2023高考物理原子核和核能练习题.pdf

高考物理原子核和核能（含答案）1.下列说法正确的是（）A,太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的裂变反应B.核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度C.玻尔理论是依据a 粒子散射实验分析得出D.衰变中产生的P射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的答案：B2.光子能量为E 的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为也、V2、丫3、/、吆、V6V7 V8、V 9 00 的十种光谱线，且也V2 VV3 V 丫4 V 丫5 丫6 丫7 丫8 V V93He+dnB.VN+He9O+|HClHe+召 A l-否 P+HD.赞U+嘴 Ba+招 Kr+3加答案：A4.铀核（费U）经过机次a 衰变和次p 衰变变成铅核（亚Pb）,关于该过程，下列说法中正确的是（）A.m=5,n=4B.铀核（赞U）的比结合能比铅核（亚Pb）的比结合能小C.衰变产物的结合能之和小于铀核（赞U）的结合能D.铀核（赞U）衰变过程的半衰期与温度和压强有关答案：B5.（多选）下列说法正确的是（）A.方程式燹U-钳Th+3He是重核裂变反应方程B.葩原子核（*Cs）的结合能小于铅原子核（裳Pb）的结合能C.p 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D.核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力答案：BCD6.锯 Th经过一系列a 衰变和P 衰变后变成锣P b,贝 I好P b比锵Th少（）A.16个中子，8 个质子 B.8 个中子，16个质子C.24个中子，8 个质子 D.8 个中子，24个质子答案：A7.以下说法正确的是（）A.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，原子电势能增大，原子能量减小B.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数越多，光电子的最大初动能增大C.氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱D.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，阴极射线是原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流答案：c8 .有关近代物理知识，下列说法正确的是（）A.碘 131的半衰期大约为8 天，1g 碘 131经过6 4天后，未衰变 的 大 约 为 自 gB.比结合能越大，原子核中核子结合的越不牢固，原子核越不稳定C.铀 2 35 的裂变方程可能为赞U-界C s +料 R b+10 山D.处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定大于吸收光子的频率答案：A9 .（多选）正电子发射型计算机断层显像（P E T）的基本原理：将放射性同位素90注入人体，在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对y 光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象，则根据P E T 原理判断下列表述正确的是（）A.9 O 在人体内衰变的方程是京0-N+?eB.正、负电子湮灭的方程是?e+2 e-2 yC.在 P E T 中，9 0 主要用途是穿透作用D.在 P E T 中，翼）主要用途是参与人体的新陈代谢答 案:AB10 .（多选）笊核、晁核、中子和氮核的质量分别是如、2 2、W 13和m4,如果笊核和晁核结合生成氨核，则下列说法正确的是（）A.核反应方程为汨+i H 4H e+J nB.这是一个裂变反应C.核反应过程中亏损的质量AmmyD.核反应过程中释放的核能A =（mi+m2 m3W 4）c2答案：AD11.（多选）下列说法正确的是（）A.在 a、p、y 这三种射线中y射线的穿透能力最强，a射线的电离能力最强B.假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期，一定是有9 个原子核发生了衰变C.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属时可能发生光电效应D.两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫核裂变答案：AC1 2.(多选)一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了某种衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1 ：1 6,则()A.该原子核发生了 P 衰变B.原来静止的原子核的原子序数为15C.反冲核沿小圆作逆时针方向运动D.该衰变过程结束后其系统的总质量略有增加答案：ABC13.一个被原子核(ZBe)从最靠近核的K 层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核0 L i),并放出一个不带电的、质量接近零的中微子以质量不计)，人们把这种衰变叫作被核的EC衰变，核反应方程为3Be+%e-gLi+ve。已知一个被原子质量为mi，一个锂原子质量为m2，一个电子质量为机e，光速为c,则一个被原子核发生上述核反应释放的能量为()A.(mi-m2)c2 B.(zni+me+m2)*:2C.(mi-me-m2)c1 D.(m2mme)c1答案：A1 4.浙江秦山核电站第三期工程有两个60万千瓦发电机组已并网发电。(1)(多选)发电站的核能来源于锚u 的裂变，现有四种说法：A.赞U 裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小B.赞 U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为焚U+Jn-1 矣Ba+跟 Kr+BjnC.赞 U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为4 5 亿年，升高温度半衰期缩短D.一个赞U 核裂变能放出约200 MeV的能量，合 3.2x1。-J以上四种说法正确的是 O (填选项字母)(2)已知铀235的质量为235.043 9 u,领 141的质量为140.913 9u,氮92的质量为91.897 3 u,每个中子质量为1.008 7 u。1 kg铀235发生中的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量？(1 kg优质煤完全燃烧时能产生3.36x107 j 的热量)(3)这座核电站核能转化为电能的效率为77=40%,假定反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，则每年需要多少浓缩铀(浓缩铀中铀235的含量占2%)?答案:(1)BD(2)2.45x1031(3)5.7xl04 kg15.(1)绸Th是不稳定的，能自发的发生衰变。钳Th衰变反应方程是觉Th一钾Pa+o钳T h衰变为帘R n,经过_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 次 a 衰变，次 P衰变。(2)1919年，卢瑟福用a 粒子轰击氮核发现质子。科学研究表明其核反应过程：a 粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核。设 a 粒子质量为如，初速度为vo,氮核质量为m2,质子质量为加0，氧核的质量为23，不考虑相对论效应。a 粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大?求此过程中释放的核能。答案：(1)3 e 3 2(2)/九 ;(2 1+加2 -W 1 0 -m3)C2本章高考考点总结一原子核(-)原子核的三种衰变和三种射线性质1 .原子核的三种衰变(1)a衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体.B衰变是原子核内的一个中子变成一个质子时发生的.B+衰变是原子核内的质子转变成一个中子时产生的.Y射线是在发生a衰变、B衰变和B+衰变时，产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生 的.(2)不论发生哪种衰变，衰变前后的电荷数和质量数是守恒的.2 .三种放射性射线三种射线是指a射线、0射线和Y射线，三种射线的实质和特性如下表所示.三种射线是指Q射线、B射线和Y射线，三种射线的实属和特性如下表所示.粒子特性a射线羽e（正电）穿透本领小（空气中射程只有几厘米），电离本领强，速度为技B射线-：e（负电）穿透本领大（能穿透几毫米厚的铝板），电离作用较弱，速度为常Y射线高能光子（中性）穿透本领很大（能穿透几厘米厚的铅板），电离作用很小3.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.计算公式：方=卷1或历=，其中）=|，r为半衰期 头 条 号 于 简 至 棒 高 中 物 理3.确定衰变次数的方法（1）XY+nHe+me根据质量数、电荷数守恒得A=A+4nZ=Z+2n-m二式联立求解得a衰变次数n 和0衰变次数m.（2）根据a衰变和B衰变实质小衰变质量数不变）直接求解（二）对核反应方程的类型的理解1.四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其他衰a 衰变乳一出 e1 8 9 6贝可勒尔变B衰变29 oT h 甯 P a+Le年裂变-3 sS r+生 e +1 0 加+1 4 1 MeV1 9 3 8年原子弹原理聚变?H+tH-帽e+in+1 7.6 MeV氢弹原理人正电子?iA l+H e P+J nisP S i+1 e1 9 3 4年约里奥一居里夫妇工转发现质子1-+如e1 9 1 9年卢瑟福变发现中子iB e+jH e-1 9 3 2年查德威克2.解题时注意事项（1）熟记一些粒子的符号：a 粒子C H e）、质子（；H或 p）、中子（标）、电子Je）、笊核（汕、第核（汨 头 条 号 家 简 至 柢 高 即 物 理（2）注意在核反应方程中，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.(三)核能的计算1 .利用质能方程来计算核能(1)首先根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Am.(2)再根据爰因斯坦质能方程E=mc2或AE=Amc2计算核能.方程AE=Amc2中若Am的单位用“kg、c的单位用“m/s,则AE的单位为 J;若Am的单位用 u,可直接用质量与能量的关系式l u相当于931.5 MeV推算E,此时AE的单位为“兆电子伏(M eV),即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV.2.利用平均结合能来计算核能原子核的结合能二核子的平均结合能x核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能.3.利用能量守恒定律计算核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动 能.这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能+反应过程中释放的核能=反应后总动能.(四)核裂变与核能的计算1.链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于临界体积.体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核.(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子.2.裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量.一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t 标准煤完全燃烧释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温.3.根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量.链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积.如果体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生.在裂变反应中核子数是不会减少的（五）核聚变和核能的计算1.聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10-1 5 m,这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能.要使 原 子 核 具 有 足 够 大 的 动 能，就 要 给 它 们 加 热，使物质达到几 百 万 开 尔 文 的 高inn.2.轻 核 聚 变 是 放 能 反 应：从 比 结 合 能 的 图 线 看，轻 核 聚 变 后 比 结 合 能 增 加，因此 聚 变 反 应 是 一 个 放 能 反 应.3.聚变方程iH+iH He+in+17.6 MeV4.重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成员量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3 4 倍好 题 解 析，考点渗透1、为 测 定 水 库 的 存 水 量，将 一 瓶 放 射 性 溶 液 倒 入 水 库 中，已知这瓶溶液每分钟衰 变8x107次，这 种 元 素 的 半 衰 期 为2天，10天 以 后 从 水 库 取 出1 m3的水，并 测 得 每 分 钟 衰 变10次，求 水 库 的 存 水 量.【解 题 如 图 所 示】设该放射性元素原有质量mQ,10天后的剩余质量为m,水库存水量为。，则有m 10.=-m.3W o 8X IO7 Q 由半衰期公式得m =mQ由以上两式联立代入数据，得黑？m-3=酣=矍解得水库存水量为0 =2.5 X 105 m3.答案：2.5X105 m3K q q d=g2、一个静止的铀核U（原子质量为232.037 2 u）放出一个a粒子（原子质量为4.002 6 u）后衰变成社核Th（原子质量为228.028 7 u）.（已知原子质量单位1u=1.67x10-27 kg,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量）（1）写出铀核的衰变反应方程；（2）算出该衰变反应中释放出的核能；（3）若释放的核能全部转化为新核的动能，则a粒子的动能为多少？【解题如图所示】(1)2改1-*渤Th+?He.(2)质量亏损m=-加 a 一 加 Th=0.005 9 uLE=0.005 9X931.5 MeV5.50 MeV(3)系统动量守恒，社核和a 粒子的动量大湘等，即P-O 1+(-Pa)=0PTh=Pa&Ih=2冽 Thklh+Eka=所以社核获得的动能kIh=A=-X5.50 MeV0.09 MeVma+Wit 4+228解 得：Ek a=5.50MeV-0.09 MeV=5.41 MeV 答案(1)2J2可 5Th+fHe(2)5.50 MeV3、中国第三代核电自主化的依托项目山东海阳核电站两台机组的开工,在全世界引起了轰动.在核电站中，核反应堆释放的核能转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.核反应方程式宽U+Jn-%B a+椒G+aX 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，出为中子，X 为待求粒子，a 为 X 的个数，则 X 为_ _ _ _ _ _ _ _,a=_ _ _ _ _ _ _ _.以mu、加&、匕分别表示曾U、界Ba、？所核的质量，g、啊分别表示中子、质子的质量，c 为真空中的光速，则在上述核反应过程中放出的核能AE（2）已知年2有一种同位素，比2狄J 核多3 个中子.某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生a 衰变，放出的a 粒子的速度大小为v o,试求衰变后的残核初速度多大？解析：（1座据核反应过程中质量数和电荷数守恒可以确定，X 为中子，a=3.（3 分）由爰因斯坦质能方程可得，核反应过程中放出的核能=（mu-W T B.-巾必-2mn）c2.（3 分）比丐2 核 多 3 个中子的同位素核层加闫出核发生a 衰变，残核的质量数为234.设 a 粒子质量为4 m.则残核质量为234m,由 动 量 守 恒 定 律 得=234mv,解得残核的速度为v=2 八YP产（6 分）答案：（1）中子 3（muImc1各。头 僦 鞫 翎 铮I楸理4、在人类认识原子与原子核结构的过程中,符合物理学史的是（A.查德威克通过研究阴极射线发现了电子B.汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说c.居里夫人首先发现了天然放射现象D.卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子解 析：选 D.汤姆孙研究阴极射线发现了电子，A 错；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，B错；贝克勒尔首先发现了天然放射现象，C错.知识框架如图所示射 线：穿 透 能 力 破 划.电 题 本 较 ）r 拜 髓 现 象1射 线：宓 速 电 子 藻.产 生 实 质 的 楂 反 应 方 程为一】射 线：而 a上 变 和B亲变而产应）-.L（质子厂（意 义：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核）（原子楂的送变）/-.H a 衰变：夕 X 一 _+H e（我 变 法 则 正：;-）k-衰变：IX 一 ,.Y+规 律：衰变过徵遵守电荷数寸忸、质献数 守恒、_ 守 忸；标 放 的能量以放出粒子和反冲核的动能及y光子能微（伴 随y衰变时）的形式我现出来半套期：大iltliliF核用 发 生 衰 变 需 耍 的 时 间.它由 核 本 身 决 定,一 般 与 薪 理、化学性质无关T 探 测 射 线 的 方 法：成IF逊 云 室、气 泡 空、上除一米勒计敷器）（质 子 的 发 现：N+；He +；1口 iE电 子的 发 现：百A l+；He P+：n?+.为（人工转变）-（中 子 的 发 现：Be+；H e T C T n）厂 （核 力：短 程 力,只与一 _核 子 发 生 作 用）比结合他（平均结合能）：比 结 合 的 域 大.表 示 原 子 核 中 核 子 结,合 得 屏 牢 冏,原 子 楂 越 稳 定T 核反应与核他）T爱 因 斯 也 顺 能 方 程：E=M或AE=）一 。楼的裂变：嗨 U+】n-1aBl t+（Kr+（轻 核 的 聚 变：；H+；H-；He，；n）（子 的 分 类 是：强 于、轻 子、媒介子）粒子与宇宙）-（四 种 相互作用史：万 T引 力、电 磁 力、强 相 互 作 用、曲 相 互 而（宇宙大爆炸删论）