统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题六近代物理初步第12讲波粒二象性原子结构和原子核考点三衰变核反应与核能的计算教师用书

考点三衰变、核反应与核能的计算1．核衰变问题(1)核衰变规律：(2)α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不变更质量数，故可以先由质量数变更确定α衰变的次数，再依据电荷数守恒确定β衰变的次数．②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，依据质量数和电荷数守恒列方程组求解．2．核能的计算方法(1)依据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)．(2)依据1u(原子质量单位)相当于931.5MeV的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)．3．常见的核反应(1)衰变(2)重核裂变(3)轻核聚变(4)人工转变例3[2024·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为()A．B．C．D．预料6[2024·济南市二模]2024年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)再次创建新的世界纪录，实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行．大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为()预料7[2024·浙江省东阳中学模拟预料](多选)核能已广泛应用于清洁电力、热力生产等领域，成为全球能源供应的重要组成部分，应进一步扩大核能利用，以削减碳排放，实现可持续发展和气候变更目标．目前核能的利用主要是人工限制下进行的核裂变的链式反应．关于核裂变的链式反应，下列说法正确的是()A．裂变产生的快中子，速度越大越有利于反应的进行，无需设法使快中子减速B．铀核裂变的产物是多样的，比如核反应方程可以是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)nC．一个铀235核裂变可释放200Mev的能量，1t标准煤燃烧时放出2.93×1010J的热量，则1g铀235全部裂变时就相当于2.8t标准煤完全燃烧时释放的化学能D．秦山核电站利用的是核裂变产生的能量，裂变比聚变产能效率更高，更为平安，清洁预料8(多选)2024年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标记着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家．反应堆工作原理如图所示，钍)吸取一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变核素铀)．下列说法正确的是()A．钍233变成铀233的核反应方程式是：B．中间产生的新核镤)从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射C．新核铀)的结合能小于钍)D．核反应堆是通过核裂变把核能干脆转化为电能发电预料9[2024·辽宁押题卷]碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14.生物存活期间须要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14起先削减．可以依据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间．碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一．下列说法正确的是()A．碳14的衰变方程式为B．该古木的年头距今大于11460年C．14C和14N中含有的中子个数相等D．假如古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差考点三例3解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2，则N＝N1＋N2，因为N余＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,T))·N原，所以t＝2t0时刻，eq\f(N,3)＝N1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)＋N2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(1)，联立解得N1＝eq\f(2,3)N，N2＝eq\f(1,3)N，故t＝4t0时刻，N1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(4)＋N2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)＝eq\f(N,8)，C项正确．答案：C预料6解析：依据质量数与电荷数守恒，则有X的质量数与电荷数分别为238－234＝4，92－90＝2，可知X为eq\o\al(4,2)He，则反应（1）为α衰变，X为eq\o\al(4,2)He，A正确；反应（2）生成核中有电子，则（2）为β衰变，依据质量数与电荷数守恒，则Y的质量数与电荷数分别为238－0＝238，90－（－1）＝91可知，Y的质子数为91，B错误；反应（2）中产生了eq\o\al(0,－1)e，该电子是eq\o\al(234,90)Th中的一个中子转化成了一个质子与一个电子，并不能说明eq\o\al(234,90)Th中有电子，C错误；半衰期为一个统计规律，只对大量原子核才成立，对少数个别的原子核不成立，D错误．答案：A预料7解析：裂变产生的快中子，要经过与减速剂中的原子核碰撞，速度减小，变成慢中子，才简洁被铀核吸取，A错误；利用中子轰击铀核可以发生裂变反应，核反应方程式可以为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)n，B正确；2.8t标准煤完全燃烧时释放的化学能为Q1＝mQ＝2.8×2.93×1010J≈8.2×1010J，1g铀235的摩尔质量为eq\f(1,235)mol，个数为n＝eq\f(1,235)×6.02×1023个≈2.6×1021个，全部裂变时释放的能量为Q2＝nQ0＝2.6×1021×200×106×1.6×10－19J≈8.2×1010J，故1g铀235全部裂变时就相当于2.8t标准煤完全燃烧时释放的化学能，C正确；裂变产生的核废料放射性极强，难以处理，聚变原料好获得，产物无污染，不具放射性，D错误．答案：BC预料8解析：依据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是eq\o\al(232,eq\a\vs4\al(90))Th→eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(91))Pa＋eq\a\vs4\al(0)－1e，eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(91))Pa→eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(92))U＋eq\a\vs4\al(0)－1e，选项A正确；中间产生的新核镤233（eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(91))Pa）从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，选项B正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233（eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(92))U）更加稳定，则新核铀233（eq\o\al(233,eq\a\vs4\al(92))U）的结合能大于钍233（eq\o\al(232,eq\a\vs4\al(90))Th），选项C错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误．答案：AB预料9解析：依据质量数守恒和电荷数守恒，又因为碳14发生β衰变，所以衰变方程为eq