高中物理专题强化训练核反应质能方程和核能的计算新人教版选择性必修第三册

专题强化二：核反应、质能方程和核能的计算考点一、四种核反应1．四种核反应的理解(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变更．①α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He②β衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．①质子的发觉：eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福)②中子的发觉：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克)③放射性同位素和正电子的发觉：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e(3)裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作裂变．eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,

56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,

54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n(4)聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作聚变．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．解题时的留意事项(1)熟记一些粒子的符号：α粒子(eq\o\al(4,2)He)、质子(eq\o\al(1,1)H或p)、中子(eq\o\al(1,0)n)、电子(eq\o\al(0,－1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)．(2)在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．专题强化精练一、单选题1．（2024春·辽宁大连·高二育明中学校考期中）下列说法不正确的是（）A．核裂变反应中慢化剂的作用是使中子更适于引发核裂变B．人工产生的热核反应主要用在核武器上，例如氢弹C．原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的D．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积称为它的临界体积2．（2024春·浙江杭州·高二学军中学期中）关于下列四幅图的说法正确的是（）A．图甲中氢原子的电子云示意图体现出卢瑟福能级理论中的电子运动轨道是概率问题B．依据乙图中原子核的比结合能示意图，由核反应方程可知，核的结合能确定小于和的结合能之和C．丙图中的链式反应就是太阳内部每时每刻发生的核反应D．依据丁图中氡的衰变可知10000个氡核经过7.6天后还剩2500个3．（2024春·广东湛江·高二湛江二十一中校考期中）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是，已知的质量为，的质量为，的质量为，。氘核聚变反应中释放的核能约为（）A． B． C． D．4．（2024春·黑龙江哈尔滨·高二哈尔滨市第三十二中学校期末）下列说法不正确的是（）A．是聚变B．是裂变C．是衰变D．是裂变5．（2024春·辽宁大连·高二大连市第十二中学校联考期中）中科院的“人造太阳”全超导托卡马克，胜利实现了1.2亿摄氏度的条件下人工可控核聚变101秒。已知该装置内部发生的核反应方程为，已知的质量为，的质量为，的质量为，X的质量为，光速为c，则下列说法正确的是（）A．X为正电子B．比更稳定C．的结合能为D．该反应又被称为“链式反应”6．（2024春·全国·高二期中）2024年6月23日21时53分，随着168小时试运行试验圆满完成，辽宁红沿河核电站6号机组（如图所示）正式具备商业运行条件，标记着红沿河核电站一期和二期工程共6台机组全面投产。现代核电站主要是通过可控链式核裂变反应来实现核能的和平利用。已知一个原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为，下列说法正确的是（）A．裂变方程式左右两边都有中子，可以改写成B．裂变反应释放出大量的核能，也叫热核反应C．裂变释放能量，原子核的比结合能比原子核的大D．裂变释放能量，原子核的结合能比原子核的大7．（2024春·新疆乌鲁木齐·高二校联考期末）下列说法正确的是（）A．研制核武器的钚由铀经过2次衰变而产生B．上升温度可以加快的衰变C．的经过两个半衰期后，质量变为D．在中子轰击下，生成和的核反应前后，原子核的核子总数削减8．（2024春·山东青岛·高二期末）关于核反应的学问，下列说正确的是（）A．，X是α粒子B．是聚变方程C．一个静止的硒核发生衰变，，反应前后质量守恒D．核反应方程是太阳中主要进行的热核反应之一9．（2024春·广东肇庆·高二德庆县香山中学校考期中）如图所示为核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，其中一种反应方程为，则下列说法正确的是（）

A．铀核的比结合能比钡核的小 B．该反应为热核反应C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响10．（2024春·山东泰安·高二统考期中）关于核反应的学问，下列说正确的是（）A．是聚变方程B．核反应方程是U核裂变的很多核反应中的其中一个C．一个静止的硒核发生衰变，，反应生成粒子的总质量等于硒核的质量D．，X是中子11．（2024春·江苏南通·高二海安高级中学校考期中）可控核聚变试验的核反应方程为，下列说法正确的是（）A．X是质子 B．该反应为链式反应C．的结合能为17.6MeV D．的比结合能比、的比结合能都大12．（2024春·内蒙古通辽·高二校考期末）静止的镭核发生α（）衰变，释放出的α粒子的动能为E，假设衰变时的能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（）A． B． C． D．二、多选题13．（2024春·新疆乌鲁木齐·高二校联考期末）原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示。下列说法正确的是（）A．核的结合能约为B．核比核更稳定C．三个中子和三个质子结合成核时释放能量D．在核反应中，要吸取热量14．（2024春·陕西西安·高二陕西师大附中期中）人们发觉，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（）A．由题图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了限制核反应速度15．（2024春·吉林长春·高二汽车区第三中学期末）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．是核聚变反应B．是α衰变C．是核裂变反应D．是核裂变反应，的中子数比的多91个16．（2024春·辽宁沈阳·高二东北育才学校校联考期中）两个氘核以相等的动能对心碰撞发生核聚变。核反应方程为，其中氘核的比结合能为，氦核的比结合能为。假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（

）A．核反应后氦核与中子的动量相同 B．该核反应释放的核能C．核反应后氦核的动能为 D．氦核的比结合能为17．（2024春·北京海淀·高二北京交通高校附属中学校考期末）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法正确的是（）A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙B．新核Y在磁场中圆周运动的半径为C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为18．（2024春·陕西渭南·高二校考期末）2024年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，其中一种核反应方程式为，下列说法正确的是（

）A．X有54个质子，68个中子B．X的比结合能比铀核的小C．释放的核能与质量亏损成正比D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使其他铀核连绵起伏地发生裂变19．（2024春·陕西西安·高二统考期末）有中子轰击原子核产生裂变反应，其可能的裂变方程为，、、、的质量分别为、、、，原子核的半衰期为T，其比结合能小于原子核的比结合能，光在真空中的传播速度为c，下列叙述正确的是（）A．原子核比原子核更稳定B．原子核中含有56个中子C．裂变时释放的能量为D．质量为m含铀矿石，经过一个半衰期后该矿石的质量剩下20．（2024春·山东泰安·高二期末）设有钚的同位素离子静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素离子，（已知钚核质量m1=238.99965u，铀核质量m2=234.99347u，α粒子的质量为m3=4.00140u，1uc=931.5MeV），则（）A．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比B．α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比C．α粒子的动能为4.4MeVD．α粒子的动能为44MeV21．（2024春·黑龙江哈尔滨·高二哈尔滨三中期末）2024年10月14日18时51分，我国在太原卫星放射中心接受长征二号丁运载火箭，胜利放射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。该星将实现国际首次太阳Ha波段光谱成像的空间探测，填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白，提高我国在太阳物理领域的探讨实力，对我国空间科学探测及卫星技术的发展具有重要意义。假设太阳中的核反应为：

→+X，其中的质量为m1，比结合能为E1，的质量为m2，比结合能为E2，的质量为m3，比结合能为E3，X的质量为m4，比结合能为E4，下列说法正确的是（）A．X是中子 B．X是质子C．该核反应释放的能量为E=4E3-3E2-2E1 D．该核反应的质量亏损为Δm=m3+m4-m1-m2三、解答题22．（2024春·辽宁大连·高二育明中学校考期中）一个铀核衰变为钍核时释放一个粒子。已知铀核（）的质量为，钍核（）的质量为，粒子的质量为。（1）写出铀核衰变为钍核时的衰变方程；（2）在这个衰变过程中释放的能量为多少焦耳？（结果保留三位有效数字）23．（2024春·陕西咸阳·高二咸阳市试验中学校考期中）的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u。中子的质量是1.008665u，已知，普朗克常量，元电荷，则（计算结果保留三位有效数字）（1）一个质子和两个中子结合为氚核，是吸取还是放出能量？该能量为多少MeV？（2）氚核的结合能和平均结合能各是多少？（3）假如这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少Hz？（用科学计数法表示）24．（2024春·湖南衡阳·高二校考期末）2024年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变试验装置创建了新的世界纪录，胜利实现稳态高约束模式等离子体运行403s。已知在氘核聚变反应中氘核质量为，中子质量为，核的质量为。两个速率相等的氘核以相同的动能对心正碰聚变成核并放出一个中子。（1）写出该核反应的反应方程式；（2）求该核反应释放的核能；（3）若两个氘核发生核聚变时释放出一对向相反方向运动的光子，每个光子的能量为，求生成核的动能。25．（2024春·江苏南京·高二南京市第一中学校考期中）在火星上太阳能电池板发电实力有限，因此科学家们用放射性材料—作为发电能源为火星车供电（中的是）。已知衰变后变为铀核（符号为）和粒子。若静止的在匀强磁场中发生衰变，粒子的动能为，粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为，衰变放出的光子的动量可忽视，衰变释放的核能全部转化为铀核和粒子的动能。已知光在真空中的传播速度。求；（1）写出衰变方程；（2）衰变过程中的质量亏损；（3）从起先衰变到和粒子再次相遇的最短时间。26．（2024春·江苏南京·高二江苏省溧水高级中学校考期中）硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核（）吸取慢中子，转变成锂核（）和粒子，释放出光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm，光子的波长为，硼核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c。（1）写出核反应方程并求出光子的能量E0；（2）求锂核的比结合能E3。27．（2024春·陕西汉中·高二校联考期末）核电池又叫“放射性同位素电池”，利用同位素在衰变过程中释放的核能转变为电能制造而成的.某核电池由放射性同位素制成，已知衰变为铀核（符号）和粒子，其半衰期为88年，光速，不考虑其他衰变.（1）写出衰变方程；（2）若该电池在第一个88年内释放核能，求该过程亏损的质量（结果保留一位有效数字）；（3）若核电池内放射性同位素的质量为，则经过176年后该电池内放射性同位素的质量约为多少？28．（2024春·陕西延安·高二校考期末）一个静止的铀核衰变为钍核时释放出一个粒子X。（1）写出核反应方程（标上质量数和电荷数）；（2）已知铀核的质量3.853131×10-25kg，钍核的质量为3.786567×10-25kg，粒子X的质量为6.64672×10-27kg，光速c=3×108m/s，则衰变过程中释放的能量是多少焦耳（结果保留两位有效数字）?（3）若的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2kg，经过45亿年后，还剩多少？29．（2024春·河南焦作·高二统考期末）如图所示，MN是匀强磁场I、II的分界线，磁场方向均垂直于纸面对里，静止在MN上O点的氡核Rn经过一次α衰变生成针核，衰变后的α粒子以动能Ek0垂直于MN在纸面内向右运动，α粒子和产生的新核运动后同时第一次经过MN，衰变过程中释放的能量全部转化为α粒子和产生的新核的动能，光在真空中的传播速度为c，不计α粒子和产生的新核的重力及粒子间相互作用。（结果均可用分式表示）（1）写出氡核Rn的衰变方程，求出衰变过程中亏损的质量；（2）匀强磁场I、II的磁感应强度之比；（3）若α粒子和产生的新核运动后，α粒子第一次通过MN的位置离O点的距离为d，则α粒子其次次通过MN的位置到新核其次次通过MN的位置距离为多少。

30．（2024春·江苏南通·高二江苏省南通中学校考期中）某行星内部含有氦核（），在确定条件下氦核聚变成碳核（）.已知质子的质量为，中子的质量为，氦核的比结合能为，碳核的比结合能为，真空中的光速为c.（1）写出核反应方程并求核反应过程中的质量亏损；（2）求氦核的核子平均质量。参考答案：1．D【详解】A．核裂变反应中慢化剂的作用是使中子减速，更适于引发核裂变，A正确，不符合题意；B．人工产生的热核反应指轻核聚变，主要用在核武器上，例如氢弹，B正确，不符合题意；C．原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，C正确，不符合题意；D．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为它的临界体积，D错误，符合题意。故选D。2．B【详解】A．图甲中氢原子的电子云示意图体现出玻尔能级理论中的电子运动轨道是概率问题，故A错误；B．结合能等于比结合能乘以核子数，依据乙图中原子核的比结合能示意图，Ba核和Kr核的比结合能均大于U核，且二者核子数与U核核子数接近，所以二者结合能之和确定大于U核，故B正确；C．太阳内部每时每刻发生的是核聚变，而丙图是核裂变，故C错误；D．半衰期是大量原子核衰变的统计学规律，10000个氡核经过7.6天后不愿定还剩2500个，故D错误。故选B。3．B【详解】氘核聚变反应中的质量亏损为释放的核能为故选B。4．D【详解】A．是轻核的聚变方程，故A正确；B．是重核的裂变方程，故B正确；C．是衰变方程，故C正确；D．是β衰变方程，故D错误。由于本题选择错误的，故选D。5．B【详解】A．依据电荷数和质量数守恒，X的质子数为1+1-2＝0，质量数为2+3-4＝1，可知X为中子，A错误；B．核聚变的生成物比反应物更稳定，所以比更稳定，B正确；C．依据爱因斯坦质能方程，可知为该核聚变释放的能量，结合能指的是由单个核子组成原子核所释放的核能，所以并不是的结合能，C错误；D．只有重核的裂变才会出现链式反应，此核反应不会发生链式反应，D错误。故选B。6．C【详解】A．裂变反应中左右两边都有中子，这是核反应原理，必需有中子的参加，不能改写成，A错误；B．轻原子核的聚变才叫热核反应，B错误；C．比结合能越大，原子核越稳定，原子核裂变得到原子核，说明原子核比原子核稳定，即原子核的比结合能比原子核的大，C正确；D．结合能与核子数有关，原子核的核子数远大于原子核的核子数，所以原子核的结合能比原子核的小，D错误。故选C。7．A【详解】A．经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239由铀239经过2次β衰变而产生，A正确；B．温度不会影响衰变速度，B错误；C．依据半衰期公式可得即20g的铀经过2个半衰期后其质量变为5g，C错误；D．核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误；故选A。8．A【详解】A．由质量数和电荷数守恒知，X为即粒子，故A正确；B．为人工转变，故B错误；C．由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；D．为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误。故选A。9．A【详解】A．在该核反应中，会释放出大量的能量，因为比结合能越大，原子核越稳定，可知铀核的比结合能比钡核的小，A正确；B．该反应为重核裂变反应，不是热核反应，B错误；C．要使裂变反应更激烈一些，应使镉棒插入浅一些，让它少吸取一些中子，可增大链式反应的速度，C错误；D．铀核的半衰期与环境温度无关，因此铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错误。故选A。10．B【详解】A．是元素人工转变方程，不是聚变方程。A错误；B．核反应方程是U核裂变的很多核反应中的其中一个，B正确；C．衰变放出能量，质量发生亏损，C错误；D．依据核反应过程满意质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为4，电荷数为2，则X是粒子，D错误。故选B。11．D【详解】A．由质量数和电荷数守恒可知X是中子。故A错误B．该反应是热核反应不是链式反应。故B错误；C．结合能是把拆解成自由核子时所需的最小能量，而非是核反应中放出的能量17.6MeV，故C错误；D．发生核反应后，原子核越稳定，则的比结合能比、的比结合能都大。故D正确。故选D。12．C【详解】镭核发生α衰变的核反应方程式为令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则依据动量守恒可得其中所以氡核的动能为依据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损为故选C。13．ABC【详解】A．分析图像可知，核的平均结合能为7MeV，依据平均结合能的定义可知，核的结合能为故A正确；B．平均结合能越大的原子核越稳定，分析图像可知，核比核的平均结合能大，所以核比核更稳定，故B正确；C．核子结合成原子核时，存在质量亏损，释放核能，故三个中子和三个质子结合成核时释放能量，故C正确；D．重核裂变时，存在质量亏损，释放能量，故D错误。故选ABC。14．ABD【详解】A．由图可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放能量，故A正确；B．由题图可知，A核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，故B正确；C．依据光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故C错误；D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了限制核反应速度，故D正确。故选ABD。15．AC【详解】AB．是核聚变反应，不是α衰变，α衰变是一个原子核变成一个新核同时要放出氦原子核，故A正确，B错误；C．是核裂变反应，故C正确；D．是核裂变反应，、的中子数分别为235-92=143，136-54=82故的中子数比的多61个，故D错误。故选AC。16．BC【详解】A．两个氘核以相等的动能对心碰撞，依据动量守恒定律知，反应前的总动量为零，则反应后总动量为零，即氦核和中子的动量大小相等，方向相反，故A错误；B．由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为：故B正确；C．反应后氦核和中子的总动能来自释放的核能以及反应前氘核的总动能之和，则反应后氦核和中子的总动能为依据动量守恒知，氦核和中子的动量大小相等，方向相反，由知氦核和中子的动能之比为1：3，则核反应后氦核的动能故C正确；D．比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以氦核的比结合能不为，故D错误。故选BC。17．BCD【详解】A．由动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运动的半径公式可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，A错误；B．由圆周运动的半径公式可知B正确；C．圆周运动周期环形电流C正确；D．对α粒子，由洛伦兹力供应向心力可得由质量关系可知，衰变后新核Y质量为由衰变过程动量守恒可得Mv’-mv=0可知系统增加的能量为由质能方程得联立得D正确。故选BCD。18．CD【详解】A．依据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知X为，得其质子数为53个，中子数为个，故A错误；B．X是中等质量的核，比结合能大且稳定，故B错误；C．依据爱因斯坦质能方程，可知释放的核能与质量亏损成正比，故C正确；D．该核反应属于链式反应，每次生成的会使新铀核连绵起伏地发生裂变，故D正确。故选CD。19．AC【详解】A．比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大原子核越稳定，原子核的比结合能小于原子核的比结合能，因此原子核比原子核更稳定，故A项正确；B．依据原子核的特点可知，原子核含有56个质子，中子数为故B项错误；C．依据爱因斯坦质能方程有故C项正确；D．经过一个半衰期后，铀的质量剩下一半，但由于衰变后生成其他物质，即矿石剩下的质量不是，故D项错误。故选AC。20．AC【详解】CD．核反应方程为该反应放出的核能为又因为反应过程遵循动量守恒，能量守恒，所以有解得故C正确，D错误；AB．由可知故A正确，B错误。故选AC。21．AC【详解】AB．依据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，是中子，故A正确，B错误；C．依据结合能的概念可知，该核反应释放的能量为故C正确；D．该核反应的质量亏损为故D错误。故选AC。22．（1）；（2）【详解】（1）依据质量数与电荷数守恒，铀核衰变为钍核时的衰变方程为（2）依据质能方程有23．（1）放出能量，7.97MeV；（2）7.97MeV，2.66MeV；（3）1.921021Hz【详解】（1）一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是反应前各核子总质量为mp+2mn=1.007277u+2×1.008665u