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(zhuǎn)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(zhuǎn)變是利用a粒子等轟擊原子核使其發(fā)生核反應產(chǎn)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(zhì)量原子核的反應。質(zhì)量虧損厶m等于核反應前 原子核的總質(zhì)量與核反應后原子核的總質(zhì)量之差。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，核 反應釋放的核能厶E=A mc若質(zhì)量虧損 m以原子質(zhì)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(jīng)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(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N關(guān)系的是圖（）(A)(H)(

3、C)(D)【答案】：解析兒同位素的質(zhì)量數(shù)越大，中子數(shù)Y越大，當質(zhì)量數(shù)為：時, 中子數(shù)為零，選項B正確?！究键c定位】此題考查同位素的質(zhì)量數(shù)上與中子數(shù)Y關(guān)系勺典例2.（2012 廣東理綜物理）能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，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。【考點定位】此題考查核反應方程的類型分析及其相關(guān)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(zhì)量小于該原子核的質(zhì)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(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量，選項D錯誤?！究键c定位】本題考查原子物理的相關(guān)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(zhì)子C.中子D.電子【答案】：C【解析】：x是質(zhì)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(guān)知識。典例5 （2012 海南物理）一靜止的238 U核經(jīng)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(shù)字）？【答案】0.07 MeV【解析兒根據(jù)題意知，此a袞變的袞變方程為卷Uf鬻卄：F “根據(jù)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(zhì)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(shù)據(jù)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(guān)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(jié)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(jié)合能為Qh【考點定位】此題考查核反應、比結(jié)合能及其相關(guān)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(zhì)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(shù)據(jù)可知

8、，粒子x是該反應釋放出的能量為MeV （結(jié)果保留3位有效數(shù)字）1CL答案：中子17.6解析；由核反應滿足的質(zhì)量數(shù)守叵和電荷數(shù)守恒可知，粒子X是中子°由質(zhì)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(chǎn)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(shù)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(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)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(shù)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(shù)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(guān)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(shè)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(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固【解析】:3衰變釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，原子核內(nèi)沒 有電子，選項A錯誤；玻爾理論的假設(shè)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(guān)，選項C 錯誤，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，選項D錯誤?！敬鸢浮緽【點評】此題考查波爾理論.8衰變、半衰期和比結(jié)合能等知識點。典例10 （2010廣東理綜第18題）關(guān)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(chǎn)生質(zhì)子的反應，屬于原子核的人工轉(zhuǎn)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。【答案】AC【點評】此題考查對核衰變和核反應的類型判斷，要根據(jù)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(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4X 1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程

12、，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近A. 1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg【解析】；根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量厲A5 4x10,.譏占-f-r£z= kg=4.4X 10"kgF 選項 D 正確。c 9 乂 1?！敬鸢浮緿【點評】凡是釋放能量的核反應，其核反應后的總質(zhì)量必然小于反應前的總質(zhì)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(nèi)部某個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從原子核中發(fā)射出來，這就是B衰變B. 比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時一定吸收核

13、C 根據(jù)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(chǔ)上提出物質(zhì)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(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能犬的原子核時一定放 出核能，選項B錯誤°根據(jù)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(zhì)量為1. 6736X0-27kg，一個鋰原子的質(zhì)量為11. 6505X10-27kg, 個氦原子的質(zhì) 量為6. 6467X10-27kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?2個a粒子，核反 應方程為1H+7Li -2：He。根據(jù)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(jù)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(zhì)量，沒有給出核的質(zhì)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(zhì)子轟擊變?yōu)?個口粒子，核反應類型是人工 核轉(zhuǎn)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(zhì)量減去兩個氨原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì) 量自然消掉。由質(zhì)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(guān)近代物理內(nèi)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(nèi)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(nèi)質(zhì)子數(shù)増加1,原子外層 電子數(shù)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(nèi)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)C. 核反應堆產(chǎn)生的能量來自輕核的聚

18、變D. 個氫原子從量子數(shù)n=3躍遷到基態(tài)時最多可產(chǎn)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(zhuǎn)，選項B正確；核反應堆產(chǎn) 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(shù)心躍遷到基態(tài)時 最多可產(chǎn)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(guān)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(nèi)部本身決定，與外部條件無關(guān)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(guān)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(nèi)部本身決定，與外部條件無關(guān)，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(zhì)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(chǎn)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(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)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(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，可以轉(zhuǎn)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(zhì)量都是 9.1 x 10-31kg，反 應中產(chǎn)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(zhì)

21、量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可 得中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是 0,選項A正確；由愛因斯坦質(zhì)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(zhì)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(zhì)量虧損，所以裂變后的總質(zhì)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(zhì)量數(shù)

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(zhì)子數(shù)為92-38=54個，含有中子數(shù)為 140-54=86個，選項B正確！核反應遵循能量守叵定律和質(zhì)量守恒定律，所以裂 變后的總質(zhì)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(zhì)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(shù)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(jīng)過3次a衰變后， 變成質(zhì)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(zhì)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(zhì)量數(shù)為297；經(jīng)過3次。衰變后，變成質(zhì)量為鮎2的第M2號元素的原子核,質(zhì)量數(shù)為282-3 X 4=294,所以上述過程中的粒子k的質(zhì)量數(shù)為lo由笫1 18號元素經(jīng)過3次 衰變后，變成質(zhì)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(shù)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(jié)合成一個氦核時放34出一個粒子丫，由于質(zhì)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(zhuǎn)化為質(zhì)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(zhì)量大于 E/c234D. . X+ 1H 2He+Y是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程罟案；3解析；根據(jù)¥可以通過釋放一個電子而轉(zhuǎn)化為質(zhì)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(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒, 可得X時気核，選項A錯誤，核反應: HI中虧損的質(zhì)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(guān)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(chǎn)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(zhì)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(jié)合能所對應的質(zhì)量等于把原子核完全分解為核子后所有核子的總質(zhì)量減去該原予核的質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(jié)合能所對應的 質(zhì)量等于把原子核完全分解為核子后所有核子的總質(zhì)量減去該原予核的質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(zhì) 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(jīng)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(zhì)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(jīng)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(nèi)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(zhì)量虧損，質(zhì)量數(shù)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(jié)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(zhì)量虧損，但質(zhì) 量數(shù)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： ；