專題98原子核反應與核能

1、專題98原子核反應和核能高考命題潛規(guī)則解密98:核反應方程、核能計算規(guī)則驗證：2012新課標理綜第15題、2012年江蘇物理第12題、2012年上海物 理第9題、2011海南物理卷19題（1）、2010天津理綜第2題、2010全國理綜1 第14題、2010福建理綜第29題、2010上海物理第8題、2010北京理綜第15 題命題規(guī)律：原子核反應一般分為四類：原子核衰變（包括 a衰變和B衰變）、原 子核人工轉變、輕核聚變和重核裂變。原子核衰變自發(fā)進行，不受外界條件影響； 原子核人工轉變是利用a粒子等轟擊原子核使其發(fā)生核反應產生新的原子核；輕 核聚變是在高溫下進行的能夠釋放大量能量的核反應；重核裂變

2、是利用中子轟擊重原子核使其發(fā)生裂變生成中等質量原子核的反應。質量虧損厶m等于核反應前 原子核的總質量與核反應后原子核的總質量之差。根據愛因斯坦的質能方程，核 反應釋放的核能厶E=A mc若質量虧損 m以原子質量單位u作為單位，可利 用1u可釋放能量931.5MeV,用厶E= mX 931.5MeV計算核反應釋放的核能。 考查核能的試題難度中等。核反應方程、核能計算是高中物理重要的知識點， 是高考考查的重點，高考命題 經常與其他知識綜合出題，一般為選擇題或填空題，難度中等。典例1. （2012 上海物理第9題）某種元素具有多種同位素，反映這些同位素的質量數A與中子數N關系的是圖（）(A)(H)(

3、C)(D)【答案】：解析兒同位素的質量數越大，中子數Y越大，當質量數為：時, 中子數為零，選項B正確?！究键c定位】此題考查同位素的質量數上與中子數Y關系勺典例2.（2012 廣東理綜物理）能源是社會發(fā)展的基礎，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應方程，表述正確的有笑4in A.H+H - ：He+0n是核聚變反應B. 1h+2h - ：He+0n 是B衰變C. 235 u+0n - 1：Ba+89 Kr+30n 是核裂變反應D. 235 u+0n J40Xe+9：Sr+20n是a衰變【答案兒AC【解析】；：十汁一：蟲冷門是核聚變反應，益駕器K-3和是核裂變 反應，甯U+扣一留滄

4、+；：業(yè)+2冷是核裂變反應，選項AC正確?！究键c定位】此題考查核反應方程的類型分析及其相關知識。典例3. （2012 天津理綜）下列說法正確的是A. 采用物理和化學方法可以有效改變放射性元素的半衰期B. 由波爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子C. 從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力D. 原子核所含核子單獨存在時的總質量小于該原子核的質量【答案】B【解析】采用物理和化學方法不能改變放射性元素的半衰期，選項丸錯誤；由彼 爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子，選項3正確；從高空對地 面進行遙感攝影是利用紅外線艮好的穿透能力，選項C錯誤；原子核所含核子單 獨存在時

5、的總質量大于該原子核的質量，選項D錯誤。【考點定位】本題考查原子物理的相關知識，意在考查考生對原子物理知識的了 解和知道&典例4. （2012 重慶理綜）以下是物理學史上 3個著名的核反應方程x+ 3 Li 2y, y+；N x+ 8O, y+ 4Bez+ 6c。x、y和z是3種不同的粒子，其中z是A. a粒子B.質子C.中子D.電子【答案】：C【解析】：x是質子，y是a粒子，z是中子，選項C正確。【考點定位】考查核反應方程及其相關知識。典例5 （2012 海南物理）一靜止的238 U核經a衰變成為23oTh核，釋放出的總動能為4.27MeV。問此衰變后2；：Th核的動能為多少MeV（

6、保留1位有效數字）？【答案】0.07 MeV【解析兒根據題意知，此a袞變的袞變方程為卷Uf鬻卄：F “根據動量守恒定律得，叩S二爐“葉，式中，g和巴宀分別為粒子和隘-h核的質量，與和畑分別為口粒子和當Th核的速度的大小o由題i殳條件知?丄即訝/十丄叩“府二£、2 2叫-4牌皿234式中F. =4.27VleVj是or粒子和禽Th核的總動能&聯(lián)立解得；-吊-2* 一 o2傀+妙Th代入數據得，衰變后常Th核的動能為 仆站,=0.07 MeVc2【考點定位】此題考查動量守恒定律、衰變及其相關知識。典例6 （2012 江蘇物理第12題）一個中子與某原子核發(fā)生核反應，生成一個氘核,其

7、核反應方程式為 .該反應放出的能量為Q,則氘核的比結合能為.【答案】冷+徂一汨 Q2【解析】一個中子與氫原子核發(fā)生核反應:注成一個氣核，其核反應方程式為該反應放出的能量為Q,由兩個核子，則氟核的比結合能為Qh【考點定位】此題考查核反應、比結合能及其相關知識。典例7 （6分）（2012新課標理綜第15題）氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨23423大的能量，該反應方程為：H+H QHe+x，式中x是某種粒子。已知：H、H、42He 和粒子 x 的質量分別為 2.0141u、3.0161u、4.0026u 和 1.0087u;1u=931.5MeV/c2, c是真空中的光速。由上述反應方程和數據可知

8、，粒子x是該反應釋放出的能量為MeV （結果保留3位有效數字）1CL答案：中子17.6解析；由核反應滿足的質量數守叵和電荷數守恒可知，粒子X是中子°由質能方 程可得AE=Amcz=AmX 931.5V1eV/cz-17.6 MeV«【考點定位】此題考查核反應方程r核能計算等。典例8 （2011海南物理卷19題（1） 2011年3月11日，日本發(fā)生九級大地震， 造成福島核電站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有仙1和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產生對人體有危害的輻射。在下列四個式子中，有兩 個能分別反映131|和137Cs衰變過程，它們分別是和（填入正確選項前的

9、字母）。1311和137Cs原子核中的中子數分別是 和.A.X1 537 Ba+0 n B.X2 541Xe+°1e C.X3 537 Ba+：e D.X4 5?Xe+1p解析*由質量數和核電荷數守叵可以得岀能反映：円袞變過程的是方程B,引 原子核中的中子數是131-53=8；能反映：廠心衰變過程的是方程C, Cs原子 核中的中子數是13-55-S2【答案】B CS2【點評】此題考查放射性裒變和核反應方程。典例9. （201°天津理綜第2題）下列關于原子和原子核的說法正確的是A. B衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分B. 玻爾理論的假設之一是原子能量的量子化C 放射性元素的

10、半衰期隨溫度的升高而變短D. 比結合能越小表示原子核中的核子結合得越牢固【解析】:3衰變釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子和電子，原子核內沒 有電子，選項A錯誤；玻爾理論的假設之一是原子能量的量子化，選項B正確； 放射性元素的半衰期是原子核本身屬性，與所處的物理化學狀態(tài)無關，選項C 錯誤，比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固，選項D錯誤。【答案】B【點評】此題考查波爾理論.8衰變、半衰期和比結合能等知識點。典例10 （2010廣東理綜第18題）關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的 有A. 238U- 234Th+：He是 a 衰變B. 17N+2He 17O+1H 是 B 衰變C.

11、 2h+3h - ：He+0n是輕核聚變D. 82 Se- 82 Kr+ 4 He+2 : e 是重核裂變【解析兒核反應鬻U駕Th+：p發(fā)出了 °粒子，是口袞變，選項A正確； 汕打是口粒子轟擊氮核產生質子的反應，屬于原子核的人工轉變, 選項B錯誤，汁詁是克冠聚合成氧核的聚變反應，選項C正確；器晁 是？ 3釋放出氨核和電子的衰變反應，選項3錯誤?！敬鸢浮緼C【點評】此題考查對核衰變和核反應的類型判斷，要根據各種核反應的特征逬行 判斷。典例11. （2010北京理綜第15題）太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4X 1026J，根據愛因斯坦質能方程

12、，太陽每秒鐘減少的質量最接近A. 1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg【解析】；根據愛因斯坦的質能方程，太陽每秒鐘減少的質量厲A5 4x10,.譏占-f-r£z= kg=4.4X 10"kgF 選項 D 正確。c 9 乂 1。【答案】D【點評】凡是釋放能量的核反應，其核反應后的總質量必然小于反應前的總質量°【2012模擬題精選訓練題】1. （2012云南部分名校聯(lián)考）下列說法正確的是 A .原子核內部某個中子轉變?yōu)橘|子和電子，產生的電子從原子核中發(fā)射出來，這就是B衰變B. 比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時一定吸收核

13、C 根據玻爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的電勢能增大， 核外電子的運動速度減小。D.德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎上提出物質波的概念，認為一切物體 都具有波粒二象性。答峯：AD解析:I比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能犬的原子核時一定放 出核能，選項B錯誤°根據玻爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的 電勢能減小，核外電子的運動速度増大，選項C錯誤。2. （2012河南許昌四校聯(lián)考）在勻強磁場里有一個原來靜止的放射性碳 14, 它所放射的粒子與反沖核的徑跡是兩個相切的圓。 圓的直徑比為7： 1,碳14的衰 變方程是：14A. 16C ：He+：BeB. 16C

14、 - :e+5Bc. 16c Ie+17Nd. 14c - 2h+125b.答案：C解析：由r=mv/qB可知，圓的直徑與粒子電荷量成反比，選項 C正確。3. （ 5分）（2012年2月湖南部分學校聯(lián)考）已知一個氫原子的 質量為1. 6736X0-27kg，一個鋰原子的質量為11. 6505X10-27kg, 個氦原子的質 量為6. 6467X10-27kg。一個鋰核受到一個質子轟擊變?yōu)?2個a粒子，核反 應方程為1H+7Li -2：He。根據以上信息，以下判斷正確的是 （填入選項前的字母代號）A .題中所給的核反應屬于 a衰變B. 題中所給的核反應屬于輕核聚變C. 根據題中信息，可以計算核反

15、應釋放的核能D .因為題中給出的是三種原子的質量，沒有給出核的質量，故無法計算核反應釋放的核能答案；C解析；一個鋰核受到一個質子轟擊變?yōu)?個口粒子，核反應類型是人工 核轉變，AB兩項均錯誤，反應前一個氫原子和一個鋰原子共有&個核外電子， 反應后兩個氧原子也是共有8個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子 的總質量減去兩個氨原子的質量，得到的恰好是反應前后核的質量虧損，電子質 量自然消掉。由質能方程可以計算釋放的核能，選項C正確D錯誤出4. （5分）（2012年2月西安五校聯(lián)考）以下是有關近代物理內容的若干敘述，其中正確的是（）A 原子核發(fā)生一次B衰變，該原子外層就失去一個電子B.

16、束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光強太小C. 按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時， 電子的動能減小，但原子的能量增大D. 天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核內放出的看不見的射線答案：CD解析；原子核發(fā)生一次3衰變，該原子核內質子數増加1,原子外層 電子數不變，選項A錯誤，一東光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是 因為這束光的頻率太低，選項B錯誤；按照玻爾理論.氫原子核外電子從半徑較 小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量増大，選項 匚正確天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核內放岀的看不見的射線，選 項D正

17、確*5. （2012年2月深圳第一次調研）下列核反應方程及其表述完全正確的是A. 珀一4上；一亠是聚變反應B. 金是人工轉變C. ；一 -匚二二-是裂變反應D. 刊八玖虬記是裂變反應”答案；AC解析:州已+駅-左血+珊是聚變反應，攀翹-鷺訂h +紐濾a衰變反應即4jni器Kr+嗥血+ 3jn是裂變反應，+ 是P衰變反應， 選項AC正確BD錯誤。6. （ 2012年2月山西四校聯(lián)考）下列說法中正確的是 （選一個給3分，選對兩個給4分，選對三個給6分。每選錯一個扣3分，最低得分為0分）A . B射線比a射線更容易使氣體電離B. 丫射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉C. 核反應堆產生的能量來自輕核的聚

18、變D. 個氫原子從量子數n=3躍遷到基態(tài)時最多可產生2條不同頻率的譜線E. 用加熱、加壓或改變其化學狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期15答案：BDE解析 c（射線比P射線更容易使氣體電離，選項A錯誤射線是 頻率很高的電磁波，在電場和磁場中都不會發(fā)注偏轉，選項B正確；核反應堆產 生的能量來自重核的裂變，選項C錯誤，一個氫原子從量子數心躍遷到基態(tài)時 最多可產生2條不同頻率的譜線，選項D正確；用加熱、加壓或改變其化學狀 態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期，選項E正確。7. （6分）（2012江西重點中學聯(lián)盟第一次聯(lián)考）2011年3月，日本地震引發(fā)海嘯，繼而福島核電站（世界最大的核電站）發(fā)生核

19、泄漏.關于核電站和核輻射， 下列說法中正確的是（）A .核反應堆發(fā)生的是輕核聚變反應B. 核反應堆發(fā)生的是重核裂變反應C. 放射性同位素的半衰期長短是由核內部本身決定，與外部條件無關D. 放射性同位素的半衰期長短與地震、風力等外部環(huán)境有關7. 答案：眈解析：核反應堆發(fā)生的是重核裂變反應，選項A錯誤B正確；放射 性同位素的半衰期長短是由核內部本身決定，與外部條件無關，選項C正確D 錯誤。8. （6分）（2012山西太原期末）在B衰變中常伴有一種稱為“中微子”的 粒子放出，但中微子的性質十分特別，因此在實驗中很難探測.1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水

20、中；H的核反應，間接地證實了中微子的存在，中微子與水中；H發(fā)生核反應，產生中子（0n）和正電子（ke）,即：中微子+1H -0n +*e,由此可 以判定，中微子的質量數和電荷數分別是 （填入正確選項前的字母）A . 0 和 0B. 0 和 1C. 1 和 0D . 1 和 I上述核反應產生的正電子與水中的電子相遇，可以轉變?yōu)閮蓚€能量相同的光子（Y，即；e +；e 2丫.已知正電子和電子的質量都是 9.1 x 10-31kg，反 應中產生的每個光子的能量約為 J （c = 3.0 x108m/s）24.答案：A 8.19X 10-14J。解析：由核反應方程：中微子+1H -0n +0de,滿足質

21、量數守恒和電荷數守恒可 得中微子的質量數和電荷數都是 0,選項A正確；由愛因斯坦質能方程可得2318214每個光子的能量約為 me =9.1 x 10- kg x（3.0 x 10 m/s） =8.19x 10- J。9. （2012年3月福州質檢）2；U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反 應，其裂變方程為：29lU+ 0nX+94S葉20n，貝U下列說法正確的是 。A. X的原子核中含有141個核子B. X的原子核中含有86個中子C. 因為裂變釋放能量，出現(xiàn)質量虧損，所以裂變后的總質量減少d.隨著地球環(huán)境的不斷變化，292u的半衰期可能變短也可能變長.答案；呂解析；由核反應遵循的質量數

22、守恒可知，X的原子核中含有235-94-1=140 個核子，選項A錯誤，X的原子核中含有質子數為92-38=54個，含有中子數為 140-54=86個，選項B正確！核反應遵循能量守叵定律和質量守恒定律，所以裂 變后的總質量不減少，選項匚錯誤】隨著地球環(huán)境的不斷變化.駕J的半衰期不 變，選項D錯誤*10. （5分,）（2012年3月陜西寶雞第二次質檢）2006年美國和俄羅斯的科 學家利用回旋加速器，通過鈣48轟擊锎249發(fā)生核反應，成功合成了第1 18 號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數最大的元素，實驗表明，該元素的原子核先放出3個相同的粒子x，再連續(xù)經過3次a衰變后， 變成質量為

23、282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子 x是A .中子B質子 C.電子D. a粒子答莪血解析：鈣48轟擊銅249發(fā)生核反應，反應前質量數為297；經過3次。衰變后，變成質量為鮎2的第M2號元素的原子核,質量數為282-3 X 4=294,所以上述過程中的粒子k的質量數為lo由笫1 18號元素經過3次 衰變后，變成質量為282的第112號元素的原子核可知，上述過程中的粒 子x的電荷數為零，所以上述過程中的粒子冥是中子，選項A正確。10. （2012年3月四川樂山市二模）一個 X核與一個氚核結合成一個氦核時放34出一個粒子丫，由于質量虧損放出的能量為 E,核反應方程是X+1H - 2H

24、e+Y;Y可以通過釋放一個電子而轉化為質子.下列說法正確的是A. .X是中子235B. . 92U可以俘獲丫發(fā)生裂變反應34C. 核反應X+ 1H- 2He+Y中虧損的質量大于 E/c234D. . X+ 1H 2He+Y是原子核的人工轉變方程罟案；3解析；根據¥可以通過釋放一個電子而轉化為質子可知Y是中子，駕J 可以俘獲V發(fā)生裂變反應，選項B正確；由核反應遵循質量數守恒和電荷數守恒, 可得X時気核，選項A錯誤，核反應: HI中虧損的質量等于£/憶 選項C錯誤；X-1:卜廿¥是輕核聚變反應，選項D錯誤。11. （2012年3月山東濰坊模擬）下列關于原子和原子核的說

25、法正確的是A. 丫射線是原子由激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時產生的B. 居里夫婦最先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象C. 原子核中的質子靠核力來抗衡相互之問的庫侖斥力而使核子緊緊地束縛在一起D. 結合能所對應的質量等于把原子核完全分解為核子后所有核子的總質量減去該原予核的質量答案；8解析射線是原子核由激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時產生的，選項A錯誤, 貝克勒爾最先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，選項B錯誤！原子核中的質子靠核力來抗衡 相互之問的庫侖斥力而使核子緊緊地束縛在一起，選項匚正確'結合能所對應的 質量等于把原子核完全分解為核子后所有核子的總質量減去該原予核的質量，選 項D正確-12. （6分）（2012年3月江西南昌一模）

26、下列說法正確的是 .（選對一個給3分，選對兩個給4分，選對3個給6分，每選錯一個扣3分，最低得分為0 分）A.23290Th經過6次a衰變和4次B衰變后成為穩(wěn)定的原子核20882PbB 發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是4Be+：He12C+0nc.20個292u的原子核經過兩個半衰期后剩下5個292uD. 23；U在中子轟擊下生成9：Sr和140Xe的過程中，原子核中的平均核子質 量變小E. 原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射出一定頻率的光子9.答墓 /.BD解析t號F經過6次ci畫變和4次3 一畫變后咸為穩(wěn)定的原子 核嚮pb ,發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是：孔弋J在中子轟擊下生成 聳燈和留灼的過程

27、中，放岀能量.原子核中的平均核子質量變小，選項A3正 確$半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，不能確定20個常的原子核經過 兩個半衰期后剩下幾個，選項C錯誤；原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，可 能要輻射岀一定頻率的光子，也可能吸收一定頻率的光子，選項三錯誤。13. （6分）（2012年3月湖北孝感二模）下列說法正確的是A. 粒子大角度散射表明a粒子很難進入原子內部B. 極限頻率越大的金屬材料逸出功越大C. 聚變反應有質量虧損，質量數不守恒D. Y寸線是一種波長很短的電磁波E. 82 S ；6kr+2 ° e是重核裂變12答氧BD解析 a粒子大角度散射表明，原子具有核式結梅 選項A錯誤J 概限頻率越大的金屬材料逸岀功越大.選項B正確；聚變反應有質量虧損，但質 量數守魚 選項C錯誤；Y射線是一種枝長很短的電磁波，選項D正確： ；