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高考物理一轮复习 第12章 第2节 课时提能练34 核反应和核能
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这是一份高考物理一轮复习 第12章 第2节 课时提能练34 核反应和核能，共6页。试卷主要包含了下列说法中正确的是等内容，欢迎下载使用。
A级 跨越本科线
1．(多选)如图1221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1221
A．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
6eq \\al(2,1)H―→keq \\al(4,2)He＋deq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n＋43.15 MeV
由平衡条件可知( )
A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2
C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3
B [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.eq \\al(226,88)Ra(镭)衰变为eq \\al(222,86)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)eq \\al(232,90)Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成eq \\al(208,82)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＝eq \f(232－208,4)＝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eq \\al(222, 86)Rn衰变成钋核eq \\al(218,84)P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eq \\al(222, 86 )Rn衰变成eq \\al(218, 84)P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eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(t,τ))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eq \\al(222, 86)Rn衰变成eq \\al(218, 84)P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(eq \\al(2,1)H)的质量为m1，氚核(eq \\al(3,1)H)的质量为m2，反应后氦核(eq \\al(4,2)He)的质量为m3，中子(eq \\al(1,0)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eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
D．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eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV和eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)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6
C．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，eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)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eq \\al(1,1)H＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(b,a)X＋eq \\al(0,1)e＋Ve是太阳内部的许多核反应中的一种，其中eq \\al(0,1)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＝eq \f(1,2)(2m)v2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)；
解得v0＝eq \r(\f(4W,m)).
【答案】 (1)a＝1 b＝2 (2)eq \r(\f(4W,m))
B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eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7)N＋Q1；eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X＋Q2，方程中Q1、Q2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( )
A.X是eq \\al(3,2)He，Q2＞Q1B．X是eq \\al(4,2)He，Q2＞Q1
C．X是eq \\al(3,2)He，Q2＜Q1D．X是eq \\al(4,2)He，Q2＜Q1
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，eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7 )N中质量亏损为：Δm1＝(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：eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X中X的电荷数为2、质量数为4，故X为α粒子，即eq \\al(4,2)He，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eq \\al(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.eq \f(E0,c2)B．eq \f(E0,a－4c2)
C.eq \f(a－4E0,c2)D．eq \f(aE0,a－4c2)
D [衰变时放出的核能ΔE＝Δmc2，ΔE＝E0＋Ek，而Ek＝eq \f(p2,2m新)，衰变时由动量守恒有pα＝p新，故Ek＝eq \f(p\\al(2,α),2m新)＝eq \f(2mαE0,2m新)＝eq \f(4,a－4)E0，代入得ΔE＝E0＋eq \f(4,a－4)E0＝eq \f(a,a－4)E0，质量亏损Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(aE0,a－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qx，α粒子的带电荷量为qα＝2e，它们的质量分别为mx和mα，衰变后的速度分别为vx和vα，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q＝qx＋qα(或Z＝Zx＋Zα)①
根据轨道半径公式r＝eq \f(mv,qB)可知，在同一磁场中q∝eq \f(mv,q)，所以qx∶qα＝(eq \f(mxvx,rx))∶(eq \f(mαvα,rα))②
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即
mxvx＝mαvα③
解②和③式，得：qx∶qα＝rα∶rx
qx＝(rα∶rx)×qα＝88e，(只能是rα∶rx＝44∶1，否则qx＝eq \f(e,22)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
原子核
eq \\al(1,1)H
eq \\al(3,2)He
eq \\al(4,2)He
eq \\al(12, 6)C
eq \\al(13, 7 )N
eq \\al(15, 7)N
质量u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
A级 跨越本科线
1．(多选)如图1221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1221
A．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
6eq \\al(2,1)H―→keq \\al(4,2)He＋deq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n＋43.15 MeV
由平衡条件可知( )
A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2
C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3
B [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.eq \\al(226,88)Ra(镭)衰变为eq \\al(222,86)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)eq \\al(232,90)Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成eq \\al(208,82)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＝eq \f(232－208,4)＝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eq \\al(222, 86)Rn衰变成钋核eq \\al(218,84)P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eq \\al(222, 86 )Rn衰变成eq \\al(218, 84)P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eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(t,τ))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eq \\al(222, 86)Rn衰变成eq \\al(218, 84)P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(eq \\al(2,1)H)的质量为m1，氚核(eq \\al(3,1)H)的质量为m2，反应后氦核(eq \\al(4,2)He)的质量为m3，中子(eq \\al(1,0)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eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
D．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eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV和eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)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6
C．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，eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)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eq \\al(1,1)H＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(b,a)X＋eq \\al(0,1)e＋Ve是太阳内部的许多核反应中的一种，其中eq \\al(0,1)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＝eq \f(1,2)(2m)v2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)；
解得v0＝eq \r(\f(4W,m)).
【答案】 (1)a＝1 b＝2 (2)eq \r(\f(4W,m))
B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eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7)N＋Q1；eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X＋Q2，方程中Q1、Q2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( )
A.X是eq \\al(3,2)He，Q2＞Q1B．X是eq \\al(4,2)He，Q2＞Q1
C．X是eq \\al(3,2)He，Q2＜Q1D．X是eq \\al(4,2)He，Q2＜Q1
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，eq \\al(1,1)H＋eq \\al(12, 6)C→eq \\al(13, 7 )N中质量亏损为：Δm1＝(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：eq \\al(1,1)H＋eq \\al(15, 7)N→eq \\al(12, 6)C＋X中X的电荷数为2、质量数为4，故X为α粒子，即eq \\al(4,2)He，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eq \\al(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.eq \f(E0,c2)B．eq \f(E0,a－4c2)
C.eq \f(a－4E0,c2)D．eq \f(aE0,a－4c2)
D [衰变时放出的核能ΔE＝Δmc2，ΔE＝E0＋Ek，而Ek＝eq \f(p2,2m新)，衰变时由动量守恒有pα＝p新，故Ek＝eq \f(p\\al(2,α),2m新)＝eq \f(2mαE0,2m新)＝eq \f(4,a－4)E0，代入得ΔE＝E0＋eq \f(4,a－4)E0＝eq \f(a,a－4)E0，质量亏损Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(aE0,a－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qx，α粒子的带电荷量为qα＝2e，它们的质量分别为mx和mα，衰变后的速度分别为vx和vα，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q＝qx＋qα(或Z＝Zx＋Zα)①
根据轨道半径公式r＝eq \f(mv,qB)可知，在同一磁场中q∝eq \f(mv,q)，所以qx∶qα＝(eq \f(mxvx,rx))∶(eq \f(mαvα,rα))②
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即
mxvx＝mαvα③
解②和③式，得：qx∶qα＝rα∶rx
qx＝(rα∶rx)×qα＝88e，(只能是rα∶rx＝44∶1，否则qx＝eq \f(e,22)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
原子核
eq \\al(1,1)H
eq \\al(3,2)He
eq \\al(4,2)He
eq \\al(12, 6)C
eq \\al(13, 7 )N
eq \\al(15, 7)N
质量u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
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