鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 第5章《原子核与核能》拔高练习

2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步综合拔高练五年高考练　　　　　　　　　　　　　　　考点1　原子核的衰变及核反应方程式1.(2023海南,1)钍元素衰变时会放出β粒子,其中β粒子是 (　　)A.中子　　B.质子　　C.电子　　D.光子2.(2023全国甲,15)在下列两个核反应方程中 (　　)X+714N→Y+817OY+37Li→2XX和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则 (　　)A.Z=1,A=1　　　　B.Z=1,A=2C.Z=2,A=3　　　　D.Z=2,A=43.(2023北京,3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是 (　　)A.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+(　　)B.92238U→90234Th+(　　)C.714N+24He→817O+(　　)D.614C→714N+(　　)4.(2023浙江6月选考,5)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。 94238Pu的衰变方程为 94238Pu→92XU+24He,则(　　)A.衰变方程中的X等于233B.24He的穿透能力比γ射线强C.94238Pu比 92XU的比结合能小D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变大5.(2023湖南,1)2023年4月12日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是 (　　)A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B.氘氚核聚变的核反应方程为 12H+13H → 24He+−10eC.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损6.(2022山东,1)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的 (　　)A.116　　B.18　　C.14　　D.127.(2022全国甲,17)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N3,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为 (　　)A.N12　　　　B.N9　　C.N8　　　　D.N68.(2021广东,1)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半衰期为72万年,其衰变方程为 1326Al→1226Mg+Y。下列说法正确的是 (　　)A.Y是氦核B.Y是质子C.再经过72万年,现有的铝26衰变一半D.再经过144万年,现有的铝26全部衰变9.(2021全国甲,17)如图,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为 (　　)A.6　　B.8　　C.10　　D.1410.(2021河北,1)银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β+衰变的衰变方程为 1326Al→ 1226Mg+10e ,测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是 (　　)A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中,其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg11.(2022湖北,1)上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核 47Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即 47Be+−10e→X+00νe。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是 (　　)A.原子核X是 37LiB.核反应前后的总质子数不变C.核反应前后总质量数不同D.中微子νe的电荷量与电子的相同12.(2021山东,1)在测定年代较近的湖泊沉积物年份时,常利用沉积物中半衰期较短的 82210Pb,其衰变方程为 82210Pb→83210Bi+X。以下说法正确的是 (　　)A.衰变方程中X是电子B.升高温度可以加快 82210Pb的衰变C.82210Pb与 83210Bi的质量差等于衰变的质量亏损D.方程中的X来自 82210Pb内质子向中子的转化考点2　核能的计算13.(2022浙江1月选考,14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是 (　　)A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D.反应堆中存在 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n的核反应14.(2019课标Ⅱ,15)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411H→24He+210e+2ν已知 11H和 24He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=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 MeV　　　　B.16 MeVC.26 MeV　　　　D.52 MeV三年模拟练应用实践1.(2023河北邢台重点高中月考)原子弹的核反应方程之一为 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+3X,氢弹的核反应方程为 12H+13H→01n+Y,关于这两个核反应,下列说法不正确的是 (　　)A.原子弹的核反应为重核的裂变,X为质子 11HB.氢弹的核反应为轻核的聚变,Y为氦原子核 24HeC.两个核反应都发生质量亏损D.两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能2.(2023山东日照二模)下列说法正确的是 (　　)A.在铀核 92235U发生裂变反应的过程中,生成物的质量等于反应物的质量B.放射性元素无论以单质还是以化合物的形式存在都具有放射性C.β衰变时,原子核向外放出电子,说明原子核内部存在电子D.核反应方程 12H+13H→24He+01n+17.6 MeV属于原子核人工转变3.(2022山东济南大学城实验高中检测)2018年11月21日,中科院合肥物质科学研究院核能安全所吴宜灿研究员获得了美国核学会聚变核能杰出成就奖。下列关于聚变、衰变、天然放射现象的说法正确的是 (　　)A.原子核核子间的距离接近10-10 m就会发生聚变反应B.90232Th衰变成 82208Pb要经过6次α衰变和4次β衰变C.天然放射现象中产生的α射线穿透能力很强且速度与光速相当D.β衰变是放射性元素原子的核外电子具有较高能量时发生的4.(2022湖南岳阳三模)下列关于衰变与核反应的说法正确的是 (　　)A.90234Th衰变为 86222Rn,经过3次α衰变和2次β衰变B.衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C.核聚变反应方程 12H+13H→24He+X中,X表示质子D.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为 24He+714N→816O+01n5.(2022浙江衢州二模)一核电站年发电量约为4.5×1010 kW·h,发电效率约为34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是 (　　)A.每年需要约5×1028个铀235发生裂变B.每年铀235亏损的质量约为5.4 kgC.铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.为控制裂变反应速度,常用石墨、重水作为慢化剂6.(2022湖南长郡中学模拟预测)发展核能将为我国碳达峰、碳中和战略发挥不可替代的作用。甘肃武威的钍基熔盐堆核能系统是第四代核能系统之一,它的试验成功标志着我国在这方面的研究“处于国际引领地位”。其中钍基核燃料铀,由较难裂变的钍核 90232Th吸收一个中子后经过若干次β衰变而来,铀核的一种典型裂变产物是钡核 56142Ba和氪核 3689Kr。以下说法正确的是 (　　)A.外界温度越高,钍核衰变的速度越快B.钍核 90233Th经过1次β衰变可变成镤91233PaC.在铀核裂变成钡核和氪核的核反应中,核子的比结合能增大D.题中铀核裂变的核反应方程为92233U+ 01n→ 56142Ba+3689Kr+301n7.(2021浙江舟山岱山中学模拟)氚核发生β衰变除了产生β粒子和新核外,还会产生质量数和核电荷数都是0的反中微子v。若氚核在云室中发生β衰变后,产生的反中微子和β粒子的运动方向在同一条直线上,设反中微子的动量为p1,β粒子的动量为p2,则 (　　)A.上述核反应方程为13H+01n→−10e+24He+vB.β粒子在云室中穿过会留下清晰的路径,体现了粒子的波动性C.氚核内部某个中子转变为质子时,会向外发射β粒子D.新核的动量为p1-p28.(2023辽宁朝阳统考)中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚(94239Pu)为燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀(92238U),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是 (　　)A.铀-239转变为钚-239,经过了2次β衰变B.钚-239发生裂变过程中,电荷数守恒,质量也守恒C.铀-239发生衰变的实质是原子核外的电子飞出D.钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能9.(2022山东青岛九中期末)关于核反应的知识,下列说法正确的是 (　　)A.86222Rn→84218Po+X,614C→714N+Y,X粒子的穿透本领比Y粒子的弱B.24He+1327Al→1530P+01n是聚变方程C.一个静止的硒核发生β衰变,3482Se→3682Kr+2−10e,反应前后质量守恒D.核反应方程 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是太阳中主要进行的热核反应之一迁移创新10.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 6×10-27 kg,mα=6.642 5×10-27 kg,me=0.000 9×10-27 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3.8×1026 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2×1030 kg,科学家预测太阳质量减少万分之三,热核反应将不能继续进行。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)本章达标检测见增分测评卷综合拔高练五年高考练1.C　放射性元素衰变时放出的α、β、γ射线分别是氦核流、电子流和光子流,则β粒子是电子,故选C。2.D　X的电荷数为Z,质量数为A,设Y的电荷数为Z',质量数为A',依据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒,有Z+7=Z'+8 ①A+14=A'+17 ②Z'+3=2Z ③A'+7=2A ④联立①②③④解得Z=2A=4选项D正确。3.A　中子质量数为1,电荷数为0,根据核反应过程质量数和电荷数守恒可知,A选项括号中粒子质量数为3,电荷数为0,即生成三个中子,故A对。其余都不符合要求。4.C　根据质量数守恒可知,X=234,选项A错误;24He核即α粒子,α射线的穿透能力小于γ射线的穿透能力,选项B错误;原子核的半衰期与温度无关,由原子核的性质决定,选项D错误;比结合能越大原子核越稳定,根据题意,衰变过程中释放出核能,则 92234U的比结合能更大,选项C正确。5.A　由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,核反应释放的核能取决于核反应过程中产生的质量亏损,轻核聚变的核反应燃料的平均核子质量小于重核裂变的平均核子质量,所以相同质量的核燃料,轻核聚变产生的质量亏损大于重核裂变产生的质量亏损,轻核聚变释放的核能更多,A选项正确,D选项错误;核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒,故氘氚核聚变的核反应方程为 12H+13H→24He+01n,B选项错误;核聚变的核反应燃料主要是原子序数较小的轻元素,如氦、氢及其同位素等,而重核裂变的核反应燃料主要是铀235,C选项错误。6.B　由衰变规律可知,经过n个半衰期剩余碘125的质量m余=12nm0,n=18060=3,故m余m0=18,B正确。7.C　根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x,另一种元素原子核数为y,依题意有x+y=N经历2t0后有14x+12y=N3联立可得x=23N,y=13N在t=4t0时,原子核数为x的元素经历了4个半衰期,原子核数为y的元素经历了2个半衰期,则此时未衰变的原子核总数为n=124x+122y=N8,故选C。8.C　由衰变过程满足质量数守恒、核电荷数守恒,结合核反应方程可知Y的质量数为0,电荷数为1,Y应为 10e,选项A、B错误;由半衰期的定义:原子核半数发生衰变所需的时间,知选项C正确,D错误。故选C项。9.A　根据图像,找到初始状态的原子核X,对应质子数为92,中子数为146,质量数为238,再找出末状态的原子核Y,对应质子数为82,中子数为124,质量数为206,设发生了n次α衰变、m次β衰变,根据核反应中质量数守恒得238=4n+206,电荷数守恒得92=2n+82-m,解得m=6、n=8,则此过程中发生了8次α衰变和6次β衰变,发生一次β衰变可以放出一个电子,因此放出电子的个数为6,故选项A正确,B、C、D错误。10.C　 26Al和26Mg两核质量数相等,但质量不同,选项A错;1326Al有13个质子、13个中子,1226Mg有12个质子、14个中子,选项B错;温度、压强不影响半衰期,选项C正确;26Al经过两个半衰期后只有34衰变为26Mg,选项D错误。故选C。11.A　根据核反应中的质量数守恒和核电荷数守恒可知X是 37Li,A正确,C错误;核反应前的质子数即 47Be的质子数为4个,核反应后的质子数即 37Li的质子数为3个,核反应前后的质子数发生了变化,B错误;中微子νe的电荷量为0,而电子的电荷量为-1,D错误。12.A　根据质量数守恒和核电荷数守恒可以确定X的质量数为零,电荷数为-1,则衰变方程中X是电子,A正确;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)和化学状态(如单质、化合物)无关,B错误;82210Pb的质量与 83210Bi及电子的质量之和的差等于衰变的质量亏损,C错误;放射性元素发生β衰变时,原子核中的一个中子转变为一个质子,同时放出电子,故D错误。13.CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,反应堆中的主要反应式为 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,故A错误,D正确;原子核亏损的质量全部转化为电能时,约为Δm=ΔEc2=6.9×1011×1 000×3 600(3×108)2 kg=27.6 kg,核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率,则原子核亏损的质量大于27.6 kg,故B错误;核反应堆可通过镉棒控制中子数从而控制链式反应的速度,故C正确。14.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Δm≈4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,释放的核能ΔE=Δmc2=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV,故选项C正确。三年模拟练1.A　原子弹的核反应为重核的裂变,X为中子 01n,选项A错误,符合题意;氢弹的核反应为轻核的聚变,Y为氦原子核 24He,选项B正确,不符合题意;核聚变和核裂变反应会放出大量的能量,根据质能方程可知反应会发生质量亏损,选项C正确,不符合题意;核反应放出能量,因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能,选项D正确,不符合题意;故选A。2.B　因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少,即生成物的质量小于反应物的质量,故A错误;放射性元素无论以单质还是以化合物的形式存在都具有放射性,故B正确;β衰变时,原子核向外放出的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,故C错误;核反应方程 12H+ 13H→24He+01n+17.6 MeV属于核聚变,故D错误。故选B。3.B　要使原子核发生聚变反应,必须使核子间的距离接近10-15 m,A错误;设发生了x次α衰变和y次β衰变,则根据质量数和核电荷数守恒有4x+208=232,2x-y+82=90,解得x=6,y=4,故衰变过程中要经过6次α衰变和4次β衰变,B正确;α射线是速度约为0.1c的氦核流,穿透能力弱,C错误;β衰变放出的电子是原子核内部发生变化时的产物,D错误。4.A　设发生n次α衰变,m次β衰变,则根据质量数和核电荷数守恒有234=222+4n,90=86+2n-m,解得n=3,m=2,A正确;β衰变所释放的电子是原子核内中子转变成质子时产生的,B错误;由核电荷数和质量数守恒,可知X表示中子,C错误;高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,核反应方程为 24He+714N→ 817O+11H,D错误。5.BCD　由η=WΔE=WnΔE0可得n=4.5×1010×103×3 6001.6×10−19×0.34×200×106≈1.5×1028,故A错误;由ΔE0=Δmc2可得Δm≈3.6×10-28 kg,每年铀235亏损的质量约为ΔM=n·Δm=5.4 kg,故B正确;铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断地进行下去,故C正确;链式反应中常用石墨、重水作为慢化剂,使裂变时产生的中子速度减小,易于被铀核吸收,故D正确。故选B、C、D。6.BCD　半衰期的长短与温度、压强以及化学状态无关,故A错误;1次β衰变原子核质量数不变,质子数增加1,所以钍核 90233Th经过1次β衰变可变成镤 91233Pa,故B正确;核反应方程式中生成物比反应物稳定,生成物的比结合能比反应物的比结合能大,所以在铀核裂变成钡和氪的核反应中,核子的比结合能增大,故C正确;根据质量数守恒和核电荷数守恒可知题中铀核裂变的核反应方程为 92233U+01n→56142Ba+ 3689Kr+301n,故D正确。故选B、C、D。7.C　氚核在云室中发生β衰变,没有中子参与,故核反应方程为 13H→23He+−10e+v,故A错误;β粒子在云室中穿过会留下清晰的路径,体现了粒子性,故B错误;氚核内部某个中子转变为质子时,会发射电子,即β射线,故C正确;由于不知道氚核的初始动量,故无法求出新核的动量,故D错误。8.AD　铀-239转变为钚-239,质量数不变,电荷数增加2,则经过了2次β衰变,故A正确;钚-239发生裂变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒,由于裂变放出能量,有质量亏损,质量不守恒,故B错误;铀-239发生β衰变,实质是原子核内的中子转变为一个质子和一个电子,故C错误;钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,反应放出核能,生成的新核更加稳定,则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能,故D正确。故选A、D。9.A　由质量数和核电荷数守恒知,X为 24He,即α粒子,Y为 −10e,即β粒子,则X粒子的穿透本领比Y粒子的弱,故A正确;24He+1327Al→1530P+01n为原子核的人工转变,故B错误;β衰变放出能量,发生质量亏损,故C错误; 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n为核裂变,太阳中主要进行的热核反应为核聚变,故D错误。10.答案　(1)411H→24He+210e　(2)4.15×10-12 J　(3)4×109 kg　(4)5×109年解析　(1)根据质量数守恒与电荷数守恒,其核反应方程为411H→24He+210e。(2)由核反应方程可知ΔE=(4mp-mα-2me)c2=4.15×10-12 J。(3)太阳每秒释放的能量为E=3.8×1026 J,则太阳每秒减少的质量为Δm=Ec2解得Δm=4×109 kg(4)太阳还能存在的时间为t=ΔMΔm=2×1030×3×10−44×109 s=1.5×1017 s=5×109年1.C2.D3.A4.C5.A6.B7.C8.C9.A10.C11.A12.A13.CD14.C1.A2.B3.B4.A5.BCD6.BCD7.C8.AD9.A