2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册：第五章原子核第1~5节综合拔高练.docx

1、第五章原子核第15节综合拔高练五年选考练考点1衰变及半衰期1.(2020山东,2,3分,)氚核13H发生衰变成为氦核23He。假设含氚材料中13H发生衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.010-8 A。已知电子电荷量为1.610-19 C,在这段时间内发生衰变的氚核13H的个数为()A.5.01014B.1.01016C.2.01016D.1.010182.2018江苏单科,12C(1),已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为()A.14B.12C.21D.413.(2017课标,15,6分,

2、)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为92238U90234Th+24He。下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量4.(2017北京理综,23,18分,)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衰变。放射出的粒子(24He)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分别表示粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用ZAX表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程。(2)粒子的圆周运动可以等

3、效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小。(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损m。考点2核反应方程5.(2020课标,19,6分,)(多选)下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表粒子的有()A.12H+12H01n+X1B.12H+13H01n+X2C.92235U+01n56144Ba+3689Kr+3X3D.01n+36Li13H+X46.(2020课标,19,6分,)(多选)1934年,约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为24He+1327AlX+01n。X会衰变成原子核Y,衰变方程为

4、XY+10e。则()A.X的质量数与Y的质量数相等B.X的电荷数比Y的电荷数少1C.X的电荷数比1327Al的电荷数多2D.X的质量数与1327Al的质量数相等7.(2018北京理综,13,6分,)在核反应方程24He+714N817O+X中,X表示的是()A.质子B.中子C.电子D.粒子8.(2018天津理综,1,6分,)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.714N俘获一个粒子,产生817O并放出一个粒子B.1327Al俘获一个粒子,产生1530P并

5、放出一个粒子C.511B俘获一个质子,产生48Be并放出一个粒子D.36Li俘获一个质子,产生23He并放出一个粒子考点3核聚变9.(2019天津理综,6,6分,)(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破,等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度,为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是()A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任何两个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增加10.(2017天津理综,1,6分,)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上

6、率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.12H+13H24He+01nB.714N+24He817O+11HC.24He+1327Al1530P+01nD.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n11.2019江苏单科,12(2),100多年前,卢瑟福用粒子轰击氮核打出了质子。后来,人们用粒子轰击2860Ni核也打出了质子:24He+2860Ni2962Cu+11H+X,该反应中的X是(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是(选填“核衰变”“

7、核裂变”或“核聚变”)。考点4核能的计算12.(2020课标,18,6分,)氘核12H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式612H224He+211H+201n+43.15 MeV表示。海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.01022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9107 J,1 MeV=1.610-13 J,则M约为(深度解析)A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1 000 kg13.(2019课标,15,6分,)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环,循环的结果可

8、表示为411H24He+210e+2已知11H和24He的质量分别为mp=1.007 8 u和m=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c2,c为光速。在4个11H转变成1个24He的过程中,释放的能量约为()A.8 MeVB.16 MeVC.26 MeVD.52 MeV14.(2020浙江7月选考,14,2分,)(多选)太阳辐射的总功率约为41026 W,其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中,一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(12H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核(13H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核(24He),

9、并放出一个X粒子,同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是()A.X粒子是质子B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4109 kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2三年模拟练应用实践1.(2020河北邢台高二下期中,)下列说法正确的是()A.玻尔通过对氢原子光谱的研究提出了原子的核式结构模型B.核反应完成后产生的核废料是绿色无污染的C.天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D.92235U+01n3692Kr+56141Ba+301n是重核的裂变2.(2020辽宁沈阳实验中学高二下期中,)下面列出的是一些核

10、反应方程,针对核反应方程下列说法正确的是()92238U90234Th+X92235U+01n56144Ba+3689Kr+3M49Be+12H510B+K714N+24He817O+YA.核反应方程是重核裂变,X是粒子B.核反应方程是重核裂变,M是中子C.核反应方程是太阳内部发生的核聚变,K是电子D.核反应方程是人工核转变方程,Y是中子3.(2020山东泰安高考一模,)下列关于核反应的说法,正确的是()A.90234Th91234Pa+-10e是衰变方程,92238U90234Th+24He是核裂变方程B.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n是核裂变方程,也是氢弹的核反

11、应方程C.90234Th衰变为86222Rh,经过3次衰变,2次衰变D.铝核1327Al被粒子击中后产生的反应生成物是磷1530P,同时放出一个质子4.(2020江西南昌实验中学高二下测试,)一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.007 3 u,中子质量mn=1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u。1 u相当于931.5 MeV的能量。(1)写出聚变方程(2)释放出的核能多大?(3)平均每个核子释放的能量是多大?5.(2020江苏启东高二下测试,)一个静止的铀核(92238U)衰变成钍核(90234Th)时,放出一个粒子。(1)写出铀核发生衰变的核反应方程。(2)

12、假设反应中释放出的核能E全部转化为钍核和粒子的动能,钍核的质量为M,粒子的质量为m,则钍核和粒子的动能各为多大?(3)衰变过程一般都有光子放出。一个高能光子经过重核附近时,在原子核场的作用下,能产生一对正负电子,已知电子质量me=9.110-31 kg,光在真空中的传播速度c=3108 m/s,请写出相应的核反应方程,并计算一个高能光子的能量至少多大。迁移创新6.(原创题,)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着。太阳就是一个巨大的热核反应堆,太阳的主要成分是氢,太阳的中心温度使氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,不断地放出能量。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。(1)太阳内部的热核反应中4个

13、质子聚变为1个氦核(24He),请写出核反应方程。(2)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp=1.672 610-27 kg,m=6.642 510-27 kg,me=0.000 910-27 kg,则4个质子发生上述热核反应所释放的能量是多少?(结果保留三位有效数字)(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026 J,则太阳每秒减少的质量为多少千克?(结果保留一位有效数字)(4)太阳现在的质量约为21030 kg,科学家预测太阳质量减少万分之三,热核反应不能继续进行。请你计算推导太阳还能存在多少年?(结果保留一位有效数字)答案全解全析五年选考练1.B设在这段时间内,产生的电子的个数为n,由

14、电流的定义,有I=net,即n=Ite=1.01016;由衰变规律可知该核反应方程为13H23He+-10e,即产生一个电子(-10e)需要发生衰变的氚核13H的个数也为一个,故在这段时间内需要发生衰变的氚核13H个数为1.01016,故B正确。2.B经过2T后,A剩余的质量mA=m122=m4,B剩余的质量mB=m121=m2,mAmB=m4m2=12。3.B静止的原子核在衰变前后动量守恒,由动量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小,选项B正确;动能Ek=p22m,由于钍核的质量(m1)大于粒子的质量(m2),故动能不等,选项A

15、错误;铀核的半衰期是指大量的铀核半数发生衰变所用的时间,而不是放出一个粒子所经历的时间,选项C错误;原子核衰变前后质量数守恒,衰变时放出核能,质量亏损,选项D错误。4.答案见解析解析(1)ZAXZ-2A-4Y+24He(2)设粒子的速度大小为v,由qvB=mv2R、T=2Rv得粒子在磁场中运动周期T=2mqB环形电流大小I=qT=q2B2m(3)由qvB=mv2R,得v=qBRm设衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒Mv-mv=0v=mvM=qBRM由mc2=12Mv2+12mv2得m=(M+m)(qBR)22mMc2说明:若利用M=A-44m解答,亦可。5.BD核反应方程中,反应前后质量

16、数守恒,电荷数守恒,则A项中X1应为23He;B项中X2为24He;C项中X3应为01n;D项中X4应为24He。故选B、D。6.AC由核反应过程遵循质量数和电荷数守恒可知X为1530P(磷核),用粒子轰击铝箔的核反应方程为24He+1327Al1530P+01n,而1530P不稳定,会衰变成1430Si,其衰变方程为1530P1430Si+10e,则X与Y的质量数相等,而X的质量数比1327Al多3,选项A正确,D错误;X的电荷数比Y多1,比1327Al多2,选项B错误,C正确。7.A由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X为质子11H,故选项A正确。8.B由核反应中质量数、电荷数均守恒,可

17、写出选项中的四个核反应方程。714N+24He817O+11H,选项A错误。1327Al+24He1530P+01n,选项B正确。511B+11H48Be+24He,选项C错误。36Li+11H23He+24He,选项D错误。9.AD因为重核裂变后,产物中存在不稳定的核,而且放射性产物较多,轻核聚变与之相比更安全、清洁,所以A项正确。轻原子核才会发生聚变,所以B项错误。核反应过程中存在质量亏损,释放能量,所以C项错误。核反应后产生的新核相对稳定,比结合能增加,故D项正确。10.A选项A是质量较小的核结合成质量较大的核,属于核聚变。选项B是卢瑟福发现质子的人工转变方程。选项C是约里奥-居里夫妇发

18、现人工放射性同位素的人工转变方程。选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程,属于核裂变。11.答案中子核裂变解析由质量数守恒与电荷数守恒可确定X应是01n,是中子。目前人类对和平利用核聚变获得能量的技术还不成熟,而衰变中能量释放速率太缓慢,故目前利用核能的主要方式是核裂变。12.C由1 kg海水中的氘核聚变释放的能量与质量为M的标准煤燃烧释放的热量相等,有:2.9107 J/kgM=1.01022643.151.610-13 J,解得M400 kg,故C选项正确。知识拓展核能的计算方法及注意事项(1)质能方程法:运用衰变规律,根据原子核衰变前后质量数和电荷数都守恒,从而确定衰变次数和核

19、反应方程;通过计算核反应前后的质量亏损m,再由质能方程E=mc2计算核能。(2)能量守恒法:通过计算核反应前后各核的动能等其他能量的总和,再根据能量守恒求出核能,并可由质能方程E=mc2计算核反应的质量亏损。(3)根据E=mc2计算核能时,质量亏损m是质量而不是质量数,其单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”。(4)根据E=m931.5 MeV计算核能时,1 u相当于931.5 MeV的能量,所以m的单位是“u”,E的单位是“MeV”。13.C由核反应方程可知,4个11H转变成1个24He的过程中的质量亏损m41.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,释放的核

20、能E=mc2=0.028 6931 MeV26.6 MeV,故选项C正确。14.BC根据质量数和电荷数守恒可知,X粒子是中子,A错误;根据能量守恒可知X粒子的质量对应的能量为939.6 MeV,由E=mc2可知X粒子的质量为939.6 MeV/c2,B正确;太阳每秒辐射的能量约为E=41026 J,则太阳每秒因为辐射损失的质量约为m=Ec2=4.4109 kg,远大于17.6 MeV/c2,C正确,D错误。三年模拟练1.D卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构模型,故A错误;核反应堆中的核废料具有很强的放射性,对环境危害很大,不能随意处置,需要装入特制的容器,深埋地下,故B错误;天然

21、放射现象中的射线是一种电磁波,在电场和磁场中不发生偏转,故C错误;92235U+01n3692Kr+56141Ba+301n是铀核俘获中子的裂变方程,属于重核的裂变,故D正确。2.B式代表衰变不是重核裂变,选项A错误;是典型的重核裂变,由质量数和电荷数守恒得出M是中子,选项B正确;是人工核转变方程,K是中子,选项C错误;由质量数和电荷数守恒可知Y代表质子,选项D错误。3.C核反应方程90234Th91234Pa+-10e放射出电子,是衰变方程,92238U90234Th+24He是衰变方程,故A错误;核反应方程92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n是核裂变方程,不是氢弹的核

22、反应方程,是原子弹的核反应方程,故B错误;在衰变过程中,电荷数减少2,质量数减少4,在衰变过程中,电荷数增加1,质量数不变,设经过了m次衰变,n次衰变,则有4m=234-222=12,2m-n=90-86=4,解得m=3,n=2,故C正确;铝核1327Al被粒子击中后产生的反应生成物是磷1530P,同时放出一种粒子,根据质量数和电荷数守恒可知放出的粒子质量数为1,电荷数为0,该粒子为中子,故D错误。4.答案(1)11H+201n13H(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV解析(1)聚变方程为11H+201n13H(2)质量亏损为m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3

23、.018 0) u=0.006 7 u释放的核能为E=0.006 7931.5 MeV6.24 MeV。(3)平均每个核子放出的能量为E=En=6.243 MeV=2.08 MeV。5.答案(1)92238U90234Th+24He(2)mm+MEMm+ME(3)-10e+10e1.63810-13 J解析(1)铀核发生衰变的核反应方程为92238U90234Th+24He(2)由衰变过程动量守恒得0=p-p根据能量守恒得E=Ek+Ek又Ek=p22M,Ek=p22m,则EkEk=mM解得Ek=mm+ME,Ek=Mm+ME(3)核反应方程为-10e+10eE=2mec2=29.110-31(3108)2 J=1.63810-13 J6.答案(1)411H24He+210e(2)4.1510-12 J(3)4109 kg(4)5109年解析(1)根据质量数与电荷数守恒,其核反应方程为411H24He+210e。(2)由核反应方程可知E=(4mp-m-2me)c2=4.1510-12 J(3)太阳每秒释放的能量为E=3.81026 J,则太阳每秒减少的质量为m=Ec2解得m=4109 kg(4)太阳还能存在的时间为t=Mm=21030310-44109 s=1.51017 s=5109年