2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十五單元 近代物理 第3講 天然放射現(xiàn)象 核反應(yīng) 核能練習(xí)（含解析）新人教版

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1、第3講　天然放射現(xiàn)象　核反應(yīng)　核能 1 放射性元素的衰變 　　(1)原子核的組成 ①原子核的組成:原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。 ②原子核的符號(hào) ③同位素:具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核,在元素周期表中處于同一位置,它們互稱為同位素。例如,氫有三種同位素?11H、12H、13H。 (2)天然放射現(xiàn)象 ①天然放射現(xiàn)象 元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象,首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 ②三種射線:放射性元素放射出的射線共有三種,分別是α射線、β射線、γ射線。 (3)原子核的衰變 ①衰變:原子核自發(fā)放出

2、α粒子或β粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。兩類衰變的核反應(yīng)方程分別為: α衰變:ZAX→Z-2A-4Y+24He β衰變:ZAX→Z+1AY+-10e ②半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。 1.1 (2019江西臨川一中月考)(多選)關(guān)于天然放射性,下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān) B.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性 C.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng) D.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線 【答案】ABC

3、 1.2 (2019四川廣安市考試)2011年3月11日,日本發(fā)生九級(jí)大地震,造成福島核電站嚴(yán)重的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素,它們通過(guò)一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射。在下列四個(gè)式子中,有兩個(gè)能分別反映131I和137Cs的衰變過(guò)程,它們分別是　　　　和　　　　(填入正確選項(xiàng)前的字母)。131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是　　　　和　　　　。? A.X1?56137Ba+01n　　　　　B.X2?54131Xe+-10e C.X3?56137Ba+-10e D.X4?54131Xe+11p 【答案】B　C　78　82 2 核力與結(jié)合能

4、 　　(1)核力 ①定義:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。 ②特點(diǎn):a.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)。 b.核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi)。 c.每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。 (2)結(jié)合能 核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量,叫作原子核的結(jié)合能,亦稱核能。 (3)比結(jié)合能 ①定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱作比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。 ②意義:不同原子核的比結(jié)合能不同,某種原子核的比結(jié)合能越大,說(shuō)明核子結(jié)合成該種原子核時(shí)平均釋放的能量越多,核子結(jié)合得越牢固,該種原子核越穩(wěn)定。 (4)質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損

5、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2。 2.1 (2019杭州質(zhì)檢)(多選)下列對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)中正確的是(　　)。 A.一切原子核均具有結(jié)合能 B.自由核子結(jié)合為原子核時(shí),可能吸收能量 C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 【答案】AD 2.2 (2018福建四校聯(lián)考)已知氦原子的質(zhì)量為MHeu,電子的質(zhì)量為meu,質(zhì)子的質(zhì)量為mpu,中子的質(zhì)量為mnu,u為原子質(zhì)量單位,且由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2可知1 u對(duì)應(yīng)931.5 MeV的能量,若取光速c

6、=3×108 m/s,則兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變成一個(gè)氦核,釋放的能量為(　　)。 A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV C.[2(mp+mn+me)-MHe]·c2 J D.[2(mp+mn)-MHe]·c2 J 【答案】B 3 核裂變、核聚變 　　(1)重核裂變 ①定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。 ②典型的裂變反應(yīng)方程: ?92235U+01n→3689Kr+56144Ba+301n。 ③鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代

7、繼續(xù)下去的過(guò)程。 (2)輕核聚變 ①定義:兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫熱核反應(yīng)。 ②典型的聚變反應(yīng)方程: ?12H+13H→24He+01n+17.6 MeV。 3.1 (2019云南昆明質(zhì)量檢測(cè))(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來(lái)源,其一種裂變反應(yīng)式是?92235U+01n→56144Ba+?3689Kr+301n。下列說(shuō)法正確的有(　　)。 A.上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出 B.鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無(wú)影響 C.鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制 D.鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響 【答案】AC 3.2 (2018?？谄谀?/p>

8、考試)氘和氚發(fā)生聚變反應(yīng)的方程式是?12H+13H→24He+01n+17.6 MeV,若有2 g氘和3 g氚全部發(fā)生聚變,NA為阿伏加德羅常數(shù),則釋放的能量是(　　)。 A.NA×17.6 MeV　　B.5NA×17.6 MeV C.2NA×17.6 MeV D.3NA×17.6 MeV 【答案】A 題型一 原子核的衰變問(wèn)題 　　1.α衰變、β衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 ?ZAX→Z-2A-4Y+24He ?ZAX→Z+1AY+-10e 衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成氦核211H+201n→24He 1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子

9、和1個(gè)電子?01n→11H+-1　0e 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 軌跡形狀　 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒 　　2.三種射線的比較 　　　射線名稱 比較項(xiàng)目　　　 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速電子流 光子流(高頻電磁波) 帶電荷量 2e -e 0 質(zhì)量 4mp mp1836 靜止質(zhì)量為零 符號(hào) ?24He ?-1　0e γ 速度 0.1c 0.99c c 垂直進(jìn)入電場(chǎng)或 磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)情況 偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 貫穿本領(lǐng) 最弱 較強(qiáng) 最強(qiáng) 對(duì)空氣的電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱

10、　　3.對(duì)半衰期的理解 (1)半衰期公式:N余=N原12tτ,m余=m原12tτ。 (2)半衰期的物理意義:半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量,同一放射性元素的衰變速率一定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差別很大。 (3)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系。 (4)半衰期的適用條件:半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié),對(duì)于一個(gè)特定的原子核,無(wú)法確定何時(shí)發(fā)生衰變。 【例1】(1)原子核?92238U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?90234Th,繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?91234Pa,再經(jīng)放射性衰變③

11、變?yōu)樵雍?92234U。則放射性衰變①、②和③依次為(　　)。 A.α衰變、β衰變和β衰變 B.β衰變、α衰變和β衰變 C.β衰變、β衰變和α衰變 D.α衰變、β衰變和α衰變 (2)法國(guó)科學(xué)家貝可勒爾在1896年發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。如圖反映的是放射性元素鈾核衰變的特性曲線。由圖可知,鈾的半衰期為　　　　年;請(qǐng)?jiān)谙率降睦ㄌ?hào)中,填入鈾在衰變過(guò)程中原子核放出的粒子的符號(hào)。? ?92238U→90234Th+(　　)。 【解析】(1)衰變過(guò)程中電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒,由題意可得衰變方程分別為: ?92238U→90234Th+24He,90234Th→91234Pa+-1　0e,

12、91234Pa→91234U+-1　0e,所以A項(xiàng)正確。 (2)根據(jù)半衰期的定義,由題圖坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)可知,鈾的半衰期為1620年;由核反應(yīng)所遵循的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知,衰變過(guò)程中放出的粒子的電荷數(shù)為Z=92-90=2,質(zhì)量數(shù)為A=238-234=4,符號(hào)為?24He。 【答案】(1)A　(2)1620　24He 　　衰變次數(shù)的確定方法 方法一:確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律,設(shè)放射性元素?ZAX經(jīng)過(guò)n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素?Z'A'Y,則表示該核反應(yīng)的方程為?ZAX→Z'A'Y+n24He+m-1　0e。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程 A=A'+4

13、n,Z=Z'+2n-m 由以上兩式聯(lián)立解得n=A-A'4,m=A-A'2+Z'-Z 由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個(gè)二元一次方程組。 方法二:因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響,可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。 【變式訓(xùn)練1】(2019湖南長(zhǎng)沙模擬)(多選)由于放射性元素?93237Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn),只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知?93237Np經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變后變成?83209Bi,下列判斷中正確的是(　　)。 A.83209Bi的原子核比?93237Np的原子核少28個(gè)中子 B.83209Bi的原子

14、核比?93237Np的原子核少18個(gè)中子 C.衰變過(guò)程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變 D.衰變過(guò)程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變 【解析】83209Bi的中子數(shù)為209-83=126,93237Np的中子數(shù)為237-93=144,83209Bi的原子核比?93237Np的原子核少18個(gè)中子,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;衰變過(guò)程中共發(fā)生了237-2094=7次α衰變,2×7-(93-83)=4次β衰變,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】BC 題型二 核反應(yīng)方程問(wèn)題 　　1.核反應(yīng)的四種類型 類型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) ?92238U→9023

15、4Th+24He β衰變 自發(fā) ?90234Th→91234Pa+-10e 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 ?714N+24He→817O+11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) ?24He+49Be→612C+01n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子) ?1327Al+24He→1530P+01n 約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素及正電子 1530P→1430Si+10e 重核裂變 比較容易進(jìn) 行人工控制 ?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n ?92235U+01n→54136Xe+3890Sr+1001n 輕核聚變 除氫彈外 無(wú)法控制 ?12H+13H→24He+01

16、n 　　2.核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě) (1)熟記常見(jiàn)基本粒子的符號(hào),是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正電子(10e)、氘核(12H)、氚核(13H)等。 (2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律,是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù),因?yàn)楹朔磻?yīng)不可逆,所以書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向。 (3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒。 【例2】(多選)能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ),發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一。下列釋放核能的反應(yīng)方程,表述正確的有(　　)。 A.?13H+12H→24He+01n是

17、核聚變反應(yīng) B.13H+12H→24He+01n是β衰變 C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是核裂變反應(yīng) D.92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n是α衰變 【解析】β衰變時(shí)釋放出電子(-10e),α衰變時(shí)釋放出氦原子核(24He),可知B、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤;A項(xiàng)中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反應(yīng);C項(xiàng)中一個(gè)?92235U原子核吸收一個(gè)中子,生成一個(gè)?56144Ba原子核和一個(gè)?3689Kr原子核并釋放出三個(gè)中子是核裂變反應(yīng),A、C兩項(xiàng)正確。 【答案】AC 　　核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)應(yīng)注意的三點(diǎn)要求

18、(1)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫(xiě)核反應(yīng)方程。 (2)核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接。 (3)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒(而不是質(zhì)量守恒),核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能。 【變式訓(xùn)練2】(2019江蘇常州階段模擬)(多選)三個(gè)原子核X、Y、Z,X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核,Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦核(24He),則下面說(shuō)法正確的是(　　)。 A.X核比Z核多一個(gè)質(zhì)子 B.X核比Z核少一個(gè)中子 C.X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的

19、質(zhì)量數(shù)大3 D.X核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍 【解析】設(shè)原子核X的符號(hào)為?baX,則原子核Y為?b-1aY,baX→+10e+b-1aY,11H+b-1aY→24He+b-2a-3Z,故原子核Z為?b-2a-3Z,可見(jiàn)X核比Z核質(zhì)量數(shù)多3個(gè),質(zhì)子數(shù)多2個(gè),A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;X核的中子數(shù)為(a-b),Z核的中子數(shù)為(a-3)-(b-2)=a-b-1,可見(jiàn)X核比Z核多一個(gè)中子,B項(xiàng)錯(cuò)誤;X核與Z核的總電荷數(shù)為2(b-1),恰好是Y核的電荷數(shù)的2倍,D項(xiàng)正確。 【答案】CD 題型三 質(zhì)能方程的理解與核能的計(jì)算問(wèn)題 　　1.對(duì)質(zhì)能方程的理解 (1)一定的能量和一定的質(zhì)

20、量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2。 方程的含義:物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量減少,質(zhì)量也減少;質(zhì)量和能量不能互相轉(zhuǎn)化。 (2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,即ΔE=Δmc2。 (3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量ΔE=Δmc2。 2.核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算時(shí),Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。 (2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計(jì)算時(shí),Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。 (

21、3)根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能×核子數(shù)。 (4)結(jié)合動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律進(jìn)行分析計(jì)算,此時(shí)要注意動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系式p2=2mEk的應(yīng)用。 【例3】(多選)太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng),這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)能的來(lái)源。已知mp=1.0073 u,mα=4.0015 u,me=0.00055 u,1 u 相當(dāng)于931.5 MeV,太陽(yáng)的質(zhì)量為2×1030 kg,則下列說(shuō)法中正確的是(　　)。 A.太陽(yáng)內(nèi)部的核反應(yīng)方程為411H→24He+210e B.太陽(yáng)內(nèi)4個(gè)質(zhì)子核反應(yīng)能釋放出的能量約為24.78 MeV C.若

22、太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026 J,則太陽(yáng)每秒減小的質(zhì)量約為4.2×108 kg D.若太陽(yáng)質(zhì)量減小萬(wàn)分之三時(shí)熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,則太陽(yáng)還能存在約4.4×109年 【解析】太陽(yáng)內(nèi)部的核反應(yīng)方程為411H→24He+210e,所以A項(xiàng)正確;這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=4mp-mα-2me=0.0266 u,釋放的能量ΔE=Δmc2=0.0266×931.5 MeV≈24.78 MeV,所以B項(xiàng)正確;由ΔE=Δmc2得,太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量Δm=ΔEc2=3.8×1026(3.0×108)2kg≈4.2×109 kg,所以C項(xiàng)錯(cuò)誤;太陽(yáng)的質(zhì)量為2×1030 kg,太陽(yáng)還能存在的時(shí)間t=ΔM

23、Δm=2×1030×3×10-44.2×109 s≈1.4×1017 s=4.4×109年,所以D項(xiàng)正確。 【答案】ABD 　　核能求解的思路方法 (1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖: 書(shū)寫(xiě)核反 應(yīng)方程→計(jì)算質(zhì)量 虧損Δm→利用ΔE=Δmc2 計(jì)算釋放的核能 (2)在動(dòng)量守恒方程中,各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示。 (3)核反應(yīng)遵守動(dòng)量守恒和能量守恒定律,因此可以結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能。 【變式訓(xùn)練3】(2018重慶期末)(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能,下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰變成α粒子和

24、另一原子核,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能 C.銫原子核(55133Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(82208Pb)的結(jié)合能 D.比結(jié)合能越大,原子核越不穩(wěn)定 【解析】結(jié)合能是把核子分開(kāi)所需的最小能量,A項(xiàng)正確;一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,存在質(zhì)量虧損,核子比結(jié)合能增大,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能,B項(xiàng)正確;核子數(shù)越多,結(jié)合能越大,C項(xiàng)正確;比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能,比結(jié)合能越大,分開(kāi)每個(gè)核子所需的能量越大,原子核越穩(wěn)定,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】ABC 題型四 核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒問(wèn)題 　　1.核反應(yīng)過(guò)程遵循能量守恒定律:在無(wú)光子輻射的情況下,

25、核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能;有光子輻射的情況下,核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能及光子的能量。一般認(rèn)為核反應(yīng)放出的能量與反應(yīng)前原子核的動(dòng)能之和等于反應(yīng)后原子核的總動(dòng)能。 2.核反應(yīng)過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律:反應(yīng)前原子核的總動(dòng)量等于反應(yīng)后原子核的總動(dòng)量。 3.解決核反應(yīng)與動(dòng)量及能量守恒定律綜合問(wèn)題時(shí),首先應(yīng)用質(zhì)能方程求出核反應(yīng)釋放出的核能,其次根據(jù)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律列出相應(yīng)的方程,最后聯(lián)立求解。 【例4】(多選)現(xiàn)有兩動(dòng)能均為E0=0.35 MeV的?12H在一條直線上相向運(yùn)動(dòng),兩個(gè)?12H發(fā)生對(duì)撞后能發(fā)生核反應(yīng),得到?23He和新粒子,且在核

26、反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為?23He和新粒子的動(dòng)能。已知?12H的質(zhì)量為2.0141 u,23He的質(zhì)量為3.0160 u,新粒子的質(zhì)量為1.0087 u,核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計(jì)算,結(jié)果保留整數(shù))。則下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.核反應(yīng)方程為?12H+12H→23He+11H B.核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律 C.新粒子的動(dòng)能約為3 MeV D.23He的動(dòng)能約為1 MeV 【解析】由核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知?12H+12H→23He+01n,則新粒子為中子?01n,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤;核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損,釋放能量,虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)變

27、為能量,仍然滿足能量守恒定律,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由題意可知ΔE=(2.0141 u×2-3.0160 u-1.0087 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV,根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒有pHe-pn=0,由Ek=p22m,可知EkHeEkn=mnmHe,解得EkHe=mnmn+mHe·(2E0+ΔE)≈1 MeV,Ekn=mHemn+mHe(2E0+ΔE)≈3 MeV,所以C、D兩項(xiàng)正確。 【答案】CD 【變式訓(xùn)練4】(2019黑龍江質(zhì)檢)一靜止原子核發(fā)生α衰變,生成一α粒子及一新核,α粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其運(yùn)動(dòng)

28、軌跡是半徑為R的圓。已知α粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q;新核的質(zhì)量為M;光在真空中的速度大小為c。求衰變前原子核的質(zhì)量。 【解析】設(shè)衰變產(chǎn)生的α粒子的速度大小為v,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得 qvB=mv2R 設(shè)衰變后新核的速度大小為v',衰變前后動(dòng)量守恒,有 0=Mv'-mv 設(shè)衰變前原子核質(zhì)量為M0,衰變前后能量守恒,有 M0c2=Mc2+12Mv'2+mc2+12mv2 解得M0=(M+m)1+(qBR)22Mmc2。 【答案】(M+m)1+(qBR)22Mmc2 1.(2018齊魯模擬)下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.在核反應(yīng)過(guò)程的前后,反應(yīng)體系的質(zhì)量數(shù)守

29、恒,但總質(zhì)量一定減少 B.用加溫、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變?cè)雍怂プ兊陌胨テ? C.18個(gè)放射性元素的原子核經(jīng)一個(gè)半衰期一定有9個(gè)發(fā)生了衰變 D.由兩種元素的原子核結(jié)合成一種新元素的原子核時(shí),一定吸收能量 【解析】核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和質(zhì)量都守恒,但質(zhì)量有增加的也有減少的,A項(xiàng)錯(cuò)誤;半衰期是宏觀統(tǒng)計(jì)概念,C項(xiàng)錯(cuò)誤,核聚變釋放能量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】B 2.(2019吉林月考)(多選)據(jù)媒體報(bào)道,叛逃英國(guó)的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡,英國(guó)警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級(jí)毒藥——放射性元素釙(84210Po)。若該元素發(fā)生α衰變,其半衰期是138天,衰變方程為?84

30、210Po→X+24He+γ,則下列說(shuō)法中正確的是(　　)。 A.X原子核含有124個(gè)中子 B.X原子核含有206個(gè)核子 C.γ射線具有很強(qiáng)的電離能力 D.100 g的?84210Po經(jīng)276天,已衰變的質(zhì)量為75 g 【解析】X原子核中的核子數(shù)為210-4=206(個(gè)),B項(xiàng)正確;中子數(shù)為206-(84-2)=124(個(gè)),A項(xiàng)正確;γ射線的電離能力很弱,C項(xiàng)錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期,剩余的釙的質(zhì)量為原來(lái)的四分之一,則已衰變的質(zhì)量為原來(lái)的四分之三,D項(xiàng)正確。 【答案】ABD 3.(2018太原模擬)我國(guó)科學(xué)家為解決“玉兔號(hào)”月球車長(zhǎng)時(shí)間處于黑夜工作的需要,研制了一種小型核能電池,將

31、核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?需要的功率并不大,但要便于防護(hù)其產(chǎn)生的核輻射。請(qǐng)據(jù)此猜測(cè)“玉兔號(hào)”所用核能電池有可能采納的核反應(yīng)方程是(　　)。 A.13H+12H→24He+01n B.92235U+01n→56141Ba+3692kr+301n C.94238Pu→95238Am+-10e D.1327Al+24He→1530P+01n 【解析】A是聚變反應(yīng),反應(yīng)劇烈,至今可控聚變反應(yīng)還處于各種實(shí)驗(yàn)研究階段,B是裂變反應(yīng),雖然實(shí)現(xiàn)了人工控制,但因反應(yīng)劇烈,防護(hù)要求高還不能小型化,C是人工放射性同位素的衰變反應(yīng),是小型核能電池主要采用的反應(yīng)方式,D是人工核反應(yīng),需要高能α粒子,故選C項(xiàng)

32、。 【答案】C 4.(2018銀川高中二模)92238U的衰變有多種途徑,其中一種途徑是先衰變成?　83210Bi,然后可以經(jīng)一次衰變變成?a210X(X代表某種元素),也可以經(jīng)一次衰變變成?81bTi,最后都衰變成?92206Pb,衰變路徑如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是(　　)。 A.過(guò)程①是β衰變,過(guò)程③是α衰變;過(guò)程②是β衰變,過(guò)程④是α衰變 B.過(guò)程①是β衰變,過(guò)程③是α衰變;過(guò)程②是α衰變,過(guò)程④是β衰變 C.過(guò)程①是α衰變,過(guò)程③是β衰變;過(guò)程②是β衰變,過(guò)程④是α衰變 D.過(guò)程①是α衰變,過(guò)程③是β衰變;過(guò)程②是α衰變,過(guò)程④是β衰變 【解析】Bi經(jīng)過(guò)①變化為X,

33、質(zhì)量數(shù)沒(méi)有發(fā)生變化,為β衰變,經(jīng)過(guò)③變化為Pb,質(zhì)量數(shù)數(shù)少4,為α衰變,過(guò)程②變化為Ti,電荷數(shù)少2,為α衰變,過(guò)程④的電荷數(shù)增加1,為β衰變。故A、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。 【答案】B 5.(2019海口第一中學(xué)摸底考試)(多選)某實(shí)驗(yàn)室工作人員,用初速度為v0=0.09c(c為真空中的光速)的α粒子,轟擊靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的鈉原子核?1123Na,產(chǎn)生了質(zhì)子。若某次碰撞可看作對(duì)心正碰,碰后新核的運(yùn)動(dòng)方向與α粒子的初速度方向相同,質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)方向與新核運(yùn)動(dòng)方向相反,它們?cè)诖怪庇诖艌?chǎng)的平面內(nèi)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。通過(guò)分析軌跡半徑,可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為1∶10,已知質(zhì)子質(zhì)量為m,則(

34、　　)。 A.該核反應(yīng)方程是?24He+1123Na→1226Mg+11H B.該核反應(yīng)方程是?24He+1123Na→1226Mg+01n C.質(zhì)子的速度約為0.225c D.質(zhì)子的速度為0.25c 【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,新原子核的質(zhì)量數(shù)m=23+4-1=26,核電荷數(shù)z=11+2-1=12,核反應(yīng)方程為?24He+1123Na→1226Mg+11H,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;質(zhì)子質(zhì)量為m,則α粒子、新核的質(zhì)量分別為4m、26m,設(shè)質(zhì)子的速度為v,對(duì)心正碰,選取α粒子運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?則由動(dòng)量守恒得4mv0=26m·v10-mv,解得v=0.225c,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

35、 【答案】AC 6.(2019山東煙臺(tái)二中月考)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核,同時(shí)輻射一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.核反應(yīng)方程是?11H+01n→13H+γ B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3 C.輻射中的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c D.γ光子的波長(zhǎng)λ=h(m1+m2-m3)c2 【解析】根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為?11H+01n→12H+γ,A項(xiàng)錯(cuò)誤;聚變過(guò)程中輻射出γ光子,質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,B項(xiàng)正確;由質(zhì)

36、能方程可知,輻射出的γ光子的能量E=(m1+m2-m3)c2,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由E=hcλ可知,γ光子的波長(zhǎng)λ=h(m1+m2-m3)c,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】B 1.(2018全國(guó)卷Ⅲ,14)1934年,約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核?1327Al,產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X:α+1327Al→n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為(　　)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31 【解析】將核反應(yīng)方程式改寫(xiě)成?24He+1327Al→01n+X,由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,X應(yīng)為?1530X,B項(xiàng)正確。 【答案】B

37、2.(2018北京卷,13)在核反應(yīng)方程?24He+　714N→　817O+X中,X表示的是(　　)。 A.質(zhì)子 B.中子 C.電子 D.α粒子 【解析】核反應(yīng)方程中,電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒,X為?11H,A項(xiàng)正確。 【答案】A 3.(2018天津卷,1)國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　)。 A.714N俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生?817O并放出一個(gè)粒子 B.1327Al俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生?1530P并放出一個(gè)粒子 C.511B俘獲

38、一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生?48Be并放出一個(gè)粒子 D.36Li俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生?23He并放出一個(gè)粒子 【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,各選項(xiàng)核反應(yīng)方程如下 A項(xiàng):714N+24HeO+11H B項(xiàng):1327Al+24HeP+01n C項(xiàng):511B+11HBe+24He D項(xiàng):36Li+11HHe+24He 因此上述核反應(yīng)中的放出的粒子為中子的是B項(xiàng)。 【答案】B 4.(2017全國(guó)卷Ⅰ,17)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是:12H+12H→23He+01n。已知?12H的質(zhì)量為2.0136 u,23He的質(zhì)量為3.0150 u,

39、01n的質(zhì)量為1.0087 u,1 u=931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(　　)。 A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=2.0136 u×2-3.0150 u-1.0087 u=0.0035 u,由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能E=0.0035×931 MeV≈3.3 MeV,B項(xiàng)正確。 【答案】B 5.(2017全國(guó)卷Ⅱ,15)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核,衰變方程為?92238U→90234Th+24He。下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A.衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能

40、 B.衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小 C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間 D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 【解析】衰變過(guò)程動(dòng)量守恒,生成的釷核的動(dòng)量與α粒子的動(dòng)量等大反向,根據(jù)Ek=p22m,可知衰變后釷核的動(dòng)能小于α粒子的動(dòng)能,所以B項(xiàng)正確,A項(xiàng)錯(cuò)誤;半衰期是一半數(shù)量的鈾核衰變所需要的時(shí)間,C項(xiàng)錯(cuò)誤;衰變過(guò)程放出能量,質(zhì)量發(fā)生虧損,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】B 6.(2017天津卷,1)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　)。 A.12H+13H→24He+01n B.714N+24He→817O+11H C.24He+1327Al→1530P+01n D.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n 【解析】 ?12H+13H→24He+01n是核聚變反應(yīng)方程,A項(xiàng)正確;714N+24He→817O+11H是原子核的人工轉(zhuǎn)變反應(yīng)方程,B項(xiàng)錯(cuò)誤;24He+1327Al→1530P+01n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程,C項(xiàng)錯(cuò)誤;92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是鈾核裂變的反應(yīng)方程,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】A 12