2016高考物理总复习第12章第2课时原子核核反应与核能分组训练(含解析)
高考物理一轮复习 第12章 近代物理初步 第2讲 原子和原子核课时作业(含解析)新人教版-新人教版高
第2讲原子和原子核时间:45分钟总分为:100分一、选择题(此题共14小题,每一小题6分,共84分。
其中1~11题为单项选择,12~14题为多项选择)1.(2019·广东揭阳一模)如下列图,x为未知的放射源,L为薄铝片,假设在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,如此x可能是()A.α射线和β射线的混合放射源B.纯α射线放射源C.纯γ射线放射源D.α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后,发现计数器的计数率大幅度减小,说明射线中含有穿透能力弱的α射线,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明没有射线或剩下的射线不带电,即为γ射线,因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源,故A、B、C错误,D正确。
2.(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A.天然放射现象的发现,揭示了原子核是由质子和中子组成的B.玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C.天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现,揭示了原子核有复杂的结构,故A错误;玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论,故B正确;天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线,其中α射线是氦原子核,β射线是电子流,只有γ射线是高能量的电磁波,故C错误;卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构,在此根底上,他建立了原子的核式结构模型,故D错误。
3.(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道,香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞,如果每天抽1.5包香烟,一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。
210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核,新核的中子数比质子数多()A.38个B.40个C.42个D.44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X,其中子数为206-83=123,中子数比质子数多123-83=40,B正确。
专题13.4 原子核 核反应与核能-2016年高考物理一轮复习精品资料(原卷版)
【考情解读】1.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.2.会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题.【重点知识梳理】一、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。
2.天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。
天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构。
(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。
具有放射性的元素叫放射性元素。
(3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线。
(4)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。
②应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。
③防护:防止放射性对人体组织的伤害。
3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
(2)分类α衰变:A Z X→A-4Y+42HeZ-2β衰变:A Z X→A Z+1Y+0-1e(3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。
二、核力、结合能、质量亏损1.核力(1)定义:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。
(2)特点:①核力是强相互作用的一种表现;②核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内;③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
2.结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合能,亦称核能。
3.比结合能(1)定义:原子核的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能。
(2)特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。
4.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=mc2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm,这就是质量亏损。
高考物理总复习第十二单元波粒二象性原子结构与原子核课时2原子结构原子核教师用书(含解析)新人教版
1.原子的核式结构模型(1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
(2)α粒子散射实验:1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,几乎被“撞”了回来。
(3)卢瑟福提出原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2.氢原子的能级结构(1)玻尔理论①定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。
②跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E m-E n。
(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)③轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。
(2)基态和激发态:原子能量最低的状态叫基态,其他能量较高的状态叫激发态。
3.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,它们统称为核子。
(2)原子核的核电荷数=质子数,原子核的质量数=质子数+中子数。
(3)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子。
同位素在元素周期表中的位置相同。
4.天然放射现象(1)天然放射现象:元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。
天然放射现象的发现,说明原子核还具有复杂的结构。
(2)三种射线放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线。
其中α射线是高速运动的氦核,β射线是高速运动的电子流,γ射线是光子。
(3)半衰期①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)及化学状态(如单质、化合物)无关。
(4)α衰变和β衰变的实质α衰变:核内两个中子和两个质子作为一个整体从较大的原子核内抛射出来。
高考物理总复习12.2原子结构与原子核针对训练(含解析)新人教版
12.2 原子构造与原子核1.( 2019 年舟山质检)处于激发状态的原子,在入射光的电磁场的影响下,从高能态向低能态跃迁,两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去,这类辐射叫作受激辐射. 原子发生受激辐射时,发出的光子频次、发射方向等,都跟入射光子完整同样,这样使光得到增强,这就是激光产生的机理. 那么,发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量E、电势能 E p、电子动能E k的变化状况是()A. E p增大、E k减小、E减小B. E p减小、E k增大、E减小C. E p增大、E k增大、E增大D. E p减小、E k增大、E不变qe 分析:发生受激辐射时,向外辐射能量,知原子总能量减小,轨道半径减小,依据k r2 v2=mr 知,电子的动能增大,因为能量减小,则电势能减小,故A、 C、D 错误,B正确 .答案: B2. (多项选择)如图 12- 2- 7 所示是氢原子的能级图,大批处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共能够辐射出 6 种不一样频次的光子,此中巴耳末系是指氢原子由高能级向=2 能级跃迁时开释的光子,则()nA.6B.6图 12-2-7种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的种光子中有 2 种属于巴耳末系迁到C. 使n= 4 能级的氢原子电离起码要0.85 eV 的能量D. 若从n= 2 能级跃迁到基态开释的光子能使某金属板发生光电效应,n=2能级开释的光子也必定能使该金属板发生光电效应则从n=3能级跃分析:依据跃迁假说,在跃迁的过程中开释光子的能量等于两能级之差,故从n=4跃迁到 n=3时开释光子的能量最小,频次最小,波长最长,因此 A 错误;由题意知 6 种光子中有 2 种属于巴耳末系,它们分别是从n=4跃迁到 n=2和从 n=3跃迁到 n=2时开释的光子,因此 B 正确;E4=- 0.85 eV ,故n= 4 能级的电离能等于0.85 eV ,因此 C 正确;由题图知,从 n=3能级跃迁到n=2能级开释的光子的能量小于n=2能级跃迁到基态开释的光子的能量,因此D错误.答案: BC3.( 2019 年东北三校一联)(多项选择)如图 12-2- 8 所示,氢原子可在以下各能级间发生跃迁,设从n=4到 n=1能级辐射的电磁波的波长为λ 1,从n=4到n=2能级辐射的电磁波的波长为λ 2,从n=2到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ 3,则以下关系式中正确的是()图 12-2-8 A. λ <λ3B. λ 3<λ21C. λ 3>λ2D.1=1+1λ 3λ 1 λ 2分析:已知从 n =4 到 n = 1 能级辐射的电磁波的波长为λ ,从 n = 4 到 n = 2 能级辐射1的电磁波的波长为 λ 2,从 n = 2 到 = 1 能级辐射的电磁波的波长为λ 3,则 λ1、 λ 2、 λ 3nc c c1 11 1,λ3<λ 2,又 h cc + h c 1 的关系为 h >h>h ,即 > ,λ1<λ 3, > = h,即λ1 λ 3 λ2 λ1 λ 3λ3 λ 2λ 1λ 3λ 2λ 1= 11 1 = 1 1+ ,则 λ - ,即正确选项为 A 、 B.λ 3 λ 2 3 λ 1λ 2答案: AB4.( 2018 年高考·课标全国卷Ⅲ) 1934 年,约里奥·居里夫妻用 α 粒子轰击铝核2713Al , 产生了第一个人工放射性同位素27)X : α +13Al → n + X.X 的原子序数和质量数分别为(A.15 和 28B.15 和 30C.16 和 30D.17 和 31分析:据 α 粒子和中子的质量数和电荷数写出核反响方程: 4271A2He + 13Al → 0n +Z X ,联合质量数守恒和电荷数守恒得, A = 4 + 27- 1= 30,Z = 2+ 13- 0 = 15,原子序数等于核电荷数,故 B 正确.答案: B5. (多项选择) 14C 发生放射性衰变为为14N ,半衰期约 5 700 年 . 已知植物存活时期,其体内14C 与 12 C 的比率不变;生命活动结束后,14C 的比率连续减小 . 现经过丈量得悉,某古木样品中 14C 的比率正好是现代植物所制样品的二分之一 . 以下说法正确的选项是( )A. 该古木的年月距今约 5 700 年B. 12C 、 13C 、 14C 拥有同样的中子数C. 14C 衰变为 14N 的过程中放出 β 射线D. 增添样品丈量环境的压强将加快 14C 的衰变分析:古木样品中 14 C 的比率是现代植物所制样品的二分之一,依据半衰期的定义知该古木的年月距今约 5 700 年,选项 A 正确;同位素拥有同样的质子数,不一样的中子数,选项B 错误; 14C 的衰变方程为 14 14 N + 0 e ,因此此衰变过程放出 β 射线,选项 C 正确;放射性6 C →7 -1元素的半衰期与核内部自己要素相关,与原子所处的化学状态和外面条件没关,选项 D 错误.答案: AC2322086. (多项选择) 90 Th (钍)经过一系列 α 衰变和 β 衰变,变为 82 Pb (铅) . 以下说法中正确的是( )A. 铅核比钍核少 8 个质子B. 铅核比钍核少 16 此中子C. 共经过 4 次 α 衰变和 6 次 β 衰变D. 共经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变分析:设 α 衰变次数为 x , β 衰变次数为 y ,由质量数守恒和电荷数守恒得232= 208 +4x ,90=82+ 2x - y ,解得 x =6,y = 4, C 错, D 对;铅核、钍核的质子数分别为82、90,故 A 对;铅核、钍核的中子数分别为126、 142,故B 对 . 答案: ABD7. ( 2018 年高考·天津卷)国家大科学过程——中国散裂中子源(CSNS )于2017 年8月 28 日初次打靶成功,获取中子束流,能够为诸多领域的研究和工业应用供给先进的研究平台,以下核反响中放出的粒子为中子的是( )图 12-2-9A. 147N 俘获一个 α 粒子,产生 178O 并放出一个粒子2730B. 13Al 俘获一个 α 粒子,产生 15P 并放出一个粒子C. 115B 俘获一个质子,产生 48Be 并放出一个粒子6 俘获一个质子,产生 3 并放出一个粒子D. LiHe32分析:依据核反响过程中质量数守恒及电荷数守恒可知,144 1717N + He → 8O + H ,A 项错误;2127 430 1111 84 613413Al +2He → 15P + 0n ,B 项正确; 5B +1H → 4Be + 2He , C 项错误; 3Li +1H → 2He + 2He ,D 项错误 .答案: B8. ( 2018 年高考·天津卷)氢原子光谱在可见光地区内有四条谱线H α 、 H β 、 H γ、 H δ ,都是氢原子中电子从量子数n >2 的能级跃迁到 n = 2 的能级发出的光,它们在真空中的波长由长到短,能够判断( )A.H 对应的前后能级之差最小αB. 同一介质对 H α 的折射率最大C. 同一介质中 H δ 的流传速度最大D. 用 H 照耀某一金属能发生光电效应,则H 也必定能γβ分析: A 对:依据 = ν=c,波长越长,光子的频次越低,由m- n = ν,知 H αE hh λE E h对应的两能级之差最小 .B 错:光在同一介质中流传,频次越高,折射率越大,故H δ的折射cc率最大, H 的折射率最小 .C 错:依据 n =v 得 v = n ,则折射率越大,流传速度越小,故在同α一介质中 H δ 的流传速度最小 .D 错:光的频次越高,越简单发生光电效应,因为 H β的频次小于 H γ 的频次, H γ 能使某一金属发生光电效应,而H β则不必定能 . 答案: A。
高考物理一轮复习 第十二章 波粒二象性 原子结构与原子核 第2讲 核反应、核能教学案(含解析)
第2讲核反应、核能➢教材知识梳理一、原子核与衰变1.原子核的组成:原子核是由________和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的________.2.天然放射现象(1)天然放射现象元素________地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现,说明________具有复杂的结构.(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫________.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是________、β射线、γ射线.(4)放射性同位素:有________放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种________的变化称为原子核的衰变.(2)分类α衰变:A Z X―→A-4Y+________;Z-2Y+________.β衰变:A Z X―→AZ+1(3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的________、________状态无关.二、核力与核能1.核力核子间的作用力.核力是________力,作用范围在1.5×10-15 m之内,只在相邻的核子间发生作用.2.核能(1)结合能:核子结合为原子核时________的能量或原子核分解为核子时________的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能.(2)比结合能:①定义:原子核的结合能与________之比,称作比结合能,也叫平均结合能.②特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核________.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=________,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE=________.三、裂变与聚变1.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.(2)链式反应条件:裂变物质的体积________临界体积.(3)典型的裂变方程:235 92U+10n―→136 54Xe+9038Sr+________10n.(4)裂变的应用:原子弹、核反应堆.2.轻核聚变(1)定义:两个轻核结合成质量较大的原子核的反应过程.(2)条件:使核发生聚变需要几百万度以上的高温,因此聚变又叫________.(3)典型的聚变方程:21H+31H―→________+10n.(4)聚变的应用:氢弹.答案:一、1.质子质子数2.(1)自发原子核(2)放射性(3)α射线(4)天然3.(1)原子核(2)42He 0-1e (3)物理化学二、1.短程2.(1)释放吸收(2)①核子数②越稳定3.mc2Δmc2三、1.(2)大于或等于(3)10 2.(2)热核反应(3)42He【思维辨析】(1)天然放射现象说明原子是可分的.( )(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.( )(3)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.( )(4)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.( )答案:(1)(×)[解析] 天然放射现象说明原子核是可分的.(2)(×)(3)(×)(4)(×)【思维拓展】核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题,都有哪些方法求核反应中的能量呢?答案:1.根据质能方程ΔE=Δmc2,注意:这里质量单位要用 kg,能量单位用J.2.利用原子质量单位u和电子伏特计算,1 u=1.656×10-27 kg,1 eV=1.6×10-19 J,1 u相当于931.5 MeV.3.根据能量守恒定律和动量守恒定律计算核能.[物理学史]1896年法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性1897年英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在.1898年居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性,并由此发现了“镭”1911年卢瑟福公开α粒子散射实验结论,建立原子核式结构模型.1919年卢瑟福首次实现人工核反应,用α粒子轰击氮核结果打出了质子.1932年英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”.➢考点互动探究考点一核反应方程1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U―→234 90Th+42He β衰变自发234 90Th―→234 91Pa+0-1e人工转变人工控制147N+42He―→178O+11H(卢瑟福发现质子)42He+94Be―→126C+10n(查德威克发现中子)2713Al+42He―→3015P+10n 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素及正电子3015P―→3014Si+1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U+10n―→14456Ba+8936Kr+310n23592U+10n―→13654Xe+9038Sr+1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H+31H―→42He+10n2.关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.(2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒),核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能.1 下列核反应方程中,属于衰变的是( )A. 14 7N+42He―→17 8O+11HB. 238 92U ―→234 90Th +42He C. 21H +31H ―→42He +10nD. 235 92U +10n ―→136 54Xe +9038Sr +1010n答案:B [解析] 选项B 属于衰变,选项A 属于人工转变,选项C 属于轻核聚变,选项D 属于重核裂变,所以选项B 正确.式题 下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( )A .γ射线是高速运动的电子流B .氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C .太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D. 210 83Bi 的半衰期是5天,100克21083Bi 经过10天后还剩下50克答案:B [解析] γ射线是光子流,选项A 错误;氢原子从高能级跃迁到低能级,辐射光子,电子轨道半径减小,速度增大,B 正确;太阳辐射能量主要来源于核聚变,选项C 错误;100 g 的21083Bi 经10天后剩下的质量为100×122g =25 g ,选项D 错误.考点二 对天然放射现象的理解 1.α衰变、β衰变的比较衰变类型 α衰变 β衰变衰变方程 A ZX ―→A -4Z -2Y +42HeAZX ―→ A Z +1Y +0-1e衰变实质2个质子和2个中子结合成氦核 211H +210n ―→42He1个中子转化为1个质子和1个电子10n ―→11H +0-1e2.三种射线的比较说明:γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的,γ射线不改变原子核的电荷数和质量数,其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.多选)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5700年.已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少.现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( ) A.该古木的年代距今约5700年B. 12C、13C、14C具有相同的中子数C. 14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强对14C的衰变无影响答案:ACD [解析] 由半衰期公式N =N 012t T得t =5700年.12C 、13C 、14C 质子数相同,质量数不同,说明中子数不同.14C 衰变成14N过程放出电子,所以属于β衰变.半衰期与环境压强无关.A 、C 、D 正确,B 错误.式题 实验观察到,静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图12311所示,则轨迹1为________的轨迹,轨迹2是________的轨迹,磁场方向为________.图12311答案:电子 新核 垂直于纸面向里[解析] 带电粒子在磁场中只受洛伦兹力做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,即qvB =m v 2R ,则半径R =mvqB.β衰变过程动量守恒,而e <q 新,则R e >R 新,所以轨迹1为电子的轨迹,轨迹2是新核的轨迹.又由左手定则可以判断,磁场方向垂直于纸面向里.考点三 核能的计算 1.对质能方程的理解(1)质能方程E =mc 2给出了物体的能量和质量之间的关系,质量为m 的物体具有的总能量为mc 2,质量和能量不能互相转化.(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”,即物体的质量(这里指动质量)越大,能量越多,反之物体的质量越小,能量也越少;当物体放出能量时,满足ΔE =Δmc 2.2.求核能的三种方法:(1)根据ΔE=Δmc2计算.若Δm的单位是kg,计算时,c的单位是m/s,ΔE的单位是J;若Δm的单位是原子质量单位u,利用1 u相当于931.5 MeV,用ΔE=Δm×931.5 MeV进行计算,ΔE的单位是 MeV,1 MeV=1.6×10-13 J.(2)根据比结合能计算.原子核的结合能=比结合能×核子数.(3)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算,此时要注意动量、动能关系式p2=2mE k的应用.[温馨提示] 利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算.-27 kg,中] 取质子的质量m子的质量m n=1.674 9×10-27 kg,α粒子的质量mα=6.646 7×10-27kg,光速c=3.0×108m/s.请计算α粒子的结合能.(计算结果保留两位有效数字)[解析] 组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm=(2m p+2m n)-mα结合能ΔE=Δmc2代入数据得ΔE=4.3×10-12 J.太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(m p =1.007 3 u,mα=4.001 5 u,m e=0.000 55 u,太阳的质量为2×1030 kg)(1)这一核反应能释放出多少能量?(2)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026J ,则太阳每秒减小的质量为多少?(3)若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行,则太阳还能存在多少年?答案:(1)24.78 MeV (2)4.2×109kg (3)4.4×109年 [解析] (1)太阳内部的核反应方程为411H ―→42He +201e 这一核反应的质量亏损Δm =4m p -m α-2m e =0.026 6 u 释放的能量ΔE =Δmc 2=0.026 6×931.5 MeV ≈24.78 MeV. (2)由ΔE =Δmc 2得,太阳每秒减少的质量 Δm =ΔE c2=3.8×1026(3.0×108)2 kg ≈4.2×109kg.(3)太阳的质量为2×1030kg ,太阳还能存在的时间t =ΔM Δm =2×1030×3×10-44.2×109s ≈1.4×1017 s =4.4×109年. 考点四 核反应中的动量守恒问题1.核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量.一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能.2.核反应过程遵循动量守恒定律:即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量.3.解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出的核能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解.] 运动的原子核AZ X 放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X 、Y 和α粒子的质量分别是M 、m 1和m 2,真空中的光速为c ,α粒子的速度远小于光速.求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能.[解析] 设运动的原子核A Z Χ的速度为v 1,放出的α 粒子速度为v 2,由质量亏损可得12m 2v 22-12Mv 21=(M -m 1-m 2)c 2 由动量守恒定律得 Mv 1=m 2v 2联立以上两式得E k =12m 2v 22=M (M -m 1-m 2)c 2M -m 2. 海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应为21H +21H ―→32He +10n ,其中氘核的质量为2.013 0 u ,氦核的质量为3.015 0 u ,中子的质量为1.008 7 u .(1 u 相当于931.5 MeV)(1)求核反应中释放的核能.(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV 进行对心碰撞并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.答案:(1)2.14 MeV (2)2.13 MeV 0.71 MeV[解析] (1)核反应中的质量亏损为Δm=2m H-m He-m n由ΔE=Δmc2可知释放的核能ΔE=(2m H-m He-m n)c2=2.14 MeV.(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应后系统的总动量为零,即m He v He-m n v n=0;反应前后系统的总能量守恒,即1 2m He v2He+12m n v2n=ΔE+2E kH,又因为m He∶m n=3∶1,所以v He∶v n=1∶3,由以上各式代入已知数据得E kHe=0.71 MeV,E kn=2.13 MeV.【教师备用习题】1.[2015·江苏卷] 核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,235 92U是核电站常用的核燃料.235 92U受一个中子轰击后裂变成144 56Ba和8936Kr两部分,并产生________个中子.要使链式反应发生,裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积.[答案] 3 大于[解析] 该核反应方程为235 92U+10n―→144 56Ba+8936Kr+310n;只有当铀块足够大时,裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核,使链式反应不断进行下去.2.[2015·重庆卷改编] 图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里.则可判断径迹为a、b的粒子带________(选填“正”或“负”)电,径迹为c、d的粒子带________(选填“正”或“负”)电;所以a、b为________(选填“α”或“β”)粒子的径迹,c、d为________(选填“α”或“β”)粒子的径迹.[答案] 正负αβ[解析] 题目中告知“磁感应强度方向垂直于纸面向里”,根据左手定则推知,径迹为a、b的粒子带正电,径迹为c、d的粒子带负电,又α粒子带正电,β粒子带负电.。
高考物理一轮复习 专题十二 第2讲 原子核课件
2.核能 (1)结合能:核子结合成原子核时_吸__收___一定的能量,这种能 量叫结合能. (2)质量亏损:核子结合生成原子核,所生成的原子核的质 量比生成它的核子的总质量要小些,这种现象叫做__质__量__亏__损__.
也可以认为,在核反应中,参加核反应的总质量 m 和核反应后 生成的核总质量 m′之差:Δm=m-m′.
D. 衰变的实质是原子核内部的一个中子转变成质子时释
放出电子
考点 3 原子核的人工转变、重核的裂变和轻核的聚变
1.原子核的人工转变
(1)质子的发现
卢瑟福用α粒子轰击 7 号元素
1
4 7
N
,发现了__质__子_.
核反应方程为:17 4N+2 4He 17 8C+1 1H.
(2)中子的发现
查德威克用α粒子轰击 4 号元素
解析:A 选项中175N 在质子的轰击下发生的核反应,属于人 工转变,A 错;C 选项是 衰变,不是裂变,C 错.
各种核反应和质能方程
【例 1】(2010 年海南卷)钚的放射性同位素29349Pu 静止时衰 变为铀核激发态29325U*和 α 粒子,而铀核激发态29325U*立即衰变为 铀核29325U,并放出能量为 0.097 MeV 的 γ 光子.已知:29349Pu、29325 U 和 α 粒子的质量分别为 mPu=239.0521u、mU=235.0439u 和 mα =4.0026u,1u=931.5 MeV/c2
4.半衰期 放射性元素衰变的快慢用半衰期来表示. (1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时 间.
(2)意义:反映了核衰变过程的统计快慢程度. (3)特征:只由核本身的因素所决定,而与原子所处的物理 状态或化学状态无关. (4)公式表示:N 余=N 原12t/T,m 余=m 原12t/T 式中 N 原、m 原 分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N 余、m 余分别 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t 表示 衰变时间,T 表示半衰期.
2019-2020年高考物理总复习 第12章 第2课时 原子核 核反应与核能分组训练(含解析)
2019-2020年高考物理总复习第12章第2课时原子核核反应与核能分组训练(含解析)A组半衰期及三种射线1.在存放放射性元素时,若把放射性元素①置于大量水中;②密封于铅盒中;③与轻核元素结合成化合物.则( )A.措施①可减缓放射性元素衰变B.措施②可减缓放射性元素衰变C.措施③可减缓放射性元素衰变D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变【答案】D【解析】放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定,与外界因素无关,所以A、B、C错误,D正确.2.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放射出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是( )A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就剩下一个原子核了B.β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C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4【答案】BC【解析】半衰期遵循统计规律,对单个或少数原子核是没有意义的,A项错误;根据三种射线的特性及衰变实质可知B、C两项正确,D项错误.B组核反应方程3.表示放射性元素碘131(13153I)β衰变的方程是( )A.13153I→12751Sb+42He B.13153I→13154Xe+0-1eC.13153I→13053I+10n D.13153I→13052Te+11H【答案】B【解析】β衰变的实质是放射出电子(0-1e),由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知B 正确.4.原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ,继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa ,再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为( )A .α衰变、β衰变和β衰变B .β衰变、α衰变和β衰变C .β衰变、β衰变和α衰变D .α衰变、β衰变和α衰变【答案】A【解析】238 92U ――→① 234 90Th ,质量数少4,电荷数少2,说明①为α衰变.23490Th ――→②23491Pa ,质子数加1,说明②为β衰变,中子转化成质子.23491Pa ――→③ 23492U ,质子数加1,说明③为β衰变,中子转化成质子.C 组 核能5.太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)热核反应,核反应方程是411H→42He +2X ,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X 的质量分别为m 1、m 2、m 3,真空中的光速为c .下列说法正确的是( )A .方程中的X 表示中子(10n) B .方程中的X 表示电子( 0-1e)C .这个核反应中质量亏损Δm =4m 1-m 2D .这个核反应中释放的核能ΔE =(4m 1-m 2-2m 3)c 2【答案】D【解析】由质量数守恒、电荷数守恒可推断出X 为01e ,A 、B 错;质量亏损为Δm =4m 1-m 2-2m 3,释放的核能为ΔE =Δmc 2=(4m 1-m 2-2m 3)c 2,C 错、D 对.6.上海世博会太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量.已知质子质量m p =1.007 3 u ,α粒子的质量m α=4.001 5 u ,电子的质量m e =0.000 5 u ,1 u 的质量相当于931 MeV 的能量.(1)写出该热核反应方程;(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV 的能量?(结果保留四位有效数字) 【答案】(1)411H→42He +201e (2)24.86 MeV 【解析】(1)411H→42He +201e(2)Δm =4m p -m α-2m e =4×1.007 3 u-4.001 5 u -2×0.000 5 u=0.026 7 u ΔE =Δmc 2=0.026 7 u×931 MeV=24.86 MeV.2019-2020年高考物理总复习 第12章 第2课时 原子核 核反应与核能课时作业(含解析)一、单项选择题1.(xx·重庆)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:23592U +10n→a +b +210n ,则a +b 可能是( )A.14054Xe +9336Kr B .141 56Ba +9236Kr C.14156Ba +9338Sr D .14054Xe +9438Sr【答案】D【解析】本题考查的是核反应方程式的书写,主要考查考生的理解能力.难度较小.根据裂变前后质量数守恒和核电荷数守恒可知,a 与b 的质量数之和为235+1-2=234,选项AB 错误;a 与b 的核电荷数之和为92,选项C 错误,选项D 正确.2.(xx·郑州模拟)下列与α粒子相关的说法中正确的是( ) A .天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当,穿透能力很强 B.23892U(铀238)核放出一个α粒子后就变为23490Th (钍234)C .高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为42He +147N→168O +10n D .丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型 【答案】B【解析】α射线是速度为0.1c 的氦核流,穿透能力最弱,A 错误.由核反应过程中质量数、核电荷数守恒可知B 项正确.C 项中核电荷数和质量数都不守恒,C 错误.D 项中的物理学家不是玻尔而是卢瑟福所以D 错误.3.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H +12 6C→137N +Q 1 11H +157N→126C +X +Q 2方程中Q 1、Q 2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表: 原子核 11H 32He 42He 12 6C 13 7N 157N质量/u1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1A .X 是32He ,Q 2>Q 1 B .X 是42He ,Q 2>Q 1 C .X 是32He ,Q 2<Q 1 D .X 是42He ,Q 2<Q 1【答案】B【解析】由核反应过程中必须遵守的质量数守恒和核电荷数守恒知X 是42He ,放出热量分别为Q 1和Q 2的两个核反应中的质量亏损分别为0.002 1 u 和0.005 3 u ,故Q 2>Q 1.4.(xx·全国大纲)放射性元素氡(22286Rn)经α衰变成为钋(21884Po),半衰期约为3.8天;但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn 的矿石,其原因是( )A .目前地壳中22286Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变 B .在地球形成的初期,地壳中元素22286Rn 的含量足够高C .当衰变产物21884Po 积累到一定量以后,21884Po 的增加会减慢22286Rn 的衰变进程 D.22286Rn 主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期 【答案】A【解析】本题综合考查了衰变、半衰期等知识.难度中等.22286Rn 半衰期只有3.8天,就算在地球形成的初期地壳中元素22286Rn 的含量足够高,经过漫长的地质年代后,22286Rn 也所剩无几,选项B 错误;22286Rn 的半衰期与21884Po 的含量无关,选项C 错误;外界的温度和压强不会影响22286Rn 的半衰期,选项D 错误;22286Rn 的主要来源只能是其他放射性元素的衰变,选项A 正确.二、双项选择题5.(xx·深圳一模)核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇.有一种核裂变方程为23592U +1n→X+9438Sr +1010n ,下列说法正确的是( )A .裂变反应中亏损的质量变成了能量B .裂变反应出现质量亏损导致质量数不守恒C .X 原子核中有54个质子D .X 原子核比铀核的平均结合能大 【答案】AC6.23892U 放射性衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成21083Bi ,而21083Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变变成 b 81Ti ,210 a X 和 b 81Ti 最后都变成20682Pb ,衰变路径如图1所示,则图中( )图1A .a =84,b =206B .①是正β衰变,②是α衰变C .①是α衰变,②是正β衰变 D. b81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb 【答案】AB7.正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是:将放射性同位素158O 注入人体,158O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γ光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图象,则根据PET原理判断下列表述正确的是( )A.158O在人体内衰变的方程是158O→157N+01eB.正、负电子湮灭的方程是01e+0-1e→2γC.在PET中,158O主要用途是穿透作用D.在PET 中,158O主要用途是参与人体的新陈代谢【答案】AB【解析】由题意知A、B正确,显像的原理是采集γ光子,即注入人体内的158O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子,因此158O主要用途是作为示踪原子,故C、D错.8.我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有:(1)235 92U+10n→9038Sr+136 54Xe+k10n;(2)21H+31H→42He+d10n;关于这两个方程,下列说法正确的是( )A.方程(1)属于α衰变B.方程(2)属于轻核聚变C.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1D.方程(1)中k=6,方程(2)中d=1【答案】BC【解析】本题考查核反应方程.(1)式为典型的裂变方程,故A选项错误.(2)为聚变反应,故B项正确.根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k=10,d=1,故C选项正确.三、非选择题9.(xx·吉林二模)目前,在居家装修中,经常用到花岗岩、大理石等装修材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是( ) A.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力C.已知氡的半衰期为3.8天,若取1 g氡放在天平左盘上,砝码放于右盘,左右两边恰好平衡,则7.6天后,需取走0.75 g砝码天平才能再次平衡D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2【答案】AD【解析】β衰变是原子核内的中子转化成质子同时释放一个电子,A正确,B错误.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间,而不是原子核的质量减少一半,C错误.α粒子为氦原子核,根据质量数守恒和电荷数守恒可知,发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2,D正确.。
高中物理高考物理一轮复习12 3原子核与核反应课件新人教版201908021199
知识清单
考点整合 集中记忆
一、原子核的组成 原子核由质子和中子组成.
核子:质子和中子统称为核子,符号为 ZAX. 核电荷数(Z)=质子数=核外电子数=原子序数 质量数(A)=核子数=质子数+中子数 同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位 素.
二、放射性元素 天然放射现象
(2018·海南)已知 90234Th 的半衰期为 24 天.4 g 90234Th 经 过 72 天还剩下( )
A.0
B.0.5 g
C.1 g
D.1.5 g
【答案】 B 【解析】 根据半衰期为 24 天,经过 72 天,发生 3 次衰变, 依据 m=m0(12)3,代入数据解得:m=4×(12)3=0.5 g,故 A、 C、D 三项错误,B 项正确.
(2018·洛阳模拟)如图所示为研究
某未知元素放射性的实验装置,实验开始
时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀
强电场 E,通过显微镜可以观察到,在荧光屏的某一位置上每分
钟闪烁的亮点数.若撤去电场后继续观察,发现每分钟闪烁的亮
点数没有变化;如果再将薄铝片移开,观察到每分钟闪烁的亮点
数大大增加,由此可以判断,放射源发出的射线可能为( )
关于半衰期,以下说法正确的是( ) A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长 B.升高温度可以使半衰期缩短 C.氡的半衰期为 3.8 天,若有四个氡原子核,经过 7.6 天就 只剩下一个 D.氡的半衰期为 3.8 天,若有 4 克氡原子核,经过 7.6 天就 只剩下 1 克
【答案】 D 【解析】 放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或 化学状态无关,且半衰期是一种统计规律,即给定的四个氡核是 否马上衰变会受到各种偶然因素的支配.因此,正确为 D 项.
高考物理原子核专题训练附解析
高考物理原子核专题训练(附解析)高考物理原子核专题训练(附解析)1、下列说法正确的是__________。
(填正确答案标号。
选对1个得3分,选对2个得4分,选对3个得6分。
每错选1个扣3分,最低得分为0分)A.氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子B.若使放射性物质的温度升高,其半衰期可能变小C.Th核发生一次α衰变时,新核与原来的原子核相比,中子数减少了4D.α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构E.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应答案ADE2、下列说法正确的是__________(选对一个给3分,选对两个给4分,选对三个给5分。
选错一个扣3分,最低得分为0分)A.卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型B.宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动性C.β衰变中产生的β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D.爱因斯坦在对光电效应的研究中,提出了光子说E.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应F.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,核外电子的运动加速度增大答案ACE。
由α粒子散射实验可知是卢瑟福通过该实验建立了原子核结构模型,A正确;B答案是很难观察到它的波动性,易看到粒子性,B错误;根据衰变中产生的β射线产生的机理可知C正确;受普朗克量子论的启发,爱因斯坦在对光电效应的研究中,提出了光子说。
D错误;根据光电效应规律可知入射光的频率高于该材料的极限频率(入射光的波长必须小于这个波长)才能发生光电效应,E正确;根据玻尔理论可知,氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能将减小,核外电子的加速度增大,F错误;故本题选择ACE。
3、以下关于天然放射现象,叙述正确的是()A.若使某放射性物质的温度升高,其半衰期将变短B.衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C.铀核衰变为铅核的过程中,要经过8次衰变和6次衰变D.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,电势能增大,原子的总能量不变答案C解析:A、半衰期的长度与元素的物理状态无关,若使某放射性物质的温度升高,其半衰期将不变,故A错误;B、β衰变所释放的电子是从原子核内释放出的电子,故B错误;C、铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中,每经一次α衰变质子数少2,质量数少4;而每经一次β衰变质子数增1,中子数不变;由质量数和核电荷数守恒,要经过8次α衰变和6次β衰变,故C 正确;D、库仑力对电子做负功,所以动能变小,电势能变大(动能转为电势能)而因为吸收了光子,总能量变大,D错误;4、已知氘核的比结合能是1.09MeV,氚核的比结合能是2.78MeV,氦核的比结合能是7.03MeV。
高考物理《核反应、核能》真题练习含答案
高考物理《核反应、核能》真题练习含答案1.[2024·江苏省扬州市开学考试]理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C612+Y→O816的影响.下列说法正确的是()A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强C.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强D.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强答案:D解析:根据质量数和电荷数守恒可知核反应为C612+42He→O816,可知Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线弱,电离能力比γ射线强,D正确.2.质量为m0的某放射性元素原子核发生衰变,经过时间t,该元素原子核剩余的质量为m,其mm0-t关系如图所示.该元素的半衰期约为()A.41.5d B.100dC.141.5d D.183d答案:B解析:半衰期代表元素衰变一半所用的时间,由题可知从mm0=34到mm0=38,即衰变一半所用时间为100d,所以半衰期约为100d,B项正确.3.原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断中不正确的是()A.16 8O核的结合能约为128 MeVB.42He核比63Li核更稳定C .两个21 H 核结合成42 He 核时释放能量D .235 92 U 核中核子的平均结合能比8936 Kr 核中的大答案:D解析:由题图可知,16 8 O 的比结合能约为8 MeV ,故16 8 O 核的结合能约为128 MeV ,A项正确;42 He 核比63 Li 核的比结合能更大,故42 He 核比63 Li 核更稳定,B 项正确;从比结合能小的元素生成比结合能大的元素,有核能释放,故两个21 H 核结合成42 He 核时释放能量,C 项正确;由题图可知,235 92 U 核的平均结合能比8936 Kr 核的平均结合能小,D 项错误.4.[2024·河北省沧州市联考]2023年6月7日,国家核安全局给予中国科学院上海应用物理研究所一张核反应堆运行许可证,甘肃省钍基反应堆正式开始运行,再生层钍232(Th 90232)吸收一个中子后会变成钍233.钍233不稳定,会变成易裂变铀233(U 90233),成为新增殖铀燃料,下列说法正确的是( )A .钍基反应堆是通过衰变把核能转化为电能B .钍233的比结合能大于铀233的比结合能C .钍232变成铀233的核反应方程式是Th 90232+10 n →U 92233+2 0-1 eD .铀233的裂变方程可能为U 92231+10 n →Ba 36141+Kr 3689+310 n答案:C解析:钍基反应堆是通过裂变把核能转化为电能,A 错误;钍233通过衰变转化为铀233,该过程放出能量,故钍233的比结合能小于铀233的比结合能,B 错误;根据题意可知钍232变成铀233的核反应方程式是Th 90232+10 n →U 92233+2 0-1 e ,C 正确;铀233的裂变方程质量数不守恒,D 错误.5.[2024·湖北鄂东南教学改革联盟联考]现代核电站主要是通过可控链式裂变反应来实现核能的和平利用,U 92235是核裂变的主要燃料之一、铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变是生成钡和氪,同时放出3个中子,核反应方程是U 92235+X →Ba 56144+8936 Kr +310 n.关于该核反应,下列说法正确的是( )A .X 是质子,质子是卢瑟福通过实验最先发现的B .U 92235与Ba 56144、8936 K 相比,U 92235核子数最多,结合能最大,最稳定C .U 92235有放射性,经过一个半衰期,1 000个U 92235只剩下500个未衰变D .该核反应中,X 的速度不能太快,否则铀核不能“捉”住它,不能发生核裂变答案:D解析:据质量数和电荷数守恒可知,X 的质量数为1,电荷数为0,故X 是中子,中子是查德威克通过实验最先发现的,A 错误;U 92235核子数最多,结合能最大,但Ba 56144、8936 K 比结合能较大,较稳定,B 错误;半衰期针对的是大量原子核的统计规律,对于1 000个U 92235不适用,C 错误;核裂变中,中子的速度不能太快,否则铀核不能“捉”住它,不能发生核裂变,D 正确.6.[2024·湖南省先知高考第二次联考]在核反应中B 510具有较强的防辐射和吸收中子的功能,其原理为硼核(B 510)吸收一个慢中子后释放出一个α粒子,转变成新核,并释放出一定的能量.已知硼核B 510的比结合能为E 1,生成新核的比结合能为E 2,α粒子的比结合能为E 3,真空中光速为c .下列判断正确的是( )A .核反应方程为B 510+10 n →73 Li +42 HeB .该反应类型为α衰变C .硼核的比结合能E 1大于新核的比结合能E 2D .该核反应质量亏损为Δm =E 3+E 2-E 1c 2答案:A解析:根据反应过程,质量数和电荷数守恒可知,核反应方程为B 510+10 n →73 Li +42 He ,A 正确;该反应需要吸收一个慢中子,不是α衰变,B 错误;反应过程存在质量亏损,反应后的原子核比反应前的原子核更稳定,所以硼核的比结合能E 1小于新核的比结合能E 2,C错误;该核反应质量亏损为Δm =4E 3+7E 2-10E 1c 2,D 错误.。
高考物理一轮复习 原子结构和原子核全章训练(含解析)新人教版.doc
原子结构和原子核李仕才考纲要求:原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期;放射性同位素;核力、核反应方程;结合能、质量亏损;裂变反应和聚变反应、裂变反应堆;放射性的防护;氢原子光谱;氢原子的能级结构、能级公式;(全部要求为Ⅰ级)。
一、原子的核式结构模型1.汤姆生的“枣糕”模型(1)1897年汤姆生发现了电子,使人们认识到原子有复杂..结构,揭开了研究原子的序幕.(2)“枣糕”模型:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里.2.卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验的结果:α粒子通过金箔时,绝大多数不发生偏转,仍沿原来的方向前进,但有少数发生大角度偏转,偏转的角度甚至大于900,有的几乎达到1800.(2)核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数,所以整个原子是呈电中性的.电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库伦引力.(3)从α粒子散射实验的数据估算出原子核核半径的数量级为10-15 m,而原子半径的数量级为10—10 m。
【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是()A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析:α粒子散射实验中,有少数α粒子发生了较大偏转.这说明了这些α粒子受到很大的库伦力,施力物体应是体积甚小的带电实体。
根据碰撞知识,我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时,较小的球才被弹回去,这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体,即集中了全部质量和正电荷的原子核.答案:A【练习1】关于α粒子散射实验,下列说法中正确的是()A.绝大多数α粒子经过重金属箔后,发生了角度不太大的偏转B.α粒子在接近原子核的过程中,动能减少,电势能减少C.α粒子离开原子核的过程中,动能增大,电势能增大D.对α粒子散射实验的数据进行分析,可以估算出原子核的大小解析:“由于原子核很小,α粒子十分接近它的机会很少,所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进,只有极少数发生大角度的偏转”。
【精准解析】高考物理:第十二章 训练·对点高效 命题点二 12.3 原子核
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训练·对点高效
1.(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为H He+e+2ν,已知H和He的质量分别为
m p =1.0078u和m
α
=4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光速。
在4个H
转变成1个He的过程中,释放的能量约为()
A.8MeV
B.16MeV
C.26MeV
D.52MeV
【解析】选C。
根据质能方程ΔE=Δm·c2,得ΔE=(4m
p -m
α
-2m
e
)·c2,因
核反应前后质量亏损约为Δm=(1.0078×4-4.0026)u=0.0286u,故释放的能量约为ΔE=931MeV/c2×Δm=26.6MeV,C正确,A、B、D错误。
2.(多选)(2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断中正确的有()
A.He核的结合能约为14MeV
B He核比Li核更稳定
C.两个H核结合成He核时释放能量
D U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
【解析】选B、C。
He核里面有四个核子,所以结合能约为28MeV,A 项错误;比结合能越大,原子核越稳定,所以B项正确;两个H核结合成
He核时发生聚变反应,比结合能变大,有质量亏损,所以释放能量,C 项正确;U核中核子的平均结合能比Kr核中的小,D项错误。
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2016高考物理总复习-第12章-第2课时-原子核-核反应与核能课件
跟踪训练2 关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确 的有( )
第2课时 原子核 核反应与核能
【导学目标】 1.掌握原子核的组成、放射性、半衰期、放 射性同位素的应用等基本问题.2.会书写核反应方程,能区分核 反应的种类和根据质能方程求解核能问题.3.了解裂变反应、聚 变反应的特点与应用,射线的危害与应用.
一、天然放射现象、原子核的组成 [基础导引] 1.用符号表示以下原子核:(1)铀238;(2)有6个中子的碳 原子核;(3)质量数为14的碳原子核;(4)电荷数为8、质量数为 17的氧原子核;(5)α粒子
解析 (1)α 射线是氦核流,A 错;β 射线是原子核内的一 个中子变成一个质子而放出的,B 错;γ 射线是原子核受激发 而产生的,C 错;物质的放射性和半衰期与温度以及化学状态 等无关,由核本身的性质决定,故 D 项正确.
(2)①根据质量数、电荷数守恒,13513I→15341X+-01e.②根据 m 余=m 原(12)τt 得 0.25m 原=m 原(21)8t ,解得 t=16 天.
-4.002 6) u=0.005 3 u.因为1 u相当于931 MeV,因此释放
的能量为ΔE=0.005 3×931 MeV=4.934 3 MeV=4.934 3×106
eV.
[知识梳理] 1.核力:核子间的作用力.核力是短程强引力,作用范 围在1.5×10-15 m之内,只在___相__邻___的核子间发生作用. 2.核能:_核__子__结合为原子核时释放的能量或原子核分解 为核子时吸收的能量,叫作原子核的_结__合__能,亦称核能. 3.质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E=___m__c2___,原子核的质量必然比组 成它的核子的质量和要小Δm,这就是质量亏损.由质量亏损 可求出释放的核能ΔE=___Δ_m_c_2__.
2018年高三物理总复习顶层设计文档:第十二章 原子物
第十二章原子物理第2讲原子核和核能知|识|梳|理微知识❶天然放射现象1.天然放射现象:某些元素自发地放射某些射线的现象称为天然放射现象,这些元素称为放射性元素。
2.三种射线的本质:α射线是氦核流,β射线是电子流,γ射线是电磁波。
微知识❷原子核的衰变1.定义原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。
2.分类(1)α衰变:A Z X―→A-4Z-2Y+42He,同时放出γ射线。
(2)β衰变:A Z X―→A Z+1Y+ 0-1e,同时放出γ射线。
3.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。
(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关。
微知识❸放射性同位素及应用1.同位素有些原子的原子核电荷数相同,但质量数不同,这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同位素。
2.放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业探伤、农业、医疗等。
(2)做示踪原子。
微知识❹核反应用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程。
典型核反应:(1)卢瑟福发现质子的核反应方程。
147N+42He―→178O+11H。
(2)查德威克发现中子的核反应方程。
94Be+42He―→126C+10n。
(3)约里奥-居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程。
2713Al +42He ―→3015P +10n, 3015P ―→3014Si +01e 。
常见的核反应有:衰变、人工转变、裂变和聚变。
微知识❺ 核能 1.核能由于原子核中的核子间存在强大的核力,使得原子核成为一个坚固的集合体,要把原子核中的核子拆散,就得克服核力而做巨大的功,反之,要把核子集合成一个原子核,就要放出巨大的能量。
2.质能方程(1)质能方程:E =mc 2,m 是物体的质量,c 是真空中的光速。
上述表明:物体的质量和能量间有一定联系,即物体具有的能量与其质量成正比,当物体的能量增加或减小ΔE ,它的质量也会相应地增加或减少Δm ,ΔE 与Δm 的关系是ΔE =Δm ·c 2。
高考物理一轮复习:第十二章 量子论初步 原子核 第2节 核反应和核能(含解析)
第2节核反应和核能知识点1原子核的组成放射性及放射性同位素1.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子.质子带正电,中子不带电.(2)基本关系①核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数.②质量数(A)=核子数=质子数+中子数.(3)X元素的原子核的符号为A Z X,其中A表示质量数,Z表示核电荷数.2.天然放射现象(1)天然放射现象:元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构.(2)放射性和放射性元素:物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线.3.放射性同位素的应用与防护(1)同位素:具有相同质子数和不同中子数的原子核.(2)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.(3)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等.(4)防护:防止放射性对人体组织的伤害.知识点2原子核的衰变、半衰期1.原子核的衰变(1)定义:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化.(2)分类:α衰变:A Z X→A-4Y+42HeZ-2β衰变:A Z X→A Z+1Y+0-1eγ辐射:当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着γ辐射.(3)两个典型的衰变方程:①α衰变:23892U→23490Th+42He;②β衰变:23490Th→23491Pa+0-1e.2.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.知识点3核反应和核能1.核反应在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.在核反应中,质量数守恒,电荷数守恒.2.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.(2)特点:①裂变过程中能够放出巨大的能量;②裂变的同时能够放出2~3(或更多)个中子;③裂变的产物不是唯一的.对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式,但三分裂和四分裂概率比较小.(3)典型的裂变反应方程:235U+10n―→8936Kr+14456Ba+310n.92(4)链式反应:由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程.(5)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量.(6)裂变的应用:原子弹、核反应堆.(7)反应堆构造:核燃料、慢化剂、镉棒、防护层.3.轻核聚变(1)定义:两轻核结合成质量较大的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫热核反应.(2)特点:①聚变过程放出大量的能量,平均每个核子放出的能量,比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍.②聚变反应比裂变反应更剧烈. ③对环境污染较少.④自然界中聚变反应原料丰富. (3)典型的聚变反应方程:21H +31H ―→42He +10n +17.6 MeV 4.核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合能,亦称核能.5.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E =mc 2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE =Δmc 2.1.正误判断(1)原子核是由质子、中子、电子组成的.(×)(2)α射线、β射线、γ射线的组成是三种不同的粒子.(×) (3)半衰期与温度无关.(√)(4)重核裂变和轻核聚变都能释放核能.(√) (5)核反应中质量数守恒,故没有质量亏损.(×)2.[对放射性半衰期的考查]氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天.20克氡222经7.6天后还剩下( )A .10 gB .5 gC .2.5 gD .1.25 gB [设发生衰变的原子的质量为m 0,经过t 时间后,剩余的质量为m ,则 m =m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ,m =m 0⎝⎛⎭⎫12t τ=20×⎝⎛⎭⎫127.63.8=5 g .故B 正确.] 3.[对核反应方程的考查](多选)下列说法正确的是( )A.15 7 N +11H →12 6 C +42He 是α衰变方程B.11H +21H →32He +γ是核聚变反应方程C.238 92U →23490Th +42He 是核裂变反应方程D.42He +2713Al →3015P +10n 是原子核的人工转变方程BD [核反应类型分四种,核反应的方程特点各有不同.衰变方程的左边只有一个原子核,右边出现α或β粒子.聚变方程的左边是两个轻核,右边是中等原子核.裂变方程的左边是重核与中子,右边是中等原子核.人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核,右边也是常见元素的原子核,由此可知B 、D 正确.]4.[对核能的考查]利用氦-3(32He)和氘进行的聚变安全无污染,容易控制.月球上有大量的氦-3,每个航天大国都将获取氦-3作为开发月球的重要目标之一.“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦-3的分布和储量.已知两个氘核聚变生成一个氦-3和一个中子的核反应方程是:221H →32He +10n+3.26 MeV ,若有 2 g 氘全部发生聚变,则释放的能量是(N A 为阿伏加德罗常数)( )A .0.5×3.26 MeVB .3.26 MeVC .0.5N A ×3.26 MeVD .N A ×3.26 MeVC [2 g 氘发生题述核反应所释放的能量为22×2×N A ×3.26 MeV =0.5N A ×3.26 MeV .故C 正确.]1.α2.若A Z X →A ′Z ′Y +n 42He +m 0-1e则A =A ′+4n ,Z =Z ′+2n -m 解以上两式即可求出m 和n . 4.对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言.(2)根据半衰期的概率,可总结出公式N 余=N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ,m 余=m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t 表示衰变时间,τ表示半衰期.[题组通关]1.(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( ) A .所有元素都可能发生衰变B .放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性C .α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强D .一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线BC [自然界中绝大部分元素没有放射现象,选项A 错误;放射性元素的半衰期只与原子核结构有关,与其他因素无关,选项B 正确;α、β和γ三种射线电离能力依次减弱,穿透能力依次增强,选项C 正确;原子核发生衰变时,不能同时发生α和β衰变,γ射线伴随这两种衰变产生,故选项D 错误.]2.若元素A 的半衰期为4天,元素B 的半衰期为5天,则相同质量的A 和B ,经过20天后,剩下的质量之比m A ∶m B 为( )A .30∶31B .31∶30C .1∶2D .2∶1C [由m =m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ有m A =⎝ ⎛⎭⎪⎫12204m 0,m B =⎝ ⎛⎭⎪⎫12205m 0,得m A ∶m B =1∶2.C 正确.]1.一个区别:静止的原子核在磁场中发生α衰变和β衰变时的轨迹不同,分别为相外切圆和相内切圆.2.两个结论:(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒.(2)每发生一次α衰变,原子核的质量数减小“4”,每发生一次β衰变,原子核的质子数增大“1”.1(1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n),α粒子(42He)、β粒子(0-1e)、正电子(0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等.(2)掌握核反应方程遵守的规律,是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据,由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“―→”表示反应方向.[题组通关]1.(多选)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的有()A.23892U→23490Th+42He是α衰变B.147N+42He→178O+11H 是β衰变C.21H+31H→42He+10n 是轻核聚变D.8234Se→8236Kr+20-1e 是重核裂变AC[A为α衰变,B为原子核的人工转变,C为轻核聚变,D为β衰变,故A、C正确.]2.(2017·淮北模拟)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:23592U+10n→a+b+210n,则a+b可能是()A.14156Ba+9236Kr B.14054Xe+9438SrC.14156Ba+9338Sr D.14054Xe+9336KrB[核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数都守恒,A质量数不守恒,B质量数和电荷数都守恒,C电荷数不守恒,D质量数和电荷数都不守恒,故B正确.] 3.(2016·全国丙卷)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是() A.核反应方程为p+2713Al→2814Si*B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应过程中系统能量不守恒D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和E.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向与质子初速度的方向一致ABE[核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程为p+2713Al →2814Si*,说法A正确.核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒,说法B正确,说法C错误.核反应中发生质量亏损,生成物的质量小于反应物的质量之和,说法D错误.根据动量守恒定律有m p v p=m Si v Si,碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向与质子初速度方向一致,说法E正确.]两点提醒1.核反应方程一定满足质量数守恒和电荷数守恒.2.在确定生成物是哪种元素时应先由电荷数守恒确定生成物的核电荷数.1.(1)方程E=mc2的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2.2.核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE 的单位是“J”.(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数.[题组通关]1.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是()A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能D.比结合能越大,原子核越不稳定ABC[原子核分解成自由核子时,需要的最小能量就是原子核的结合能,选项A正确;重核衰变时释放能量,衰变产物更稳定,即衰变产物的比结合能更大,衰变前后核子数不变,所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项B正确;铯核的核子数比铅核的核子数少,其结合能也小,选项C 正确;比结合能越大,原子核越稳定,选项D错误.]2.钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子,而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U,并放出能量为0.097 MeV 的γ光子.已知:23994 Pu、23592U和α粒子的质量分别为m Pu=239.052 1 u、m U=235.043 9 u和mα=4.002 6 u,1 u c2=931.5 MeV .(1)写出衰变方程;(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能.【解析】(1)衰变方程为239Pu―→23592U*+42He,23592U*―→23592U+γ.94或两式合并为239Pu―→23592U+42He+γ.94(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm=m Pu-m U-mα,由质能方程得ΔE=Δmc2由能量守恒得ΔE=E kU+E kα+Eγ设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U和vα,则由动量守恒定律得m U v U=mαvα又E kU=12m Uv2U,E kα=12mαv2α联立解得E kα=m Um U+mα[(m Pu-m U-mα)c2-Eγ],代入题给数据得E kα=5.034 MeV.【答案】(1)23994Pu―→23592U+42He+γ(2)5.034 MeV核能求解的思路方法1.应用质能方程解题的流程图:书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE=Δmc2计算释放的核能2.在动量守恒方程中,各质量都可用质量数表示.3.核反应遵守动量守恒和能量守恒定律,因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能.。
高考物理近代物理知识点之原子核单元汇编含答案解析
高考物理近代物理知识点之原子核单元汇编含答案解析一、选择题1.氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m 1、m 2、m 3和m 4,如果氘核和氚核结合生成氦核,则下列说法中正确的是( )A .核反应方程式为234112H H He +→B .这是一个裂变反应C .核反应过程中的质量亏损Δm =m 1+m 2-m 4D .核反应过程中释放的核能ΔE =(m 1+m 2-m 3-m 4)c 22.如图所示,一个静止的铀核,放在匀强磁场中,它发生一次α衰变后变为钍核,α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动,则以下判断正确的是( )A .1是α粒子的径迹,2是钍核的径迹B .1是钍核的径迹,2是α粒子的径迹C .3是α粒子的径迹,4是钍核的径迹D .3是钍核的径迹,4是α粒子的径迹 3.一个氘核()与一个氚核()发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损,则聚变过程中 A .吸收能量,生成的新核为 B .吸收能量,生成的新核为 C .放出能量,生成的新核为D .放出能量,生成的新核为4.关于近代物理,下列说法正确的是( )A .射线是高速运动的氦原子B .核聚变反应方程,表示质子C .从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D .玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氦原子光谱的特征 5.23290Th 具有放射性,经以下连续衰变过程:2322282282282089088899082Th Ra Ac Th Pb →→→→→,最后生成稳定的20882Pb ,下列说法中正确的是 A .23290Th 和22890Th 中子数相同,质子数不同B .整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变C .22888Ra 发生β衰变后变为22889Ac ,说明22888Ra 原子核内有β粒子D .22888Ra 的半衰期为6.7年,取40个该种原子核,经过13.4年剩下10个该种原子核6.下列关于原子核相关知识的说法,正确的是 A .太阳辐射的能量主要来自太阳内部的链式反应B .人类对原子核变化规律的认识是从α粒子散射实验开始的C .中等质量核的平均结合能比重核的平均结合能大,所以重核裂变要释放能量D .钚(239)可由铀239()经过1次α衰变和2次β衰变而产生7.如图是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z 的关系曲线,由图可知( )A .原子核A 分裂成原子核B 和C 时质量增加 B .原子核A 的比结合能比原子核C 的比结合能大 C .原子核D 和E 结合成原子核F 一定释放能量 D .原子核A 的结合能一定比原子核C 的结合能小8.关于原子、原子核以及核反应,以下说法正确的是( )A .一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线,且γ射线穿透能力最强B .一个氢原子从n =3的能级发生跃迁,可能只辐射1种频率的的光子C .10个23592U 原子核经过一个半衰期后,一定还剩5个23592U 原子核没发生衰变D .核泄漏事故污染物铯(Cs)137能够产生对人体有危害的辐射,其衰变方程为1371375556Cs Ba+x →,由方程可判断x 是正电子9.关于原子和原子核的组成,说法正确的是( )A .汤姆孙通过对阴极射线一系列研究,发现了原子核内部放出的β射线B .玻尔将量子观念引入原子领域,建立了氢原子量子化模型C .卢瑟福分析α粒子散射实验数据,发现了原子核内部的质子D .贝克勒尔研究了铀的天然放射性,建立了原子核式结构模型 10.关于天然放射现象,叙述正确的是( ) A .若使放射性物质的温度升高,其半衰期将减少 B .β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C .在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强D .铀核(23892U )衰变为铅核(20682U )的过程中,要经过8次α衰变和10次β衰变11.对下列各原子核变化的方程,表述正确的是A .32411120H H He n +→+是核聚变反应 B .1441717280N He O n +→+是α衰变C .8282034361Se Kr 2e -→+是核裂变反应D .235114094192054380U n Xe Sr 2n +→++是β衰变12.下列叙述中,符合物理学史事实的有( ) A .卢瑟福通过人工转变的方法发现了中子 B .汤姆孙在对阴极射线研究的过程中发现了质子C .卢瑟福通过对α粒子散射的研究,提出了原子的核式结构学说D .贝克勒尔通过对天然放射性的研究,发现了原子核是由质子和中子组成的 13.一个23491Pa 原子核内的质子数、中子数、核子数分别为( )A .91 个 91 个 234 个B .143 个 91 个 234 个C .91 个 143 个 234 个D .234 个 91 个 143 个14.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。
【高考】高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核第2节课时提能练34核反应和核能
【关键字】高考课时提能练(三十四) 核反应和核能(限时:40分钟)A级跨越本科线1.(多选)如图12-2-1所示,使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场,按图中标号判断( )图12-2-1A.1的穿透本领最强B.2的速度最大C.3的电离本领最大D.1是由原子放出的,2、3不是BC [本题主要考查学生对α射线、β射线、γ射线的来源、带电性及特点的了解.由图可知,射线3带正电,是α射线,其电离作用大但穿透能力弱,速度小;射线1带负电,是β射线,是接近光速的电子流;射线2不带电,是γ射线,其穿透本领最强,而电离作用最弱,速度为光速.]2.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量.这几种反应的总效果可以表示为6H―→kHe+dH+2n+43.15 MeV由平衡条件可知( )A.k=1,d=4 B.k=2,d=2C.k=1,d=6 D.k=2,d=3B [核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒,所以6×2=4k+d+2,6×1=2k+d,解得k=2,d=2,因此B选项正确.]3.下列说法中正确的是( )A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.Ra(镭)衰变为Rn(氡)要经过1次α衰变和1次β衰变C.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间D [质子与中子结合成氘核,需放出能量,A错误.根据质量数、电荷数守恒判断,只发生一次α衰变,B错误;β射线是原子核发生β衰变形成的,是原子核中放出的电子,C 错误;根据半衰期的概念,D正确.]4.(多选)Th(钍)经过一系列α和β衰变,变成Pb(铅),下列说法正确的是( )A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次α衰变和6次β衰变D.共经过6次α衰变和4次β衰变ABD [由于β衰变不会引起质量数的减少,故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为:x==6,再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数,y应满足:2x -y=90-82=8,所以y=2x-8=4,故A、D正确,C错误;铅核此钍核少的中子数为232-208-8=16,故B正确.]5.一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子,其半衰期为3.8天,1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量,以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是( )【导学号:92492407】A.0.25 g,α粒子B.0.75 g,α粒子C.0.25 g,β粒子D.0.75 g,β粒子B [根据公式m余=m原其中m原=1 g,t=7.6 天,τ=3.8天,可求得m余=0.25 g,故衰变掉的氡的质量为0.75 g.氡核衰变成钋核,电荷数减少2,质量数减少4,故Rn衰变成Po的过程放出的粒子是α粒子,综上所述,只有B正确.]6.“超导托卡马克”(英名称:EAST,俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置.设该实验反应前氘核(H)的质量为m1,氚核(H)的质量为m2,反应后氦核(He)的质量为m3,中子(n)的质量为m4,光速为c.下列说法中不正确的是( ) A.这种装置中发生的核反应方程式是H+H→He+nB.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反应放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同B [可控热核反应装置中发生的核反应方程式是H+H→He+n,故A 正确;核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒,核反应过程中存在质量亏损,因此m1+m2≠m3+m4,故B错误;核反应过程中的质量亏损Δm=m1+m2-m3-m4,释放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正确;这种装置的核反应是核聚变,我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故D正确.]7.(多选)(2017·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量.核反应方程分别为:X+Y→He+H+4.9 MeV和H+H→He+X+17.6 MeV.下列表述正确的有( )A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D .氘和氚的核反应是核聚变反应AD [在该核反应中,H +H →He +X +17.6 MeV ,根据电荷数守恒、质量数守恒,则X 的电荷数为0,质量数为1,可知X 是中子,故A 正确.在X +Y →He +H +4.9 MeV 中,根据电荷数守恒、质量数守恒,Y 的电荷数为3,质量数为6,则Y 的质子数为3,中子数为3,故B 错误,两个核反应都释放能量,都有质量亏损,故C 错误.两核反应均为核聚变反应,故D 正确.]8.(2017·宜川联考)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果,核反应方程H +H →X +e +Ve 是太阳内部的许多核反应中的一种,其中e 为正电子,Ve 为中微子(1)确定核反应方程中a 、b 的值;(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力.设质子的质量为m ,电子质量相对很小可忽略,中微子质量为零,克服库仑力做功为W.若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应,运动质子速度至少多大?【导学号:92492408】【解析】 (1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a =1,b =2.(2)由动量守恒定律可知:mv0=2mv由能量关系可知:-W =12(2m )v 2-12mv 20; 解得v 0=4Wm .【答案】 (1)a =1 b =2 (2)4W mB 级 名校必刷题9.(2017·恩施模拟)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H +12 6C→13 7N +Q 1;11H +15 7N→12 6C +X +Q 2,方程中Q 1、Q 2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表,下列判断正确的是( )221221C .X 是32He ,Q 2<Q 1 D .X 是42He ,Q 2<Q 1 B [根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可判断出X 是哪种原子核,根据爱因斯坦质能方程可知质量亏损大的释放能量大,11H +12 6C→137 N 中质量亏损为:Δm 1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u =0.002 1 u ,根据电荷数守恒和质量数守恒可知:11H +15 7N→12 6C +X 中X 的电荷数为2、质量数为4,故X为α粒子,即42He,质量亏损为:Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u.根据爱因斯坦的质能方程可知:Q1=Δm1c2,Q2=Δm2c2,则Q1<Q2,故B正确,A、C、D错误;故选B.]10.一个静止的原子核a b X经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核,α粒子的动能为E0.设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能,则在此衰变过程中的质量亏损为( )A.E0c2B.E0a-4c2C.a-4E0c2D.aE0a-4c2D[衰变时放出的核能ΔE=Δmc2,ΔE=E0+E k,而E k=p22m新,衰变时由动量守恒有pα=p新,故E k=p2α2m新=2mαE02m新=4a-4E0,代入得ΔE=E0+4a-4E0=aa-4E0,质量亏损Δm=ΔEc2=aE0a-4c2,D正确.]11.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出一个α粒子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片,如图1222所示,今测得两个相切圆半径之比r1∶r2=44∶1,求:图1222(1)这个原子核原来所含的质子数是多少?(2)图中哪一个是α粒子的径迹?【导学号:92492409】【解析】(1)设衰变后新核的带电荷量为q x,α粒子的带电荷量为qα=2e,它们的质量分别为m x和mα,衰变后的速度分别为v x和vα,所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q =q x+qα(或Z=Z x+Zα) ①根据轨道半径公式r=mvqB可知,在同一磁场中q∝mvq,所以q x∶qα=(m x v xr x)∶(mαvαrα)②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律,即m x v x=mαvα③解②和③式,得:q x∶qα=rα∶r xq x=(rα∶r x)×qα=88e,(只能是rα∶r x=44∶1,否则q x=e22无意义).代入①式得:q=90e,Z=90.(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比,所以圆轨道1是α粒子的径迹,圆轨道2是新核的径迹,两者电性相同,运动方向相反.【答案】(1)90 (2)1此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本!。
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【全优课堂】2016高考物理总复习第12章第2课时原子核核反
应与核能分组训练
A组半衰期及三种射线
1.在存放放射性元素时,若把放射性元素①置于大量水中;②密封于铅盒中;③与轻核元素结合成化合物.则( )
A.措施①可减缓放射性元素衰变
B.措施②可减缓放射性元素衰变
C.措施③可减缓放射性元素衰变
D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变
【答案】D
【解析】放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定,与外界因素无关,所以A、B、C错误,D正确.
2.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放射出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是( )
A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就剩下一个原子核了
B.β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
C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱
D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4
【答案】BC
【解析】半衰期遵循统计规律,对单个或少数原子核是没有意义的,A项错误;根据三种射线的特性及衰变实质可知B、C两项正确,D项错误.
B组核反应方程
3.表示放射性元素碘131(13153I)β衰变的方程是( )
A.13153I→12751Sb+42He B.13153I→13154Xe+0-1e
C.13153I→13053I+10n D.13153I→13052Te+11H
【答案】B
【解析】β衰变的实质是放射出电子(0-1e),由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可
知B 正确.
4.原子核238 92U 经放射性衰变①变为原子核234 90Th ,继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa ,再经放射性衰变③变为原子核234 92U.放射性衰变①、②和③依次为( )
A .α衰变、β衰变和β衰变
B .β衰变、α衰变和β衰变
C .β衰变、β衰变和α衰变
D .α衰变、β衰变和α衰变 【答案】A
【解析】238 92U ――→① 234 90Th ,质量数少4,电荷数少2,说明①为α衰变.234 90Th ――→②
234
91Pa ,质子数加1,说明②为β衰变,中子转化成质子.
234
91Pa ――→③ 234 92U ,质子数加1,说明③为β衰变,中子转化成质子.
C 组 核能
5.太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(4
2He)热核反应,核反应方程是411H→42He +2X ,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X 的质量分别为m 1、m 2、m 3,真空中的光速为c .下列说法正确的是( )
A .方程中的X 表示中子(1
0n)
B .方程中的X 表示电子( 0-1e)
C .这个核反应中质量亏损Δm =4m 1-m 2
D .这个核反应中释放的核能Δ
E =(4m 1-m 2-2m 3)c 2
【答案】D
【解析】由质量数守恒、电荷数守恒可推断出X 为01e ,A 、B 错;质量亏损为Δm =4m 1-m 2-2m 3,释放的核能为ΔE =Δmc 2=(4m 1-m 2-2m 3)c 2,C 错、D 对.
6.上海世博会太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量.已知质子质量m p =1.007 3 u ,α粒子的质量m α=4.001 5 u ,电子的质量m e =0.000 5 u ,1 u 的质量相当于931 MeV 的能量.
(1)写出该热核反应方程;
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV 的能量?(结果保留四位有效数字)
【答案】(1)411H→42He +201e (2)24.86 MeV
【解析】(1)411H→42He +201e
(2)Δm =4m p -m α-2m e =4×1.007 3 u-4.001 5 u -2×0.000 5 u=0.026 7 u ΔE =Δmc 2=0.026 7 u×931 MeV=24.86 MeV.。