(建議用時：25分鐘)
◎考點一 對核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的理解
1．(多選)當(dāng)一個重核裂變時，它能產(chǎn)生的兩個核( )
A．一定是穩(wěn)定的
B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)少
C．裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量
D．可以是多種形式的兩個核的組合
BD [重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時平均要放出2個或3個中子，裂變釋放的能量比俘獲中子的能量大，故C錯誤；質(zhì)子數(shù)不變，中子數(shù)會減少，故B正確；重核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，故A錯誤，D正確。]
2．(多選)用中子(eq \\al(1,0)n)轟擊鈾核(eq \\al(235, 92)U)發(fā)生裂變反應(yīng)，會產(chǎn)生鋇核(eq \\al(141, 56)Ba)和氪(eq \\al(92,36)Kr)并釋放出中子(eq \\al(1,0)n)，當(dāng)達(dá)到某些條件時可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一個鈾核(eq \\al(235, 92)U)裂變時，釋放的能量約為200 MeV(1 eV＝1.6×10－19J)。以下說法正確的是( )
A．eq \\al(235, 92)U的裂變方程為eq \\al(235, 92)U→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋eq \\al(1,0)n
B．eq \\al(235, 92)U的裂變方程為eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
C．eq \\al(235, 92)U發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān)
D．一個eq \\al(235, 92)U裂變時，質(zhì)量虧損約為3.6×10－28 kg
BCD [eq \\al(235, 92)U的裂變方程為eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，故A錯誤，B正確；當(dāng)鈾塊體積大于臨界體積時鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才會發(fā)生，故C正確；1 u＝1.66×10－27 kg，又1 u相當(dāng)于931.56 MeV，則200 MeV相當(dāng)于0.214 7 u，故質(zhì)量虧損約為3.6×10－28 kg，故D正確。]
◎考點二 核電站與核反應(yīng)堆
3．(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法正確的是( )
A．鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能
B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率
C．鈾棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率
D．石墨的作用是吸收中子
AB [鈾棒是核燃料，裂變時可放出能量，故A正確；鎘棒吸收中子的能力很強，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故B正確，C錯誤；慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，故D錯誤。]
4．關(guān)于核反應(yīng)堆中用鎘棒控制反應(yīng)速度的原理，下列說法正確的是( )
A．鎘棒能釋放中子，依靠釋放的多少控制反應(yīng)速度
B．用鎘棒插入的多少控制快中子變?yōu)槁凶拥臄?shù)量
C．利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，依靠插入的多少控制中子數(shù)量
D．鎘棒對鈾核裂變有一種阻礙作用，利用其與鈾的接觸面積的大小控制反應(yīng)速度
C [鎘棒不是粒子源不會釋放中子，A錯誤；也不是減速劑，不能使快中子變?yōu)槁凶?，也不阻礙鈾的裂變，B、D錯誤；鎘棒對中子有吸收作用，通過中子強度檢測器檢測，當(dāng)反應(yīng)太強時，控制棒能自動插入，多吸收中子，反之，自動抽出，少吸收中子，C正確。]
◎考點三 對核聚變的理解
5．關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是( )
A．一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多
B．聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個核子釋放的平均能量一定大
C．聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小
D．聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量變大
B [聚變反應(yīng)的比結(jié)合能大于裂變反應(yīng)的比結(jié)合能，但參與的核子數(shù)目裂變大于聚變，故聚變反應(yīng)釋放的總能量不一定多，故A、C錯誤，B正確；由于聚變反應(yīng)釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，故聚變后核的質(zhì)量減少，故D錯誤。]
6．(多選)我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達(dá)1 000 s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，eq \\al(3,2)He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是( )
A．兩個氘核聚變成一個eq \\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子
B．兩個氘核聚變成一個eq \\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子
C．兩個氘核聚變成一個eq \\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2
D．兩個氘核聚變成一個eq \\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2
BD [由核反應(yīng)方程2eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)X知X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故A、C錯誤，B、D正確。]
7．(多選)核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子。若已知氘原子的質(zhì)量為2.014 1 u，氚原子的質(zhì)量為3.016 0 u，氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u，中子的質(zhì)量為1.008 7 u，1 u＝1.66×10－27 kg。則這個核反應(yīng)釋放出來的能量為(光速c＝3.00×108 m/s，1 u相當(dāng)于931.5 MeV)( )
A．2.8×10－10 J B．2.8×10－12 J
C．1.75 MeVD．17.5 MeV
BD [核反應(yīng)釋放出來的能量：ΔE＝Δmc2，Δm＝(m氘＋m氚)－(mHe＋mn)＝0.018 8 u，由計算得：ΔE＝2.8×10－12 J＝17.5 MeV，故B、D正確。]
◎考點四 “基本”粒子
8．(多選)下列所述正確的是( )
A．強子是參與強相互作用的粒子
B．輕子是不參與強相互作用的粒子
C．目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種
D．夸克有6種，它們帶的電荷量分別為元電荷的＋eq \f(2,3)或－eq \f(1,3)
ABD [由三類粒子的特性可知A、B正確；而目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種，C錯誤；夸克模型經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已知夸克有6種，它們帶的電荷分別為元電荷的＋eq \f(2,3)或－eq \f(1,3)，D正確。]
9．已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，eq \\al(3,2)He核的質(zhì)量為3.015 0 u。兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成eq \\al(3,2)He并放出一個中子，釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能。(質(zhì)量虧損為1 u時，釋放的能量為931.5 MeV。除了計算質(zhì)量虧損外，eq \\al(3,2)He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)
(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方程式。
(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少？
(3)若測得反應(yīng)后生成中子的動能是3.12 MeV，則反應(yīng)前每個氘核的動能是多少MeV?
[解析] (1)核反應(yīng)方程為：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n
(2)質(zhì)量虧損為：Δm＝2.013 6×2 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，釋放的核能為：
ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV
(3)設(shè)中子和eq \\al(3,2)He核的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2。反應(yīng)前每個氘核的動能是E0，反應(yīng)后中子和eq \\al(3,2)He核動能分別為E1、E2，根據(jù)動量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，eq \f(E1,E2)＝eq \f(p2,2m1)∶eq \f(p2,2m2)＝eq \f(m2,m1)＝3，E2＝eq \f(E1,3)＝1.04 MeV
由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得
E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV。
[答案] (1)eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n
(2)3.26 MeV (3)0.45 MeV
(建議用時：15分鐘)
10．(多選)在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結(jié)合成一個C，C原子的質(zhì)量是12.000 0 u，He原子的質(zhì)量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相當(dāng)于931.5 MeV，則( )
A．反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm＝0.007 8 u
B．反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是Δm＝1.294 8×10－29 kg
C．反應(yīng)過程中放出的能量約為7.266 MeV
D．反應(yīng)過程中放出的能量約為1.16×10－19 J
ABC [其反應(yīng)方程是3eq \\al(4,2)He→eq \\al(12, 6)C。其質(zhì)量虧損為Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u，A正確；Δm＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.294 8×10－29 kg，B正確；ΔE＝0.007 8×931.5 MeV≈7.266 MeV，C正確；ΔE≈7.266×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，D錯誤。]
11．(多選)我國秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機組，發(fā)電站的核能來源于eq \\al(235, 92)U的裂變，下列說法正確的是( )
A．eq \\al(235, 92)U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子
B．eq \\al(235, 92)U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(139, 54)Xe＋eq \\al(95,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n
C．eq \\al(235, 92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短
D．一個eq \\al(235, 92)U裂變能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J
ABD [由eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，只與核本身有關(guān)，C錯誤；因為200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，D正確。]
12．一個靜止的钚核eq \\al(239, 94)Pu自發(fā)衰變成為一個鈾核eq \\al(235, 92)U和另一個原子核X，并釋放出一定的能量，其核衰變方程為：eq \\al(239, 94)Pu→eq \\al(235, 92)U＋X。
(1)方程中的“X”是什么？
(2)钚核的質(zhì)量為239.052 2 u，鈾核的質(zhì)量為235.043 9 u，X核的質(zhì)量為4.002 6 u，已知1 u相當(dāng)于931 MeV，則：
①該衰變過程放出的能量是多少MeV?
②假設(shè)钚核衰變釋放出的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕蚗核的動能，則X核的動能約為多少MeV?
[解析] (1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為eq \\al(4,2)He。
(2)①該衰變過程放出的能量ΔE＝[m1－(m2＋m3)]c2＝[239.0522－(235.0439＋4.0026)]×931 MeV≈5.31 MeV。②由Ek＝eq \f(p2,2m)可得，Ek鈾：EkX＝mX∶m鈾＝4∶235，則EkX＝5.31×eq \f(235,239) MeV≈5.22 MeV。
[答案] 見解析
13．用中子轟擊鈾核(eq \\al(235, 92)U)，其中一個可能的反應(yīng)是分裂成鋇(eq \\al(141, 56)Ba)和氪(eq \\al(92,36)Kr)兩部分，放出3個中子。各個核和中子的質(zhì)量如下：
mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg，
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg，
試寫出核反應(yīng)方程，算出反應(yīng)中釋放的核能。
[解析] 此鈾核裂變方程為
eq \\al(1,0)n＋eq \\al(235, 92)U→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，
則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg，
由愛因斯坦的質(zhì)能方程可得釋放的核能為
ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J。
[答案] eq \\al(1,0)n＋eq \\al(235, 92)U→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
3.215 7×10－11 J

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5 “基本”粒子

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