2020届高考物理总复习第十五单元近代物理第3讲天然放射现象核反应核能教师用书含解析.pdf

第 3 讲 天然放射现象 核反应 核能第 3 讲 天然放射现象 核反应 核能 1放射性元素的衰变 (1)原子核的组成 原子核的组成:原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。 原子核的符号 同位素:具有相同的质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置,它 们互称为同位素。例如,氢有三种同位素HHH。 11、21、31 (2)天然放射现象 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,说明原子核具 有复杂的结构。 三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 射线、 射线、 射线。 (3)原子核的衰变 衰变:原子核自发放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰 变。两类衰变的核反应方程分别为: 衰变XYHe:AZA - 4 Z - 2 + 4 2 衰变XYe:AZ A Z + 1 + 0 - 1 半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因 素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。 1.1(2019 江西临川一中月考)(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( )。 A.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 B.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 C.、 和 三种射线中, 射线的穿透能力最强 D.一个原子核在一次衰变中可同时放出 、 和 三种射线 【答案】ABC 1.2(2019 四川广安市考试)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.X1Ban B.X2Xee 137 56 + 1 0 131 54 + 0 - 1 C.X3BaeD.X4Xep 137 56 + 0 - 1 131 54 + 1 1 【答案】B C 78 82 2核力与结合能 (1)核力 定义:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。 特点:a.核力是强相互作用的一种表现。 b.核力是短程力,作用范围在 1.5×10-15m 之内。 c.每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。 (2)结合能 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,叫作原子核的结合 能,亦称核能。 (3)比结合能 定义:原子核的结合能与核子数之比,称作比结合能,也叫平均结合能。 意义:不同原子核的比结合能不同,某种原子核的比结合能越大,说明核子结合成该种 原子核时平均释放的能量越多,核子结合得越牢固,该种原子核越稳定。 (4)质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E=mc2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m,这就是 质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能 E=mc2。 2.1(2019 杭州质检)(多选)下列对结合能、比结合能的认识中正确的是( )。 A.一切原子核均具有结合能 B.自由核子结合为原子核时,可能吸收能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.比结合能越大的原子核越稳定 【答案】AD 2.2(2018 福建四校联考)已知氦原子的质量为MHeu,电子的质量为meu,质子的质量为mpu,中 子的质量为mnu,u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知 1u 对应 931.5MeV 的 能量,若取光速c=3×108m/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(mp+mn)-MHe×931.5MeV B.2(mp+mn+me)-MHe×931.5MeV C.2(mp+mn+me)-MHe·c2J D.2(mp+mn)-MHe·c2J 【答案】B 3核裂变、核聚变 (1)重核裂变 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。 典型的裂变反应方程: UnKrBa+n。 235 92 + 1 08936 + 144 56 310 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。 (2)轻核聚变 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。 典型的聚变反应方程: HHHen+17.6MeV。 21+ 3 142 + 1 0 3.1(2019 云南昆明质量检测)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式 是UnBa+Kr+n。下列说法正确的有( )。 235 92 + 1 014456 89 36 310 A.上述裂变反应中伴随着中子放出 B.铀块体积对链式反应的发生无影响 C.铀核的链式反应可人工控制 D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响 【答案】AC 3.2(2018海口期末考试)氘和氚发生聚变反应的方程式是HHHen+17.6MeV,若有 21+ 3 142 + 1 0 2g 氘和 3g 氚全部发生聚变,NA为阿伏加德罗常数,则释放的能量是( )。 A.NA×17.6MeV B.5NA×17.6MeV C.2NA×17.6MeVD.3NA×17.6MeV 【答案】A 题型 一 原子核的衰变问题 1. 衰变、 衰变的比较 衰变类 型 衰变 衰变 衰变方 程 XY AZA - 4 Z - 2 + 4 2 He XYe AZ A Z + 1 + 0 - 1 衰变实 质 2 个质子和 2 个 中子结合成氦 核H+nHe21121042 1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子nHe 1011+ 0 - 1 匀强磁 场中 轨迹形 状 衰变规 律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.三种射线的比较 射线 名称 比较项目 射线 射线 射线 组成 高速氦 核流 高速电 子流 光子流(高频电磁波) 带电荷量2e-e0 质量4mp mp 1836 静止质量为零 符号He 42e 0 - 1 速度0.1c0.99cc 垂直进入电 场或 磁场的偏转 情况 偏转偏转不偏转 贯穿本领最弱较强最强 对空气的电 离作用 很强较弱很弱 3.对半衰期的理解 (1)半衰期公式:N余=N原,m余=m原。( 1 2) t ( 1 2) t (2)半衰期的物理意义:半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素的 衰变速率一定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差别很大。 (3)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。 (4)半衰期的适用条件:半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规律的总结,对 于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变。 【例 1】(1)原子核U 经放射性衰变变为原子核Th,继而经放射性衰变变为原 238 92 234 90 子核Pa,再经放射性衰变变为原子核U。则放射性衰变、和依次为( )。 234 91 234 92 A. 衰变、 衰变和 衰变 B. 衰变、 衰变和 衰变 C. 衰变、 衰变和 衰变 D. 衰变、 衰变和 衰变 (2)法国科学家贝可勒尔在 1896 年发现了天然放射现象。 如图反映的是放射性元素铀核 衰变的特性曲线。由图可知,铀的半衰期为 年;请在下式的括号中,填入铀在衰变过 程中原子核放出的粒子的符号。 UTh+( )。 238 9223490 【解析】(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒,由题意可得衰变方程分别为: UThHeThPaePaUe,所以 A 项正确。 238 9223490 + 4 2 ,234 90 234 91 + 0 - 1,23491 234 91 + 0 - 1 (2)根据半衰期的定义,由题图坐标轴数据可知,铀的半衰期为 1620 年;由核反应所遵循 的电荷数守恒和质量数守恒可知,衰变过程中放出的粒子的电荷数为Z=92-90=2,质量数为 A=238-234=4,符号为He。 42 【答案】(1)A (2)1620He 4 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X 经过n次 衰变 AZ 和m次 衰变后,变成稳定的新元素Y,则表示该核反应的方程为XY+He+e。 A' Z' AZA' Z' n42m 0 - 1 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=,m=+Z'-Z A - A' 4 A - A' 2 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 衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定 衰变的次数,然后根 据衰变规律确定 衰变的次数。 【变式训练 1】(2019 湖南长沙模拟)(多选)由于放射性元素Np 的半衰期很短,所以 237 93 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Np 经过一系列 237 93 衰变和 衰变后变成Bi,下列判断中正确的是( )。 209 83 ABi 的原子核比Np 的原子核少 28 个中子.209 83 237 93 BBi 的原子核比Np 的原子核少 18 个中子.209 83 237 93 C.衰变过程中共发生了 7 次 衰变和 4 次 衰变 D.衰变过程中共发生了 4 次 衰变和 7 次 衰变 【解析Bi 的中子数为 209-83=126Np 的中子数为 237-93=144Bi 的原子核比】209 83 ,237 93 ,209 83 Np 的原子核少 18 个中子,A 项错误,B 项正确;衰变过程中共发生了=7 次 衰 237 93 237 - 209 4 变,2×7-(93-83)=4 次 衰变,C 项正确,D 项错误。 【答案】BC 题型 二 核反应方程问题 1.核反应的四种类型 类型可控性核反应方程典例 衰 变 自发UThHe 238 9223490 + 4 2 衰 变 衰 变 自发ThPae 234 90 234 91 + 0 - 1 NHeOH(卢瑟福发现质子) 14 7 + 4 2 178+ 1 1 HeBeCn(查德威克发现中子) 42+ 9 4 126+ 1 0人工转 变 人工控 制 AlHe 27 13 + 4 2 Pn30 15 + 1 0 约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子 PSie 30 1530 14 + 0 1 UnBaKr+n 235 92 + 1 014456 + 89 36 310 重核裂 变 比较容 易进 行人工 控制 UnXeSr+1n 235 92 + 1 013654 + 90 38 010 轻核聚 变 除氢弹 外 无法控 制 HHHen 21+ 3 142 + 1 0 2.核反应方程式的书写 (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H)、 中子n)、 (11(10 粒子He)、 粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。(42( 0 - 1 (01(21(31 (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,因为核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。 (3)核反应过程中质量数和电荷数均守恒。 【例 2】(多选)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。下列释 放核能的反应方程,表述正确的有( )。 A.HHHen 是核聚变反应 31+ 2 142 + 1 0 BHHHen 是 衰变.31+ 2 142 + 1 0 CUnBaKr+n 是核裂变反应.235 92 + 1 014456 + 89 36 310 DUnXeSr+n 是 衰变.235 92 + 1 014054 + 94 38 210 【解析】 衰变时释放出电子e), 衰变时释放出氦原子核He),可知 B、D 两项( 0 - 1 (42 错误;A 项中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应;C 项中一个U 原子核吸收一个中子,生成一个Ba 原子核和一个Kr 原子核并释放出三 235 92 144 56 89 36 个中子是核裂变反应,A、C 两项正确。 【答案】AC 核反应方程式的书写应注意的三点要求 (1)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物 来写核反应方程。 (2)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能 用等号连接。 (3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒),核反应过程中反应前后的 总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。 【变式训练 2】(2019 江苏常州阶段模拟)(多选)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He),则下面说法正确的(42 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 3 D.X 核与 Z 核的总电荷数是 Y 核电荷数的 2 倍 【解析】设原子核 X 的符号为X,则原子核 Y 为YXeYHY ab a b - 1,ab 0 + 1 + a b - 1,11 + a b - 1 HeZ,故原子核Z为Z,可见X核比Z核质量数多3个,质子数多2个,A项错误, C42+ a - 3 b - 2 a - 3 b - 2 项正确;X 核的中子数为(a-b),Z 核的中子数为(a-3)-(b-2)=a-b-1,可见 X 核比 Z 核多一个中 子,B 项错误;X 核与 Z 核的总电荷数为 2(b-1),恰好是 Y 核的电荷数的 2 倍,D 项正确。 【答案】CD 题型 三 质能方程的理解与核能的计算问题 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;质量和能量不能互相转化。 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m,其能量也要相应减少,即 E=mc2。 (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 m,吸收的能量 E=mc2。 2.核能的计算方法 (1)根据 E=mc2计算时,m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J” 。 (2)根据 E=m×931.5MeV 计算时,m的单位是“u”,E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。 (4)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算,此时要注意动量、动能关系式 p2=2mEk的应用。 【例 3】(多选)太阳内部持续不断地发生着 4 个质子聚变为一个氦核的热核反应,这个 核反应释放出的大量能量就是太阳能的来源。 已知mp=1.0073u,m=4.0015u,me=0.00055u,1u 相当于 931.5MeV,太阳的质量为 2×1030kg,则下列说法中正确的是( )。 A.太阳内部的核反应方程为HHe+e41142201 B.太阳内 4 个质子核反应能释放出的能量约为 24.78MeV C.若太阳每秒释放的能量为 3.8×1026J,则太阳每秒减小的质量约为 4.2×108kg D.若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行,则太阳还能存在约 4.4×109年 【解析】太阳内部的核反应方程为HHe+e,所以 A 项正确;这一核反应的质量亏损41142201 m=4mp-m-2me=0.0266u,释放的能量E=mc2=0.0266×931.5MeV24.78MeV,所以B项正 确;由E=mc2得,太阳每秒减少的质量m=kg4.2×109kg,所以C项错误; E c2 3.8 × 1026 (3.0 × 108)2 太 阳 的 质 量 为2×1030kg,太 阳 还 能 存 在 的 时 间t= M m 2 × 1030× 3 × 10 - 4 4.2 × 109 s1.4×1017s=4.4×109年,所以 D 项正确。 【答案】ABD 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 m利用 E=mc2 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,因此可以结合动量守恒和能量守恒定律来计 算核能。 【变式训练 3】 (2018 重庆期末)(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 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Cs)的结合能小于铅原子核Pb)的结合能(133 55 (208 82 D.比结合能越大,原子核越不稳定 【解析】结合能是把核子分开所需的最小能量,A 项正确;一重原子核衰变成 粒子和 另一原子核,存在质量亏损,核子比结合能增大,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的 结合能,B 项正确;核子数越多,结合能越大,C 项正确;比结合能也叫平均结合能,比结合能越 大,分开每个核子所需的能量越大,原子核越稳定,D 项错误。 【答案】ABC 题型 四 核反应中的动量守恒问题 1.核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化 为生成的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的 新核和新粒子的动能及光子的能量。 一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和 等于反应后原子核的总动能。 2.核反应过程遵循动量守恒定律:反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量。 3.解决核反应与动量及能量守恒定律综合问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出 的核能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解。 【例 4】 (多选)现有两动能均为E0=0.35MeV 的H 在一条直线上相向运动,两个H 发生 21 21 对撞后能发生核反应,得到He 和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为He 和 32 32 新粒子的动能。已知H 的质量为 2.0141uHe 的质量为 3.0160u,新粒子的质量为 1.0087u, 21,32 核反应时质量亏损 1u 释放的核能约为 931MeV(如果涉及计算,结果保留整数)。则下列说法 正确的是( )。 A.核反应方程为HHHeH 21+ 2 132 + 1 1 B.核反应前后不满足能量守恒定律 C.新粒子的动能约为 3MeV DHe 的动能约为 1MeV.32 【解析】 由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知HHHen,则新粒子为中 21+ 2 132 + 1 0 子n,所以A项错误;核反应过程中质量亏损,释放能量,亏损的质量转变为能量,仍然满足能 10 量守恒定律,B 项错误;由题意可知E=(2.0141u×2-3.0160u- 1.0087u)×931MeV/u3.3MeV,根据核反应中系统的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+E,根据核反 应 中 系 统 的 动 量 守 恒 有pHe-pn=0,由Ek=,可 知=,解 得EkHe= p2 2m EkHe Ekn mn mHe mn mn+ mHe ·(2E0+E)1MeV,Ekn=(2E0+E)3MeV,所以 C、D 两项正确。 mHe mn+ mHe 【答案】CD 【变式训练4】 (2019黑龙江质检)一静止原子核发生衰变,生成一粒子及一新核, 粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场,其运动轨迹是半径为R的圆。 已知 粒子的 质量为m,电荷量为q;新核的质量为M;光在真空中的速度大小为c。 求衰变前原子核的质量。 【解析】设衰变产生的 粒子的速度大小为v,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得 qvB=m v2 R 设衰变后新核的速度大小为v',衰变前后动量守恒,有 0=Mv'-mv 设衰变前原子核质量为M0,衰变前后能量守恒,有 M0c2=Mc2+ Mv'2+mc2+ mv2 1 2 1 2 解得M0=(M+m)。 1 + (qBR)2 2Mmc2 【答案】(M+m)1 + (qBR)2 2Mmc2 1.(2018 齐鲁模拟)下列说法正确的是( )。 A.在核反应过程的前后,反应体系的质量数守恒,但总质量一定减少 B.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 C.18 个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有 9 个发生了衰变 D.由两种元素的原子核结合成一种新元素的原子核时,一定吸收能量 【解析】核反应前后质量数和质量都守恒,但质量有增加的也有减少的,A 项错误;半衰 期是宏观统计概念,C 项错误,核聚变释放能量,D 项错误。 【答案】B 2.(2019吉林月考)(多选)据媒体报道,叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡, 英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药放射性元素钋Po)。若该元素发生(210 84 衰变,其半衰期是 138 天,衰变方程为PoXHe+,则下列说法中正确的是( )。 210 84 + 4 2 A.X 原子核含有 124 个中子 B.X 原子核含有 206 个核子 C. 射线具有很强的电离能力 D.100g 的Po 经 276 天,已衰变的质量为 75g 210 84 【解析】X 原子核中的核子数为 210-4=206(个),B 项正确;中子数为 206-(84- 2)=124(个),A 项正确; 射线的电离能力很弱,C 项错误;经过两个半衰期,剩余的钋的质量 为原来的四分之一,则已衰变的质量为原来的四分之三,D 项正确。 【答案】ABD 3.(2018 太原模拟)我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了 一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产 生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是( )。 AHHHen.31+ 2 142 + 1 0 BUnBakr+n.235 92 + 1 014156 + 92 36 310 CPuAme.238 94 238 95 + 0 - 1 DAlHePn.27 13 + 4 2 30 15 + 1 0 【解析】 A 是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段,B 是裂变 反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高还不能小型化,C 是人工放射性同位 素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式,D 是人工核反应,需要高能 粒子,故 选 C 项。 【答案】C 4.(2018 银川高中二模U 的衰变有多种途径,其中一种途径是先衰变成Bi,然后可以)238 92 210 83 经一次衰变变成X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成Ti,最后都衰变成Pb, 210 a b 81 206 92 衰变路径如图所示,下列说法中正确的是( )。 A.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变 B.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变 C.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变 D.过程是 衰变,过程是 衰变;过程是 衰变,过程是 衰变 【解析】Bi 经过变化为 X,质量数没有发生变化,为 衰变,经过变化为 Pb,质量数 数少 4,为 衰变,过程变化为 Ti,电荷数少 2,为 衰变,过程的电荷数增加 1,为 衰 变。故 A、C、D 三项错误,B 项正确。 【答案】B 5.(2019 海口第一中学摸底考试)(多选)某实验室工作人员,用初速度为v0=0.09c(c为真空 中的光速)的 粒子,轰击静止在匀强磁场中的钠原子核Na,产生了质子。若某次碰撞可 23 11 看作对心正碰,碰后新核的运动方向与 粒子的初速度方向相同,质子的运动方向与新核运 动方向相反,它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。 通过分析轨迹半径,可得出新 核与质子的速度大小之比为 110,已知质子质量为m,则( )。 A.该核反应方程是HeNaMgH 42+ 23 11 26 12 + 1 1 B.该核反应方程是HeNaMgn 42+ 23 11 26 12 + 1 0 C.质子的速度约为 0.225c D.质子的速度为 0.25c 【解析】根据质量数和电荷数守恒可知,新原子核的质量数m=23+4-1=26,核电荷数 z=11+2-1=12,核反应方程为HeNaMgH,A项正确,B项错误;质子质量为m,则 42+ 23 11 26 12 + 1 1 粒子、新核的质量分别为 4m、26m,设质子的速度为v,对心正碰,选取 粒子运动的方向为 正方向,则由动量守恒得 4mv0=26m·-mv,解得v=0.225c,C 项正确,D 项错误。 v 10 【答案】AC 6.(2019 山东烟台二中月考)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个 光 子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。 下列说法正确的是( )。 A.核反应方程是HnH+ 11+ 1 031 B.聚变反应中的质量亏损 m=m1+m2-m3 C.辐射中的 光子的能量E=(m3-m1-m2)c D. 光子的波长= h (m1+ m2- m3)c2 【解析】根据核反应过程中的质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为Hn 11+ 1 021 H+,A项错误;聚变过程中辐射出光子,质量亏损m=m1+m2-m3,B项正确;由质能方程可知, 辐 射 出 的 光 子 的 能 量E=(m1+m2-m3)c2,C 项 错 误 ;由E=可 知 , 光 子 的 波 长= hc ,D 项错误。 h (m1+ m2- m3)c 【答案】B 1.(2018 全国卷,14)1934 年,约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核Al,产生了第一个人 27 13 工放射性核素 X:Aln+X。X 的原子序数和质量数分别为( )。+ 27 13 A.15 和 28B.15 和 30 C.16 和 30D.17 和 31 【解析】 将核反应方程式改写成HeAln+X,由电荷数和质量数守恒知,X 应为 42+ 27 13 10 30 15 X,B 项正确。 【答案】B 2.(2018 北京卷,13)在核反应方程HeNO+X 中,X 表示的是( )。 42+ 14 717 8 A.质子B.中子C.电子D. 粒子 【解析】核反应方程中,电荷数守恒和质量数守恒,X 为H,A 项正确。 11 【答案】A 3.(2018 天津卷,1)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于 2017 年 8 月 28 日首次打 靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。 下列核反应 中放出的粒子为中子的是( )。 AN 俘获一个 粒子,产生O 并放出一个粒子.14 7 178 BAl 俘获一个 粒子,产生P 并放出一个粒子.27 13 30 15 CB 俘获一个质子,产生Be 并放出一个粒子.11 5 84 DLi 俘获一个质子,产生He 并放出一个粒子.63 32 【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒,各选项核反应方程如下 A 项NHeOH:14 7 + 4 2 + 1 1 B 项AlHePn:27 13 + 4 2 + 1 0 C 项BHBeHe:11 5 + 1 1 + 4 2 D 项LiHHeHe:63+ 1 1 + 4 2 因此上述核反应中的放出的粒子为中子的是 B 项。 【答案】B 4.(2017 全国卷,17)大科学工程 “人造太阳” 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。 氘核聚变反应方程是HHHen。已知H 的质量为 2.0136uHe 的质量为 3.0150u:21+ 2 132 + 1 0 21,32 n 的质量为 1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )。,10 A.3.7MeVB.3.3MeV C.2.7MeVD.0.93MeV 【解析】氘核聚变反应的质量亏损 m=2.0136u×2-3.0150u-1.0087u=0.0035u,由爱因 斯坦质能方程可得释放的核能E=0.0035×931MeV3.3MeV,B 项正确。 【答案】B 5.(2017 全国卷,15)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核,衰变方程为UTh 238 9223490 He。下列说法正确的是( )。+ 4 2 A.衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D.衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 【解析】衰变过程动量守恒,生成的钍核的动量与 粒子的动量等大反向,根据Ek=, p2 2m 可知衰变后钍核的动能小于 粒子的动能,所以 B 项正确,A 项错误;半衰期是一半数量的铀 核衰变所需要的时间,C 项错误;衰变过程放出能量,质量发生亏损,D 项错误。 【答案】B 6.(2017 天津卷,1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构 认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是 ( )。 AHHHen.21+ 3 142 + 1 0 BNHeOH.14 7 + 4 2 178+ 1 1 CHeAlPn.42+ 27 13 30 15 + 1 0 DUnBaKr+n.235 92 + 1 014456 + 89 36 310 【解析】HHHen 是核聚变反应方程,A 项正确NHeOH 是原子 21+ 3 142 + 1 0 ;147+ 4 2 178+ 1 1 核的人工转变反应方程,B 项错误HeAlPn 是居里夫妇发现人工放射性的核反;42+ 27 13 30 15 + 1 0 应方程,C 项错误UnBaKr+n 是铀核裂变的反应方程,D 项错误。;235 92 + 1 014456 + 89 36 310 【答案】A