专题98原子核反应与核能

1、专题98原子核反应和核能高考命题潜规则解密98:核反应方程、核能计算规则验证：2012新课标理综第15题、2012年江苏物理第12题、2012年上海物 理第9题、2011海南物理卷19题（1）、2010天津理综第2题、2010全国理综1 第14题、2010福建理综第29题、2010上海物理第8题、2010北京理综第15 题命题规律：原子核反应一般分为四类：原子核衰变（包括 a衰变和B衰变）、原 子核人工转变、轻核聚变和重核裂变。原子核衰变自发进行，不受外界条件影响； 原子核人工转变是利用a粒子等轰击原子核使其发生核反应产生新的原子核；轻 核聚变是在高温下进行的能够释放大量能量的核反应；重核裂变

2、是利用中子轰击重原子核使其发生裂变生成中等质量原子核的反应。质量亏损厶m等于核反应前 原子核的总质量与核反应后原子核的总质量之差。根据爱因斯坦的质能方程，核 反应释放的核能厶E=A mc若质量亏损 m以原子质量单位u作为单位，可利 用1u可释放能量931.5MeV,用厶E= mX 931.5MeV计算核反应释放的核能。 考查核能的试题难度中等。核反应方程、核能计算是高中物理重要的知识点， 是高考考查的重点，高考命题 经常与其他知识综合出题，一般为选择题或填空题，难度中等。典例1. （2012 上海物理第9题）某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图（）(A)(H)(

3、C)(D)【答案】：解析儿同位素的质量数越大，中子数Y越大，当质量数为：时, 中子数为零，选项B正确。【考点定位】此题考查同位素的质量数上与中子数Y关系勺典例2.（2012 广东理综物理）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，表述正确的有笑4in A.H+H - ：He+0n是核聚变反应B. 1h+2h - ：He+0n 是B衰变C. 235 u+0n - 1：Ba+89 Kr+30n 是核裂变反应D. 235 u+0n J40Xe+9：Sr+20n是a衰变【答案儿AC【解析】；：十汁一：虫冷门是核聚变反应，益駕器K-3和是核裂变 反应，甯U+扣一留沧

4、+；：业+2冷是核裂变反应，选项AC正确。【考点定位】此题考查核反应方程的类型分析及其相关知识。典例3. （2012 天津理综）下列说法正确的是A. 采用物理和化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期B. 由波尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C. 从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D. 原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量【答案】B【解析】采用物理和化学方法不能改变放射性元素的半衰期，选项丸错误；由彼 尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，选项3正确；从高空对地 面进行遥感摄影是利用红外线艮好的穿透能力，选项C错误；原子核所含核子单 独存在时

5、的总质量大于该原子核的质量，选项D错误。【考点定位】本题考查原子物理的相关知识，意在考查考生对原子物理知识的了 解和知道&典例4. （2012 重庆理综）以下是物理学史上 3个著名的核反应方程x+ 3 Li 2y, y+；N x+ 8O, y+ 4Bez+ 6c。x、y和z是3种不同的粒子，其中z是A. a粒子B.质子C.中子D.电子【答案】：C【解析】：x是质子，y是a粒子，z是中子，选项C正确。【考点定位】考查核反应方程及其相关知识。典例5 （2012 海南物理）一静止的238 U核经a衰变成为23oTh核，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后2；：Th核的动能为多少MeV（

6、保留1位有效数字）？【答案】0.07 MeV【解析儿根据题意知，此a袞变的袞变方程为卷Uf鬻卄：F “根据动量守恒定律得，叩S二炉“叶，式中，g和巴宀分别为粒子和隘-h核的质量，与和畑分别为口粒子和當Th核的速度的大小o由题i殳条件知?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核的总动能&联立解得；-吊-2* 一 o2傀+妙Th代入数据得，衰变后常Th核的动能为 仆站,=0.07 MeVc2【考点定位】此题考查动量守恒定律、衰变及其相关知识。典例6 （2012 江苏物理第12题）一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核,其

7、核反应方程式为 .该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为.【答案】冷+徂一汨 Q2【解析】一个中子与氢原子核发生核反应:注成一个氣核，其核反应方程式为该反应放出的能量为Q,由两个核子，则氟核的比结合能为Qh【考点定位】此题考查核反应、比结合能及其相关知识。典例7 （6分）（2012新课标理综第15题）氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨23423大的能量，该反应方程为：H+H QHe+x，式中x是某种粒子。已知：H、H、42He 和粒子 x 的质量分别为 2.0141u、3.0161u、4.0026u 和 1.0087u;1u=931.5MeV/c2, c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知

8、，粒子x是该反应释放出的能量为MeV （结果保留3位有效数字）1CL答案：中子17.6解析；由核反应满足的质量数守叵和电荷数守恒可知，粒子X是中子°由质能方 程可得AE=Amcz=AmX 931.5V1eV/cz-17.6 MeV«【考点定位】此题考查核反应方程r核能计算等。典例8 （2011海南物理卷19题（1） 2011年3月11日，日本发生九级大地震， 造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有仙1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131|和137Cs衰变过程，它们分别是和（填入正确选项前的

9、字母）。1311和137Cs原子核中的中子数分别是 和.A.X1 537 Ba+0 n B.X2 541Xe+°1e C.X3 537 Ba+：e D.X4 5?Xe+1p解析*由质量数和核电荷数守叵可以得岀能反映：円袞变过程的是方程B,引 原子核中的中子数是131-53=8；能反映：厂心衰变过程的是方程C, Cs原子 核中的中子数是13-55-S2【答案】B CS2【点评】此题考查放射性裒变和核反应方程。典例9. （201°天津理综第2题）下列关于原子和原子核的说法正确的是A. B衰变现象说明电子是原子核的组成部分B. 玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C 放射性元素的

10、半衰期随温度的升高而变短D. 比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固【解析】:3衰变释放的电子是原子核内的中子转化为质子和电子，原子核内没 有电子，选项A错误；玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化，选项B正确； 放射性元素的半衰期是原子核本身属性，与所处的物理化学状态无关，选项C 错误，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项D错误。【答案】B【点评】此题考查波尔理论.8衰变、半衰期和比结合能等知识点。典例10 （2010广东理综第18题）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的 有A. 238U- 234Th+：He是 a 衰变B. 17N+2He 17O+1H 是 B 衰变C.

11、 2h+3h - ：He+0n是轻核聚变D. 82 Se- 82 Kr+ 4 He+2 : e 是重核裂变【解析儿核反应鬻U驾Th+：p发出了 °粒子，是口袞变，选项A正确； 汕打是口粒子轰击氮核产生质子的反应，属于原子核的人工转变, 选项B错误，汁詁是克冠聚合成氧核的聚变反应，选项C正确；器晁 是？ 3释放出氨核和电子的衰变反应，选项3错误。【答案】AC【点评】此题考查对核衰变和核反应的类型判断，要根据各种核反应的特征逬行 判断。典例11. （2010北京理综第15题）太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4X 1026J，根据爱因斯坦质能方程

12、，太阳每秒钟减少的质量最接近A. 1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg【解析】；根据爱因斯坦的质能方程，太阳每秒钟减少的质量厉A5 4x10,.讥占-f-r£z= kg=4.4X 10"kgF 选项 D 正确。c 9 乂 1。【答案】D【点评】凡是释放能量的核反应，其核反应后的总质量必然小于反应前的总质量°【2012模拟题精选训练题】1. （2012云南部分名校联考）下列说法正确的是 A .原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中发射出来，这就是B衰变B. 比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收核

13、C 根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大， 核外电子的运动速度减小。D.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切物体 都具有波粒二象性。答峯：AD解析:I比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能犬的原子核时一定放 出核能，选项B错误°根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的 电势能减小，核外电子的运动速度増大，选项C错误。2. （2012河南许昌四校联考）在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳 14, 它所放射的粒子与反冲核的径迹是两个相切的圆。 圆的直径比为7： 1,碳14的衰 变方程是：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，圆的直径与粒子电荷量成反比，选项 C正确。3. （ 5分）（2012年2月湖南部分学校联考）已知一个氢原子的 质量为1. 6736X0-27kg，一个锂原子的质量为11. 6505X10-27kg, 个氦原子的质 量为6. 6467X10-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为 2个a粒子，核反 应方程为1H+7Li -2：He。根据以上信息，以下判断正确的是 （填入选项前的字母代号）A .题中所给的核反应属于 a衰变B. 题中所给的核反应属于轻核聚变C. 根据题中信息，可以计算核反

15、应释放的核能D .因为题中给出的是三种原子的质量，没有给出核的质量，故无法计算核反应释放的核能答案；C解析；一个锂核受到一个质子轰击变为7个口粒子，核反应类型是人工 核转变，AB两项均错误，反应前一个氢原子和一个锂原子共有&个核外电子， 反应后两个氧原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子 的总质量减去两个氨原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质 量自然消掉。由质能方程可以计算释放的核能，选项C正确D错误出4. （5分）（2012年2月西安五校联考）以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（）A 原子核发生一次B衰变，该原子外层就失去一个电子B.

16、束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小C. 按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时， 电子的动能减小，但原子的能量增大D. 天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线答案：CD解析；原子核发生一次3衰变，该原子核內质子数増加1,原子外层 电子数不变，选项A错误，一東光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是 因为这束光的频率太低，选项B错误；按照玻尔理论.氢原子核外电子从半径较 小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量増大，选项 匚正确天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放岀的看不见的射线，选 项D正

17、确*5. （2012年2月深圳第一次调研）下列核反应方程及其表述完全正确的是A. 珀一4上；一亠是聚变反应B. 金是人工转变C. ；一 -匚二二-是裂变反应D. 刊八玖虬记是裂变反应”答案；AC解析:州已+駅-左血+珊是聚变反应，攀翘-鹭訂h +纽濾a衰变反应即4jni器Kr+嗥血+ 3jn是裂变反应，+ 是P衰变反应， 选项AC正确BD错误。6. （ 2012年2月山西四校联考）下列说法中正确的是 （选一个给3分，选对两个给4分，选对三个给6分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）A . B射线比a射线更容易使气体电离B. 丫射线在电场和磁场中都不会发生偏转C. 核反应堆产生的能量来自轻核的聚

18、变D. 个氢原子从量子数n=3跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线E. 用加热、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15答案：BDE解析 c（射线比P射线更容易使气体电离，选项A错误射线是 频率很高的电磁波，在电场和磁场中都不会发注偏转，选项B正确；核反应堆产 生的能量来自重核的裂变，选项C错误，一个氢原子从量子数心跃迁到基态时 最多可产生2条不同频率的谱线，选项D正确；用加热、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，选项E正确。7. （6分）（2012江西重点中学联盟第一次联考）2011年3月，日本地震引发海啸，继而福岛核电站（世界最大的核电站）发生核

19、泄漏.关于核电站和核辐射， 下列说法中正确的是（）A .核反应堆发生的是轻核聚变反应B. 核反应堆发生的是重核裂变反应C. 放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D. 放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关7. 答案：眈解析：核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A错误B正确；放射 性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C正确D 错误。8. （6分）（2012山西太原期末）在B衰变中常伴有一种称为“中微子”的 粒子放出，但中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水

20、中；H的核反应，间接地证实了中微子的存在，中微子与水中；H发生核反应，产生中子（0n）和正电子（ke）,即：中微子+1H -0n +*e,由此可 以判定，中微子的质量数和电荷数分别是 （填入正确选项前的字母）A . 0 和 0B. 0 和 1C. 1 和 0D . 1 和 I上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，可以转变为两个能量相同的光子（Y，即；e +；e 2丫.已知正电子和电子的质量都是 9.1 x 10-31kg，反 应中产生的每个光子的能量约为 J （c = 3.0 x108m/s）24.答案：A 8.19X 10-14J。解析：由核反应方程：中微子+1H -0n +0de,满足质

21、量数守恒和电荷数守恒可 得中微子的质量数和电荷数都是 0,选项A正确；由爱因斯坦质能方程可得2318214每个光子的能量约为 me =9.1 x 10- kg x（3.0 x 10 m/s） =8.19x 10- J。9. （2012年3月福州质检）2；U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反 应，其裂变方程为：29lU+ 0nX+94S叶20n，贝U下列说法正确的是 。A. X的原子核中含有141个核子B. X的原子核中含有86个中子C. 因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少d.随着地球环境的不断变化，292u的半衰期可能变短也可能变长.答案；吕解析；由核反应遵循的质量数

22、守恒可知，X的原子核中含有235-94-1=140 个核子，选项A错误，X的原子核中含有质子数为92-38=54个，含有中子数为 140-54=86个，选项B正确！核反应遵循能量守叵定律和质量守恒定律，所以裂 变后的总质量不减少，选项匚错误】随着地球环境的不断变化.驾J的半衰期不 变，选项D错误*10. （5分,）（2012年3月陕西宝鸡第二次质检）2006年美国和俄罗斯的科 学家利用回旋加速器，通过钙48轰击锎249发生核反应，成功合成了第1 18 号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素，实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次a衰变后， 变成质量为

23、282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子 x是A .中子B质子 C.电子D. a粒子答莪血解析：钙48轰击铜249发生核反应，反应前质量数为297；经过3次。衰变后，变成质量为鮎2的第M2号元素的原子核,质量数为282-3 X 4=294,所以上述过程中的粒子k的质量数为lo由笫1 18号元素经过3次 衰变后，变成质量为282的第112号元素的原子核可知，上述过程中的粒 子x的电荷数为零，所以上述过程中的粒子冥是中子，选项A正确。10. （2012年3月四川乐山市二模）一个 X核与一个氚核结合成一个氦核时放34出一个粒子丫，由于质量亏损放出的能量为 E,核反应方程是X+1H - 2H

24、e+Y;Y可以通过释放一个电子而转化为质子.下列说法正确的是A. .X是中子235B. . 92U可以俘获丫发生裂变反应34C. 核反应X+ 1H- 2He+Y中亏损的质量大于 E/c234D. . X+ 1H 2He+Y是原子核的人工转变方程罟案；3解析；根据¥可以通过释放一个电子而转化为质子可知Y是中子，驾J 可以俘获V发生裂变反应，选项B正确；由核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒, 可得X时気核，选项A错误，核反应: HI中亏损的质量等于£/忆 选项C错误；X-1:卜廿¥是轻核聚变反应，选项D错误。11. （2012年3月山东潍坊模拟）下列关于原子和原子核的说

25、法正确的是A. 丫射线是原子由激发态向低能级跃迁时产生的B. 居里夫妇最先发现了天然放射现象C. 原子核中的质子靠核力来抗衡相互之问的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起D. 结合能所对应的质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原予核的质量答案；8解析射线是原子核由激发态向低能级跃迁时产生的，选项A错误, 贝克勒尔最先发现了天然放射现象，选项B错误！原子核中的质子靠核力来抗衡 相互之问的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起，选项匚正确'结合能所对应的 质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原予核的质量，选 项D正确-12. （6分）（2012年3月江西南昌一模）

26、下列说法正确的是 .（选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分，每选错一个扣3分，最低得分为0 分）A.23290Th经过6次a衰变和4次B衰变后成为稳定的原子核20882PbB 发现中子的核反应方程是4Be+：He12C+0nc.20个292u的原子核经过两个半衰期后剩下5个292uD. 23；U在中子轰击下生成9：Sr和140Xe的过程中，原子核中的平均核子质 量变小E. 原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子9.答墓 /.BD解析t号F经过6次ci畫变和4次3 一畫变后咸为稳定的原子 核嚮pb ,发现中子的核反应方程是：孔弋J在中子轰击下生成 耸灯和留灼的过程

27、中，放岀能量.原子核中的平均核子质量变小，选项A3正 确$半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，不能确定20个常的原子核经过 两个半衰期后剩下几个，选项C错误；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可 能要辐射岀一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，选项三错误。13. （6分）（2012年3月湖北孝感二模）下列说法正确的是A. 粒子大角度散射表明a粒子很难进入原子内部B. 极限频率越大的金属材料逸出功越大C. 聚变反应有质量亏损，质量数不守恒D. Y寸线是一种波长很短的电磁波E. 82 S ；6kr+2 ° e是重核裂变12答氧BD解析 a粒子大角度散射表明，原子具有核式结梅 选项A错误J 概限频率越大的金属材料逸岀功越大.选项B正确；聚变反应有质量亏损，但质 量数守鱼 选项C错误；Y射线是一种枝长很短的电磁波，选项D正确： ；