高中物理(新人教版)选择性必修三课后习题：核反应中的守恒定律及其应用(课后习题)【含答案及解析】

核裂变与核聚变课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)关于铀核裂变,下列说法正确的是()A.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不同的核B.铀核裂变时还能同时释放2~3个中子C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用铀235而不用铀238D.铀块的体积对产生链式反应无影响,会引起裂变,放出2~3个中子,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,只是裂变成两块的情况多,也有的裂变成多块,A错误,B正确;铀235受慢中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只能俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变,且裂变的概率小,C正确;要引起链式反应,需使铀块体积大于或等于临界体积,D错误。

2.(2020吉林长春模拟)图为原子核裂变并发生链式反应的示意图,铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变对应的核反应方程是92235U+n→a140X+38b Y+2n,其中n为中子,对于产物X的原子序数a 和产物Y的质量数b,以下判断正确的是()A.a=53,b=93B.a=54,b=94C.a=53,b=94D.a=54,b=93:92=a+38;核反应质量数守恒:235+1=140+b+2;联立得a=54,b=94。

故B正确,A、C、D错误。

3.(2020湖北武汉模拟)聚变与裂变相比有很多优点,下列说法不正确的是()A.地球上聚变燃料的储量丰富,足以满足聚变的需要B.轻核聚变更为安全、清洁C.相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多D.环流器是利用聚变物质的惯性进行约束,即用激光从各个方向照射反应的物质,使它们“挤”在一起发生反应0.03 g的氘,氚可以利用锂制取,聚变燃料丰富,故A正确;轻核聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应自动停止,且反应产生的氦没有放射性,聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂变反应堆生成的废物数量少,放射废料少,容易处理,故B 正确;相同质量的核燃料,轻核聚变反应中产生的能量更多,产能效率高,故C正确;环流器是利用磁约束,而不是聚变物质的惯性进行约束,故D不正确。

3 核力与结合能课后·训练提升基础巩固一、单项选择题1.下列有关原子核的说法正确的是( )A.结合能是指将原子核中的核子分开所需要的能量B.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定C.质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和D.因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量数不守恒答案:A解析:结合能是指将原子核中的核子分开所需要的能量,故选项A正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故选项B错误;质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,故选项C错误;原子核发生衰变时,质量数守恒,故选项D错误。

2.下图是原子核的平均核子质量与原子序数Z的关系图像,下列说法正确的是( )A.若D 、E 能结合成F,结合过程一定要释放能量B.若D 、E 能结合成F,结合过程一定要吸收能量C.若C 、B 能结合成A,结合过程一定要释放能量D.若F 、C 能结合成B,结合过程一定要释放能量 答案:A解析:由平均核子质量与原子序数Z 的关系图像可知,D 与E 的平均核子质量大于F 的平均核子质量,所以D 、E 结合成F,平均核子质量减小,有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程,有能量释放,故选项A 正确,B 错误;同理可知,C 、B 结合成A 要吸收能量,F 、C 结合成B 要吸收能量,选项C 、D 错误。

3.恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应,已知氘核 12H 的比结合能为E 1,氦核24He 的比结合能为E 2,则热核反应 12H+12H24He 释放的能量可表示为( ) A.E 2-E 1 B.E 2-2E 1 C.4E 2-2E 1 D.4E 2-4E 1答案:D解析:该反应放出热量,氘核的比结合能为E 1,氦核的比结合能为E 2,根据比结合能等于结合能与核子数的比值,则核反应中释放的核能为ΔE=4E 2-(2E 1+2E 1)=4E 2-4E 1,故选项D 正确,A 、B 、C 错误。

2.放射性元素的衰变课后篇素养形成必备知识基础练1.卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变,其核反应方程为:24He+714 N→817O+11H,下列说法错误的是( )A.卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型B.实验中是用α粒子轰击氮核C.卢瑟福通过该实验发现了质子D.原子核在人工转变的过程中,电荷数一定守恒α粒子轰击金箔散射的实验,提出原子的核式结构模型,故A错误;用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变,并发现了质子,故B、C正确;核反应方程质量数和电荷数是守恒的,故D正确。

2.(北京西城区二模)在核反应方程49Be+24He→612C+X中,X表示的是( )A.质子B.中子C.电子D.α粒子,X的质量数为9+4-12=1;根据核电荷数守恒,X的核电荷数为4+2-6=0,说明X为中子,故B正确,A、C、D错误。

3.14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。

若以横坐标t表示时间,纵坐标m表示任意时刻14C的质量,m0为t=0时14C的质量。

下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )解析设衰变周期为T,那么任意时刻14C的质量m=12tT m0,可见,随着t的增长物体的质量越来越小,且变化越来越慢,很显然C项图线符合衰变规律,故选C。

4.(陕西西安长安区模拟)居里夫人是放射性元素钋(84210Po)的发现者。

已知钋(84210Po)发生衰变时,会产生α粒子和原子核X,并放出γ射线。

下列分析正确的是( )A.原子核X的质子数为82,中子数为206B.γ射线具有很强的穿透能力,可用来消除有害静电C.由α粒子所组成的射线具有很强的电离作用D.地磁场能使γ射线发生偏转,质量数与电荷数守恒,可得原子核X 的质子数为84-2=82,质量数为210-4=206,依据质量数等于质子数与中子数之和,得原子核X 的中子数为206-82=124,故A 错误;γ射线具有很强的穿透能力,但是电离作用弱,不能用来消除有害静电,故B 错误;因为α射线实质是氦核流,具有很强的电离作用,故C 正确;γ射线的实质是频率很高的电磁波,本身不带电,所以γ射线在地磁场中不会受力,不能发生偏转,故D 错误。

习题课三原子核反应及核能的计算课后·训练提升基础巩固一、单项选择题1.某原子核发生核反应时放出一个正电子,则新原子核内多了一个( )A.质子B.中子C.电子D.核子答案:B解析:原子核在发生核反应的过程中遵守质量数守恒和电荷数守恒,且质量数=电荷数+中子数,反应时放出一个正电子,则新原子核内的电荷数减少了一个,而质量数保持不变,则中子数增加了一个,选项B正确,A、C、D 错误。

2.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。

核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高患癌的风险。

已知钚的一种同位素94239Pu的衰变方程为:94239Pu X+24He+γ,半衰期为24 100年,则下列说法正确的是( )A.衰变时发出的γ射线是波长很短的实物粒子,穿透能力很强B.X原子核中含有143个中子C.10个94239Pu原子核经过24 100年后一定还剩余5个D .94239Pu 的质量和衰变后的X 原子核与 24He 的总质量相等答案:B解析:衰变时发出的γ射线是电磁波,选项A 错误;根据反应过程满足电荷数和质量数守恒可知,X 原子核中的电荷数为92,质量数为235,则X 原子核中的中子数为235-92=143,选项B 正确;半衰期只适用于大量原子核发生衰变时,对于少数原子核衰变不适用,选项C 错误;衰变过程存在质量亏损,故 94239Pu 的质量大于衰变后的X 原子核与 24He 的总质量,选项D 错误。

3.关于四个核反应方程,下列说法正确的是( )①92238UTh +24He ②90234ThPa +-1 0e ③714N+24HeO +11H ④12H+13H He +01n+17.6 MeVA.①②为原子核自发的衰变过程,反应不释放能量B.②说明原子核的组成含有电子C.③是查德威克发现质子的反应方程D.④为热核反应,在受控核聚变方面,中国利用“环流器”的磁约束和利用“神光Ⅲ”的惯性约束技术居于世界领先地位答案:D解析:①②属于衰变反应,存在质量亏损,释放的能量以γ射线的形式辐射出去,选项A 错误;②是β衰变,释放出的电子是原子核中的中子转变成质子与电子后,电子被释放出,原子核由质子与中子组成,选项B错误;③是卢瑟福发现质子的反应方程,选项C错误;④是核聚变,又称为热核反应,在受控核聚变方面,中国利用“环流器”的磁约束和利用“神光Ⅲ”的惯性约束技术居于世界领先地位,选项D正确。

核力与结合能课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)下列说法正确的是()A.除11H外一切原子核均具有结合能B.与较轻或较重的核相比,中等大小的核更稳定C.比结合能大小反映核的稳定程度D.比结合能越小的原子核越稳定1H外的原子核均有两个或两个以上的核子,故都有结合能,故A正确;比结合能的大小反映了1原子核的稳定性,中等大小核的比结合能大于较重或较轻核的比结合能,所以中等大小核的稳定性最好,故B、C正确,D错误。

2.(多选)一个质子和一个中子结合成氘核,同时放出γ光子,核反应方程是11H+01n→12H+γ,以下说法中正确的是()A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B.反应前后的质量数不变,因而质量不变C.反应前后质量数不变,但会出现质量亏损D.γ光子的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光在真空中的速度,由于反应中要释放核能,会出现质量亏损,反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和,所以质量不守恒,但质量数不变,且能量守恒,释放的能量会以光子的形式向外释放,故正确选项为A、C、D。

3.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(υe)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615 t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υe+1737Cl→1837Ar+-10e,已知1737Cl核的质量为36.956 58 u,1837Ar核的0e质量为0.000 55 u,1 u对应的能量为931.5 MeV。

根据以上数据,可以判断参与质量为36.956 91 u,-1上述反应的电子中微子的最小能量为()A.0.82 MeVB.0.31 MeVC.1.33 MeVD.0.51 MeV:Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u,再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量:ΔE=Δmc2=0.000 88 u×931.5 MeV=0.82 MeV,故选项A是正确的。

核反应类型动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用[学习目标] 1.了解四种核反应的特征，会根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程. 2.熟练掌握核能的计算方法.3.学会结合动量守恒定律和能量守恒定律解决核反应相关问题．一、四种核反应1．四种核反应的理解(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化．①α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2Y＋0－1e②β衰变：A Z X→AZ＋1(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．①质子的发现：14 7N＋42He→17 8O＋11H(卢瑟福)②中子的发现：94Be＋42He→12 6C＋10n(查德威克)③放射性同位素和正电子的发现：27Al＋42He→3015P＋10n1330P→3014Si＋0＋1e15(3)核裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作核裂变．235U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n92235U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n92(4)核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变．2H＋31H→42He＋10n12．解题时的注意事项(1)熟记一些粒子的符号：α粒子(42He)、质子(11H或p)、中子(10n)、电子(0－1e)、氘核(21H)、氚核(31H)．(2)在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．例1(2021·汕头市高二期末)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列关于核反应方程的说法正确的是：()A．衰变方程238 92U→234 90Th＋X中X是质子B．核裂变反应方程235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋b10n中b＝3C．核聚变反应方程31H＋21H→42He＋a10n中a＝2D．衰变方程234 90Th→234 91Pa＋Y中Y是中子针对训练在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是______，属于核裂变的是______，属于核聚变的是________．(填正确答案前的字母)A.14 6C→14 7N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC.238 92U→234 90Th＋42HeD.14 7N＋42He→17 8O＋11HE.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10n例2(2021·淮安市期中)嫦娥四号探测器上安装了一块核电池，利用放射性同位素发射的高能射线照射热电元件，将热能转化为电能，符合这种核电池原理的核反应方程是()A.21H＋31H→42He＋10nB.14 7N＋42He→17 8O＋11HC.238 94Pu→42He＋234 92UD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n二、动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用动量守恒定律和能量守恒定律作为力学的两大规律，不仅适用于宏观物体的相互作用，也适用于微观粒子的相互作用．原子核的衰变、人工核转变、核聚变反应中同样遵循动量守恒和能量守恒．例3英国物理学家考克饶夫和爱尔兰物理学家瓦尔顿建造了一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核(73Li)，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核．(1)写出核反应方程式；(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能．(设反应过程释放的核能全部转变为动能)例4(2021·江苏常州市第二中学高二期中)一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.028 7 u)，已知1 u 相当于931.5 MeV的能量(结果保留三位有效数字)．(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？计算核能的常用方法1．根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．2．根据1 u相当于931.5 MeV能量来计算．3．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能．针对训练(2021·菏泽市高二期末)太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．若已知两个氘核21H聚变产生一个中子10n和一个氦核32He.已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量．则：(计算结果保留两位小数)(1)写出核反应方程；(2)求核反应中释放的核能；(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．。

第五章章末综合训练(五)一、选择题1.(北京海淀高二阶段练习)关于原子核83210Bi,下列说法正确的是( )A.核外有83个电子,核内有127个质子B.核外有83个电子,核内有83个质子C.核内有83个质子,210个中子D.核内有210个核子2.(海南高二阶段练习)已知碘131发生β衰变的方程为53131I X+β,则X原子核内中子数为( )A.54B.77C.78D.1313.(四川德阳五中阶段练习)下列核反应方程正确的是( )0eA.铀核发生α衰变的核反应方程是92238U Th+-1B.轻核聚变反应方程12H+13H He+X中,X表示中子C.铀核裂变的一种核反应方程为92235U Ba+3689Kr+201n0eD.614C发生β衰变的核反应方程为614C B+-14.(贵州毕节高二期中)如图所示,一个原子核次α衰变、n次β衰变,生成稳定的原子核Y,则( )A.m=8,n=6B.m=6,n=8C.m=4,n=10D.m=2,n=125.(江苏南通中学阶段练习)药物浓度的衰减与原子核衰变的规律相似。

服用某药物后血浆中药物浓度的最大值为20 μg/mL,药物浓度低于3μg/mL就要补充用药,若6 h要服用一次药物,由此可推断服用药物后血浆中药物浓度下降的半衰期约为( )A.1 hB.2 hC.3 hD.4 h6.(安徽高二阶段练习)镅是一种人工获得的放射性元素,符号Am,原子序数95,具有强放射性,化学性质活泼,是同位素测厚仪和同位素X荧光仪等的放射源,常用于薄板测厚仪、温度计、火灾自动报警仪及医学上。

其衰变方程为95241Am Np+核的质量为m1,93237Np核的质量为m2,X的质量为m3,真空中的光速为c,下列说法正确的是( )A.该衰变为β衰变B.95241Am的结合能为(m1-m2-m3)c2C.95241Am的比结合能小于93237Np的比结合能D.衰变后93237Np核核外电子处于高能级,向低能级跃迁发出γ射线7.(全国甲卷)在下列两个核反应方程中X+714N Y+817OY+37Li2XX和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则( )A.Z=1,A=1B.Z=1,A=2C.Z=2,A=3D.Z=2,A=48.(湖南卷)4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是( )A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B.氘氚核聚变的核反应方程为12H+13H He+-10eC.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损9.(全国乙卷)10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。

分层作业25 核力与结合能A组必备知识基础练题组一核力与四种基本相互作用1.关于自然界中四种基本相互作用,下列说法正确的是( )A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当B.原子核内任意两个核子间都存在核力C.核力是强相互作用,一定是引力D.弱相互作用是短程力2.科学研究表明,自然界存在四种基本相互作用。

我们知道分子之间存在相互作用的引力和斥力,那么分子间作用力实质上是属于( )A.引力相互作用B.电磁相互作用C.强相互作用和弱相互作用的共同作用D.四种基本相互作用的共同作用题组二对结合能和比结合能的理解3.(云南普洱高二期末)下列关于结合能和比结合能的说法正确的是( )A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大C.重核与中等质量的原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大D.中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大4.中子和质子结合成氘核的核反应中发生质量亏损,放出能量,核反应方程为01n+H+3.5×10-13 J,据此计算出12H原子核的平均结合能为( ) A.3.5×10-13 J B.1.75×10-13 JC.2.1×10-12 JD.4.2×10-12 J5.原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示,根据该曲线对核能的认识正确的是( )A.质量数越大,比结合能越大B.质量较小的轻核结合成质量较大的重核时要吸收能量;质量较大的重核分裂成质量较小的轻核时要放出能量C.质量较大的重核和质量较小的轻核比结合能都较小,但轻核的比结合能还有些起伏D.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量题组三质量亏损核能的计算6.(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献,联合国将定为“国际物理年”。

对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法正确的是( )A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一个质子结合成氘核时释放出核能,表明此过程中出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应时释放的核能7.(山西阳泉高二期末)我国高海拔宇宙射线观测站“拉索”首次完整记录迄今最亮“宇宙烟花”——伽马射线暴GRB221009A爆发全过程,并精确测量了迄今最亮伽马暴的高能辐射能谱,据此为检验相对论的适用范围提供了重要信息。

第五章原子核1.原子核的组成............................................................................................................... - 1 -2. 放射性元素的衰变..................................................................................................... - 6 -3.核力与结合能............................................................................................................. - 12 -4.核裂变与核聚变“基本”粒子............................................................................. - 18 -章末综合测验................................................................................................................ - 23 -1.原子核的组成1．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从()A．发现电子开始的B．发现质子开始的C．进行α粒子散射实验开始的D．发现天然放射现象开始的D[自从贝克勒尔发现天然放射现象，科学家对放射性元素、射线的组成、产生的原因进行了大量的研究，逐步认识到原子核的复杂结构，选项D正确。

] 2．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是()A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用B[因α射线的电离作用使空气电离，从而使带电体所带的电荷很快消失，选项B正确。