的径迹？[解析](1)设衰变后新核的带电荷量为q x ，α粒子的带电荷量为q α＝2e ，它们的质量分别为m x 和m α，衰变后的速度分别为v x 和v α，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q ＝q x ＋q α(或Z ＝Z x ＋Z α)①根据轨道半径公式r ＝mv qB 可知，在同一磁场中γ∝mv q ，所以q x ∶q α＝(m x v x r x )∶(m αv αr α)②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即 m x v x ＝m αv α③解②和③式，得：q x ∶q α＝r α∶r xq x ＝(r α∶r x )×q α＝88e ，(只能是r α∶r x ＝44∶1，否则q x ＝e22无意义)．代入①式得：q ＝90e ，Z ＝90.(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比，所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新核的径迹，两者电性相同，运动方向相反． [答案](1)90 (2)12019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．以下仪器能测量基本物理量的是（）A．弹簧测力计B．电磁打点计时器C．电压表D．量筒2．可看作质点的甲、乙两汽车沿着两条平行车道直线行驶，在甲车匀速路过A处的同时，乙车从此处由静止匀加速启动，从某时刻开始计时，两车运动的v t-图象如图所示，0t时刻在B处甲，乙两车相遇。

高三物理一轮复习《核反应 核能》导学案（学生用）【学习目标】1. 知道什么是核反应，知道原子核的人工转变是核反应的一种形式，能够正确地写出核反应方程。

2. 理解质量亏损的概念，并能作有关计算。

知道爱因斯坦质能方程的物理意义。

能根据质能方程计算核反应中释放的核能。

【学习重点、难点】1.核反应中的人工转变及核反应方程2.核能的概念.爱因斯坦的质能方程.计算核能.【使用方法】通读教材P66-68，进行知识梳理，再认真独立完成导学案，并将自己的疑问记下来。

【课前预习案】一、核反应1.核反应：在核物理学中，原子核在 的轰击下产生 的过程。

原子核的人工转变是核反应的一种。

2.发现质子（卢瑟福）：⑴方程：He N 42147+→（2）意义：① 产生了氧的同位素② 第一次实现了原子核的人工转变③ 发现了（3）发现中子（查德威克）用α粒子轰击铍原子核： →+He Be 4294（4）核反应的规律：在核反应中， 和 守恒二、质能方程1.核能： 中发出的能量。

2.质量亏损：组成原子核的 的质量与原子核的质量之差。

3.质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量（E ）和质量（m ）之间存在着密切的联系，它们之间的关系是2mc E =，式中c 为真空中的光速。

4.核反应过程释放的核能： =∆E【课内探究案】探究一 对原子核人工转变的理解1．完成下列核反应方程，其中属于衰变的是_________属于人工转变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是__________。

A ． H_____He N 1142147+→+ B ．_____Si P 30143015+→ C ．_____Sr Xe n U 9038136541023592++→+ D ．n _____H H 103121+→+探究二 对核反应方程式的理解2. （07合肥市教学质量检测一）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。

专题13.4 原子核 核反应与核能（教学案）-2015年高考物理一轮复习精品资料【2015考纲解读】1.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.2.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题． 【2014高考在线】1．（2014·北京卷）质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表示真空中的光速)( ) A ．(m 1＋m 2－m 3)c B ．(m 1－m 2－m 3)c C ．(m 1＋m 2－m 3)c 2 D ．(m 1－m 2－m 3)c 22．（2014·重庆卷）碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( ) A.m 4 B.m 8 C.m 16 D.m 323．（2014·新课标全国卷Ⅰ）关于天然放射性，下列说法正确的是________． A ．所有元素都可能发生衰变B ．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C ．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D ．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E ．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线4. （2014·上海13校联考）下列核反应方程及其表述中错误．．的是( )A.32He＋21H→42He＋11H是原子核的α衰变B. 42He＋2713Al→3015P＋10n 是原子核的人工转变C. 2411Na →2412Mg＋0－1e 是原子核的β衰变D. 235 92U＋10n →9236Kr＋141 56Ba＋310n 是重核的裂变反应5．（2014·福建卷Ⅰ）如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________．(填选项前的字母)A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线【重点知识梳理】一、天然放射现象、原子核的组成1．天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．2．原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．3．三种射线的比较1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e2．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．【高频考点突破】考点一原子核和原子核的衰变1．衰变规律及实质(1)两种衰变的比较(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：9Be＋42He→126C＋10n.4(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：27Al＋42He→3015P＋10n.1330P→3014Si＋0＋1e.153．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素A Z X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为AX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．4．半衰期(1)公式：N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 原(12)t /τ式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．例1、2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I 和137Cs 的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I 和137Cs 原子核中的中子数分别是________和________．A ．X 1―→137 56Ba ＋10nB ．X 2―→131 54Xe ＋0－1e C ．X 3―→137 56Ba ＋0－1eD ．X 4―→131 54Xe ＋11p【变式探究】 (1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有 ( ) A ．是原子核质量减少一半所需的时间 B ．是原子核有半数发生衰变所需的时间C ．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期D ．可以用来测定地质年代、生物年代等(2)某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中14 6C 的含量推断出了该生物死亡的年代．已知此骸骨中14 6C 的含量为活着的生物体中14 6C 的1/4，14 6C 的半衰期为5 730年．该生物死亡时距今约________年．【变式探究】由于放射性元素237 93Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知237 93Np经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi，下列判断中正确的是()A.209 83Bi的原子核比237 93Np的原子核少28个中子B.209 83Bi的原子核比237 93Np的原子核少18个中子C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变考点二核反应类型及核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42He β衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n 约里奥·居里夫例2、(1)现有三个核反应方程：①2411Na→2412Mg＋0－1e；②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n；③21H＋31H→42He＋10n.下列说法正确的是()A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→12 6C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B中X的质量数和中子数．【变式探究】三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(42He)，则下面说法正确的是()A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大3D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍答案CD解析设原子核X的符号为a b X，则原子核Y为a b－1Y，a b X→0＋1e＋a b－1Y，11H＋a b－1Y→42He＋a－3Z，b－2 Z.故原子核Z为a－3b－2考点三关于核能的计算1.应用质能方程解题的流程图（1）根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．（2）根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．2. 利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．例3、裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U为燃料的反应堆中，当23592U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：23592U ＋10n→13954Xe ＋9438Sr＋310n235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是______ MeV.【变式探究】已知氦原子的质量为M He u，电子的质量为m e u，质子的质量为m p u，中子的质量为m n u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为()A．[2(m p＋m n)－M He]×931.5 MeVB．[2(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeVC．[2(m p＋m n＋m e)－M He]·c2 JD．[2(m p＋m n)－M He]·c2 J【经典考题精析】（2013·天津卷）1、下列说法正确的是（）A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B.射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关（2013·大纲卷）16．放射性元素氡（22286Rn ）经α衰变成为钋21884Po ，半衰期为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn 的矿石，其原因是（ ）A ．目前地壳中的22286Rn 主要来自于其它放射元素的衰变B ．在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn 的含量足够高C ．当衰变产物21884Po 积累到一定量以后，21884Po 的增加会减慢22286Rn 的衰变进程D ．22286Rn 主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期（2013·重庆）2．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：n2b a n U 101023592++→+则a+b 可能是A ．Kr Xe 933614054+B ．Kr Ba 923614156+C ．Sr Ba 933814156+D ．Sr Xe 493814054+【答案】D【解析】由核电荷数和质量数守恒可知D 项正确。

课时37第三节核反应核能一、单项选择题1．(2022年高考浙江理综卷)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：选D.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．2．(2022年高考上海卷)现已建成的核电站发电的能量来自于()A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量解析：选C.现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故C项正确．3．(2022年高考大纲全国卷Ⅰ)原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变解析：选A.由电荷数守恒与质量数守恒可分别写出衰变①为238 92U→234 90Th＋42He，衰变②为234 90Th→234 91Pa＋0－1e，衰变③为234 91Pa→234 92U＋0－1e，故知正确答案为A.4．(2022年高考大纲全国卷Ⅱ)原子核A Z X与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2解析：选D.该核反应的方程式为：A Z X＋21H→42He＋11H，由质量数和电荷数守恒得：A＝4＋1－2＝3，Z＝2＋1－1＝2，故正确答案为D.U经过一系列α衰变和β衰变，最后变成208 82Pb，衰变方程可写为：236 92U→208 82Pb＋nα＋kβ＋P，则()A．n＝7，k＝4 B．n＝5，k＝0C．n＝6，k＝4 D．n＝4，k＝7答案：A二、不定项选择题6．(2022年高考天津理综卷)下列说法正确的是()N＋11H→12 6C＋42He是α衰变方程H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程U→234 90Th＋42He是核裂变反应方程He ＋2713Al →3015P ＋10n 是原子核的人工转变方程解析：选BD.核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B 、D 两选项正确．7．氢有三种同位素，分别是氕11H 、氘21H 、氚31H ，则( ) A ．它们的质子数相等 B ．它们的核外电子数相等 C ．它们的核子数相等 D ．它们的中子数相等解析：选AB.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以本题A 、B 选项正确．8．(2022年绍兴一中检测)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST 装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s ，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m 1，中子的质量为m 2，32He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法中正确的是( )A ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是质子B ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子 C ．两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m 1－m 3－m 4)c 2 D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性解析：选BD.由核反应方程知221H ―→32He ＋10X ，X 应为中子，释放的核能应为ΔE ＝(2m 1－m 3－m 2)c 2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A 、C 错误，B 、D 正确．三、计算题9．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子．试写出核反应方程，并由表中数据计算出该聚变反应过程中释放的能量(取1 u ＝16×10－26 kg)．解析：核反应方程为411H ―→42He ＋2 0＋1e,4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为 Δm ＝×4－－2×u ＝ u ＝×10－29 kg由爱因斯坦质能方程得，聚变反应过程中释放的能量为 ΔE ＝Δmc 2＝×10－29×(3×108)2 J ＝×10－12 J. 答案：见解析10．(2022年金丽衢十二校联考)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B ＝ T ，磁场方向垂直于纸面向里，MN 是磁场的左边界．在磁场中A 处放一个放射源，内装22688Ra ，226 88Ra放出某种射线后衰变成222 86Rn. (1)写出上述衰变方程．(2)若A 处距磁场边界MN 的距离OA ＝1.0 m 时，放在MN 左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN 方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA 的直线1.0 m ．求一个静止226 88Ra 核衰变过程中释放的核能有多少？(取1 u ＝×10－27 kg ，e ＝×10－19 C ，结果保留三位有效数字)解析：(1)226 88Ra →222 86Rn ＋42He(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R ＝1.0 m ，由2e v B ＝m v 2R得α粒子的速度v ＝2eBRm衰变过程中系统动量守恒，222 86Rn 、42He 质量分别为222 u 、4 u ，则 222 u ×v ′＝4 u ×v得222 86Rn 的速度v ′＝2111v 释放的核能E ＝12×222 u ×v ′2＋12×4 u ×v 2＝113e 2B 2R 2222 u代入数据解得E ＝×10－14 J.答案：(1)226 88Ra →222 86Rn ＋42He(2)×10－14 J。

高三物理第一轮复习 光电效应、核反应、核能基础过关练习粤教版一、单项选择题1．(2011年湖南湘潭市二模)钍核(234 90Th)有放射性，它能放出一个粒子变成镤核(23491Pa)，并伴随该过程放出光子，下列说法正确的是( )A ．光线可能是红外线，该粒子是正电子B ．光线可能是X 射线，该粒子是中子C ．光线一定是γ射线，该粒子是质子D ．光线一定是γ射线，该粒子是电子解析：选 D.该反应的核反应方程为234 90Th→234 90Pa ＋ 0－1e ，放出的粒子为电子，伴随放出的射线为γ射线．2．(2011年河南调研)在下列两个核反应方程中，X 1、X 2分别代表一种粒子．①238 92 U→23490Th＋X 1 ②21H ＋31H→42He ＋X 2，以下判断中正确的是( )A ．①是重核裂变反应B ．②是轻核聚变反应C ．X 1是α粒子，此种粒子形成的射线具有很强的贯穿本领D ．X 2是中子，X 2的质量等于21H 与31H 质量之和减去42He 的质量解析：选B.①是α衰变，选项A 错误；②是轻核聚变，选项B 正确；X 1是α粒子，但是α粒子的穿透本领不是很强，选项C 错误；X 2是中子，核反应过程中反应前后质量数守恒，但反应前后质量不守恒，故选项D 错误．3．(2011年广东惠州模拟)放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随γ辐射．已知A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B 为( )A ．(12)T 2∶(12)T 1 B ．1∶1C ．2T 1∶2T 2D ．2T 2∶2T 1解析：选D.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，新原子核往往有多余的能量，亦即新原子核处于激发态，这些能量再以γ光的形式放出，这就是γ衰变，γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变．根据衰变公式：m ＝m 0(12)tT有：m A (12)t T 1＝m B (12)tT 2又因为t ＝T 1·T 2所以m A ∶m B ＝2T 2∶2T 1. 二、双项选择题4．(2011年广东汕头模拟)在下列四个核反应方程中，X 1、X 2、X 3和X 4各代表某种粒子： ①31H ＋X 1→42He ＋10n ②14 7N ＋42He→178O ＋X 2 ③94Be ＋42He→126C ＋X 3 ④2412Mg ＋42He→2713Al ＋X 4以下判断中正确的是( )A ．X 1是质子B ．X 2是中子C ．X 3是中子D ．X 4是质子解析：选CD.由质量数和电荷数守恒可知：X 1是21H(氘核)；X 2是11H(质子)；X 3是10n(中子)；X 4是11H(质子)；故选项C 、D 正确．5．(2011年广东深圳一模)在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，都不同程度地含有放射性元素，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出α、β、γ射线，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )A ．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2B ．发生β衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内中子数减少1C ．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流D ．在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱解析：选BD.α衰变是两个质子与两个中子作为一个整体从原子核中抛射出来，即211H ＋210n→42He ，发生α衰变时，核内质量数减少4，选项A 错误；β衰变是原子核内一个中子转化成一个质子和一个电子，即10n→11H ＋ 0－1e ，发生β衰变时，核内中子数减少1，核子数不变，选项B 正确而C 错误；由三种射线性质可得，选项D 正确．6．(2011年福建厦门模拟)2008年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术．太阳的能量来源于氢核的聚变，每次聚变反应可以看成是4个氢核(11H)结合成1个氦核(42He)，同时放出正电子(01e)．已知氢核的质量为m p ，氦核的质量为m α，正电子的质量为m e ，真空中光速为c .下列关于氢核聚变的说法正确的是( )A ．核反应方程为411H→42He ＋201eB ．核反应方程为411H→42He ＋01eC ．每次核反应所释放的能量为(4m p －m α－2m e )c 2D ．每次核反应所释放的能量为(4m p －m α－m e )c 2解析：选AC.由质量数、电荷数守恒知，A 对，B 错；此核反应的质量亏损为Δm ＝4m p －m α－2m e ，由质能方程，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝(4m p －m α－2m e )c 2，C 对，D 错．7．(2011年广东惠州模拟)如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是( )A ．原子核发生了α衰变B ．原子核发生了β衰变C ．原子核放出了一个正电子D ．原子核放出了一个中子 解析：选AC.两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛仑兹力方向相反，则轨道应是外切圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨道应是内切圆．图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α衰变或放出了一个正电子，故A 、C 两选项正确．三、非选择题8．(2009年高考山东卷)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A Z X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为________． (2)质量亏损为________kg.解析：(1)11H ＋73X→42He ＋42He 或11H ＋73Li→42He ＋42He.(2)Δmc 2＝E 末－E 初，所以Δm ＝E 末－E 初c2＝2×8.9－0.5×1.6×10－133×1082kg≈3.1×10－29kg. 答案：(1)11H ＋73X→42He ＋42He 或11H ＋73Li→42He ＋42He(2)3.1×10－299．(2010年高考浙江卷)(1)在核反应10n ＋X→31H ＋42He ＋ΔE 过程中，X 是未知核．由核反应知识可以确定X 核为__①__.若10n 、X 核、31H 和42He 的静止质量分别为m 1、m X 、m 3和m 4，则ΔE 的值为__②__.(2)核能、风能等新能源是近来能源发展的重点方向之一．与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并请说明理由．解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，X 核是63Li由爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2可得． (2)(3)见答案．答案：(1)①63Li ②ΔE ＝[(m 1＋m X )－(m 3＋m 4)]c 2(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多． 缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高． (3)建风能发电站比较合理理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．10．(2011年海南调研)(1)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为________．当照射光的频率继续增大时，则逸出功________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)如图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B ＝0.50 T ，磁场方向垂直于纸面向里，MN 是磁场的左边界．在距磁场左边界MN 的1.0 m 处有一个放射源A ，内装放射物质22688Ra(镭)，22688Ra 发生α衰变生成新核Rn(氡)．放在MN 左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN 方向射出的α粒子，此时接收器位置距直线OA 的距离为1.0 m.①试写出Ra 的衰变方程；②求衰变后Rn(氡)的速率．(质子、中子的质量为1.6×10－27kg ，电子电量e ＝1.6×10－19C)解析：(1)h ν0 不变 (2)①22688Ra→22286Rn ＋42He.②对α粒子qv αB ＝m v 2αr v α＝qBR m动量守恒得0＝mv α－Mvv ＝m M v α＝qBR M ＝2×1.6×10－19×1.0×0.5222×1.6×10－27m/s ＝4.5×105m/s. 答案：见解析1.(2011年河北衡水模拟)238 92U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210a X和b81Ti最后都变成206 82Pb，衰变路径如图所示，则( )A．a＝82，b＝211B.210 83Bi→210a X是β衰变，210 83Bi→b81 Ti是α衰变C.210 83Bi→210a X是α衰变，210 83Bi→b81Ti是β衰变D.b81 Ti经过一次α衰变变成206 82Pb解析：选B.在210 83Bi→210a X中，质量数没有发生变化，一定是β衰变，a＝84，在210 83Bi→b81Ti 中，质子数减少2，一定是α衰变，b＝206，所以B正确.b81Ti→206 82Pb是β衰变，所以D错误．2．(2011年广东江门模拟)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶．中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为νe＋3717Cl→3718Ar＋0－1e，已知3717Cl核的质量为36.95658 u，3718Ar核的质量为36.95691 u，0－1e的质量为0.00055 u，1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断( )A．中微子不带电B．中微子就是中子C.3717Cl和3718Ar是同位素D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV解析：选AD.在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确，而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而3717Cl和3718Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.00055＋36.95691－36.95658)u＝0.00088 u，而1 u质量对应的能量为931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.00088 MeV≈0.82 MeV，故D项正确.。

2014届高考物理一轮复习第59讲原子与原子核配套练习1．（2012上海3）与原子核内部变化有关的现象是（）（A）电离现象（B）光电效应现象（C）天然放射现象（D）α粒子散射现象2．（2012 福建卷）关于近代物理，下列说法正确的是（）A．α射线是高速运动的氦原子B．核聚变反应方程表示质子C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征3．（2013全国高考大纲版）放射性元素氡（22286Rn）经α衰变成为钋21884Po，半衰期为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn 的矿石，其原因是（）A．目前地壳中的22286Rn主要来自于其它放射元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D．22286Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期4．(2012四川)如图为氢原子能级图示意图的一部分，则氢原子（）A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的电磁波的波长长B．从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出的电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外辐射出能量5．（2013高考天津理综物理第1题）下列说法正确的是（）A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B. α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流C ．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D ．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关6．（2013河北省唐山市期末模拟）根据玻尔理论，氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道后 （ ）A ．原子的能量增加，系统的电势能减少B ．原子的能量增加，系统的电势能增加C ．原子的能量减少，核外电子的动能减少D ．原子的能量减少，核外电子的动能增加E ．原子系统的电势能减少，核外电子的动能增加7．（2012-2013长春市十一中学模拟）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A.“人造太阳”的核反应方程是n He H H 10423121+→+B.“人造太阳”的核反应方程是n 3Kr Ba n U 10923614156 1023592 ++→+C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE =Δmc 2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是221mc E = 8．（2013江苏苏南四校联考）下列说法正确的是（ ）A ．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定释放核能B ．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多C ．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大D ．β射线的速度接近光速，普通一张白纸就可挡住9．（2013长春市四模）下列关于近代物理知识的说法正确的是（ ）A ．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构B ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应C ．光照到某金属上不能发生光电效应，是因为该光波长太长D ．按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，核外电子的动能增加E ．β衰变的实质是原子核内的中子转化成了质子和电子10．（2013辽宁省五校协作体高三上学期初联考）近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆。