高中物理人教版 (2019)選擇性必修第三冊第五章原子核4 核裂變與核聚變習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc9103" 【題型1 裂變能的計算】
\l "_Tc6522" 【題型2 核反應(yīng)堆】
\l "_Tc10925" 【題型3 聚變能的計算】
\l "_Tc2094" 【題型4 可控?zé)岷朔磻?yīng)】
\l "_Tc22177" 【題型5 原子彈、氫彈】
\l "_Tc1161" 【題型6 核反應(yīng)分類】
\l "_Tc25206" 【題型7 聯(lián)系實際】
\l "_Tc24590" 【題型8 綜合問題】
【題型1 裂變能的計算】
【例1】（多選）在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。已知核反應(yīng)方程式是反應(yīng)堆中發(fā)生的眾多反應(yīng)中的一種，其中的相對原子質(zhì)量是235.0439u（單位原子質(zhì)量1u=1.66×10-27kg），每次該核反應(yīng)釋放出的核能為173.8MeV?，F(xiàn)有一座核電站發(fā)電能力為3.6×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為45%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變?nèi)潜绢}中的核反應(yīng)，下列說法正確的是（）
A．X是n，a=3
B．為使核反應(yīng)堆持續(xù)正常工作，必須由外界不斷地向鈾塊射入高速中子流
C．該裂變反應(yīng)每次釋放出的核能與氫原子光譜中波長最短的一個光子的能量相當(dāng)
D．該核電站每年（1年按3×107s計算）消耗的質(zhì)量約為3.4t
【變式1-1】中國物理學(xué)家錢三強與何澤慧等合作，在利用中子打擊鈾的實驗中，觀察到三分裂變和四分裂變現(xiàn)象，如圖，其中一種裂變反應(yīng)式是U＋n→Ba＋Kr＋3n。用分別表示U、Ba、Kr核的質(zhì)量，表示n粒子的質(zhì)量，c為真空中的光速，下列說法正確的是（）
A．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積無關(guān)
B．裂變產(chǎn)物Ba的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能
C．該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有所增加
D．該核反應(yīng)中放出的核能為
【變式1-2】2021年4月，福清核電廠5號機組正式授牌，這標(biāo)志著我國核能發(fā)電裝機容量突破5000萬千瓦。核反應(yīng)方程是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多反應(yīng)中的一種，、、、分別表示、、和中子的質(zhì)量，光速為c。
（1）求上述反應(yīng)中一個U核裂變釋放的核能；
（2）若核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為50%，假設(shè)反應(yīng)堆中裂變?nèi)巧鲜龊朔磻?yīng)，已知每次核反應(yīng)中放出的核能，U核的質(zhì)量約為，估算目前我國核電站平均每天最多消耗的純凈鈾的質(zhì)量（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
【變式1-3】在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．
(1)核反應(yīng)方程式eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，eq \\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X是什么？a為多少？以mU、mBa、mKr分別表示eq \\al(235, 92)U、eq \\al(141, 56)Ba、eq \\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量．
【題型2 核反應(yīng)堆】
【例2】2021年12月6日，全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組首個燃料循環(huán)結(jié)束，開始首次換料大修。如圖為普通核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖，通過鈾235鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實現(xiàn)核能的可控釋放。下列說法正確的是（）
A．鎘棒通過改變中子的數(shù)量來控制反應(yīng)速度
B．中子速度越快越容易使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生
C．正常運行的反應(yīng)堆水泥防護層外會檢測到大量α粒子
D．鈾核裂變時釋放能量的多少與產(chǎn)物種類無關(guān)
【變式2-1】秦山核電站是我國第一座核電站，其三期工程采用重水反應(yīng)堆技術(shù)，利用中子(eq \\al(1,0)n)與靜止氘核(eq \\al(2,1)H)的多次碰撞，使中子減速。已知中子某次碰撞前的動能為E，碰撞可視為彈性正碰。經(jīng)過該次碰撞后，中子損失的動能為( )
A.eq \f(1,9)E B.eq \f(8,9)E
C.eq \f(1,3)E D.eq \f(2,3)E
【變式2-2】軸核裂變是核電站獲得核能的主要途徑，其一種裂變反應(yīng)式是。下列說法正確的是（）
A．反應(yīng)式可化簡為
B．原子核的比結(jié)合能小于原子核的比結(jié)合能
C．鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響
D．在裂變過程中沒有質(zhì)量虧損
【變式2-3】2020年1月10日，黃旭華獲2019年國家最高科學(xué)技術(shù)獎。他是中國第一代核潛艇總設(shè)計師，成功研制了我國第一代核潛艇，為我國?；肆α繉崿F(xiàn)從無到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻。核潛艇是以核反應(yīng)堆（如圖所示）為動力來源的潛艇，反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為：，下列說法正確的是（）
A．元素有56個質(zhì)子，144個中子
B．的比結(jié)合能（平均結(jié)合能）大于的比結(jié)合能
C．根據(jù)E=mc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損
D．要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積
【題型3 聚變能的計算】
【例3】氘核eq \\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式6eq \\al(2,1)H→2eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，則M約為( )
A.40 kg B.100 kg
C.400 kg D.1 000 kg
【變式3-1】現(xiàn)有兩動能均為E0＝0.35 MeV的eq \\al(2,1)H在一條直線上相向運動，兩個eq \\al(2,1)H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到eq \\al(3,2)He和新粒子，且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為eq \\al(3,2)He和新粒子的動能。已知eq \\al(2,1)H的質(zhì)量為2.014 1 u，eq \\al(3,2)He的質(zhì)量為3.016 0 u，新粒子的質(zhì)量為1.008 7 u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計算，結(jié)果保留整數(shù))。則下列說法正確的是( )
A．核反應(yīng)方程為eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H―→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,1)H
B．核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律
C．新粒子的動能約為3 MeV
D. eq \\al(3,2)He的動能約為4 MeV
【變式3-2】(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026 W，其輻射的能量來自于聚變反應(yīng).在聚變反應(yīng)中，一個質(zhì)量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核(eq \\al(2,1)H)和一個質(zhì)量為2 809.5 MeV/c2的氚核(eq \\al(3,1)H)結(jié)合為一個質(zhì)量為3 728.4 MeV/c2的氦核(eq \\al(4,2)He)，并放出一個X粒子，同時釋放大約17.6 MeV的能量.下列說法正確的是( )
A.X粒子是質(zhì)子
B.X粒子的質(zhì)量為939.6 MeV/c2
C.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為4.4×109 kg
D.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為17.6 MeV/c2
【變式3-3】輕核聚變的一個核反應(yīng)方程為：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X.若已知eq \\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，eq \\al(3,1)H的質(zhì)量為m2，eq \\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是( )
A.eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常溫下就能夠發(fā)生聚變
B．X是質(zhì)子
C．這個反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我國大亞灣核電站是利用輕核的聚變釋放的能量來發(fā)電的
【題型4 可控?zé)岷朔磻?yīng)】
【例4】2019年8月我國已經(jīng)建成了新托卡馬克(EAST)裝置一中國環(huán)流器二號M裝置(HL—2M)，為“人造太陽”創(chuàng)造了條件，其等離子溫度有望超過2億攝氏度，將中國的聚變堆技術(shù)提升到了新的高度。設(shè)該熱核實驗反應(yīng)前氘核(eq \\al(2,1)H)的質(zhì)量為m1，氚核(eq \\al(3,1)H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(eq \\al(4,2)He)的質(zhì)量為m3，中子(eq \\al(1,0)n)的質(zhì)量為m4。關(guān)于聚變的說法正確的是( )
A.核裂變比核聚變更為安全、清潔
B.由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，比結(jié)合能較聚變前減少
D.HL—2M中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
【變式4-1】2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并首次實現(xiàn)利用核聚變放電。下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是( )
A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
D.eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(30,15)P＋2eq \\al(1,0)n
【變式4-2】大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n。已知12H的質(zhì)量為2.013 6 u，23He的質(zhì)量為3.015 0 u，eq \\al(1,0)n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為( )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV
【變式4-3】我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是( )
A．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n B. eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
C．eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n D. eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
【題型5 原子彈、氫彈】
【例5】“兩彈一星”可以說長了中國人的志氣，助了中國人的威風(fēng)。下列核反應(yīng)方程中，屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是（）
①N+HeO+H ②U+nSr+Xe+
③UTh+He ④H+HHe+n
A．①②B．③④C．②④D．②③
【變式5-1】20世紀(jì)60年代，我國以國防為主的尖端科技取得了突破性的發(fā)展。1964年，我國第一顆原子彈試爆成功；1967年，我國第一顆氫彈試爆成功。關(guān)于原子彈和氫彈，下列說法正確的是( )
A．原子彈和氫彈都是根據(jù)核裂變原理研制的
B．原子彈和氫彈都是根據(jù)核聚變原理研制的
C．原子彈是根據(jù)核裂變原理研制的，氫彈是根據(jù)核聚變原理研制的
D．原子彈是根據(jù)核聚變原理研制的，氫彈是根據(jù)核裂變原理研制的
【變式5-2】常言道，萬物生長靠太陽，追根溯源，地球上消耗的能量絕大部分是來自太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生核反應(yīng)釋放出的核能。在太陽內(nèi)部發(fā)生的典型核反應(yīng)方程是4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2X，這個核反應(yīng)釋放出的能量為ΔE，光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是( )
A.該核反應(yīng)屬于裂變反應(yīng)
B.方程中的X為電子(eq \\al( 0,－1)e)
C.該核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，因而反應(yīng)前后總質(zhì)量保持不變
D.該核反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm＝eq \f(ΔE,c2)
【變式5-3】下列四幅圖分別對應(yīng)著四種說法，其中正確的是（）
A．氫原子輻射出一個光子后，電勢能增大，動能減小
B．根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線
C．天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)
D．原子彈爆炸屬于重核的裂變，其反應(yīng)方程為
【題型6 核反應(yīng)分類】
【例6】在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)
A.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(14, 7)N＋eq \\al( 0,－1)e
B.eq \\al(32,15)P→eq \\al(32,16)S＋eq \\al( 0,－1)e
C.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
D.eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
E.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(140, 54)Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n
F.eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
【變式6-1】下列說法正確的是( )
A.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋X中X為中子，核反應(yīng)類型為β衰變
B.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋K，其中K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變
D.eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋Z，其中Z為氫核，核反應(yīng)類型為輕核聚變
【變式6-2】(多選)2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗工程獲得國家自然科學(xué)一等獎.大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴隨著中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、β衰變等.下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th衰變?yōu)閑q \\al(222, 86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變
B.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是α衰變方程，eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e是β衰變方程
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n是核裂變方程，也是氫彈的主要核反應(yīng)方程
D.高速運動的α粒子轟擊氮核可以從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
【變式6-3】我國科學(xué)家為解決“玉兔號”月球車長時間處于黑夜工作的需要，研制了一種小型核能電池，將核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽枰墓β什⒉淮?，但要便于防護其產(chǎn)生的核輻射.請據(jù)此猜測“玉兔號”所用核能電池有可能采納的核反應(yīng)方程是( )
A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B.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(238, 94)Pu→eq \\al(238, 95)Am＋eq \\al( 0,－1)e
D.eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
【題型7 聯(lián)系實際】
【例7】1930年英國物理學(xué)家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器，他們獲得了高速運動的質(zhì)子，用來轟擊靜止的鋰原子核(eq \\al(7,3)Li)，形成一個不穩(wěn)定的復(fù)合核后分解成兩個相同的原子核。
(1)寫出核反應(yīng)方程式；
(2)已知質(zhì)子的質(zhì)量為m，初速度為v0，反應(yīng)后產(chǎn)生的一個原子核速度大小為1.5v0，方向與質(zhì)子運動方向相同，求反應(yīng)過程中釋放的核能。(設(shè)反應(yīng)過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?
【變式7-1】（多選）近日，目前全球規(guī)模最大的核聚變反應(yīng)堆——歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆（JET）（如圖所示）的科研團隊宣布，取得了核聚變技術(shù)的突破性進展，該反應(yīng)堆在連續(xù)5秒時間內(nèi)產(chǎn)生了59兆焦耳的能量（1兆=106），這打破了該裝置在1997年創(chuàng)下的22兆焦耳核聚變能量的紀(jì)錄。下列說法正確的是（）
A．要使輕核發(fā)生聚變，原子核必須克服核力和庫侖斥力
B．該反應(yīng)堆連續(xù)5秒產(chǎn)生的能量能為一個普通中國家庭提供大約一年的用電
C．現(xiàn)在地球上消耗的能量，追根溯源，絕大部分來自太陽聚變釋放的核能
D．輕核聚變與重核裂變相比，聚變更為安全、清潔，廢物數(shù)量少
【變式7-2】（多選）我國自主三代核電“華龍一號”的每臺機組每年發(fā)電量約為，相當(dāng)于減排二氧化碳816萬噸，對助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)具有重要意義。下列說法正確的是（）
A．該機組利用的是輕核聚變釋放的能量發(fā)電
B．該機組每年發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為0.3kg
C．“華龍一號”反應(yīng)堆中可能存在的核反應(yīng)
D．“華龍一號”反應(yīng)堆需要用鎘棒吸收中子控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度
【變式7-3】近日，中央廣播電視總臺發(fā)布2021年度國內(nèi)十大科技新聞，中國“人造太陽”創(chuàng)億度百秒世界新紀(jì)錄位列之首，人造太陽基于核聚變的原理，則下列說法正確的是（）
A．核聚變又叫熱核反應(yīng)，反應(yīng)一旦發(fā)生，不再需要外界能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應(yīng)繼續(xù)下去
B．目前核能發(fā)電是利用核聚變
C．是一種核聚變反應(yīng)
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)量增加
【題型8 綜合問題】
【例8】（多選）下列四幅圖涉及到不同的物理知識，其中說法正確的是（）
A．圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子
B．圖乙：用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能
C．圖丙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的
D．圖?。簻穼O通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)
【變式8-1】下列說法中錯誤的是( )
A．若氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
B．核泄漏事故污染物eq \\al(137, 55)Cs能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為eq \\al(137, 55)Cs→eq \\al(137, 56)Ba＋X，可以判斷X為電子
C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就一定失去一個電子
D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
【變式8-2】下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖所示，其中說法正確的是（）
A．甲圖中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，C處觀察不到閃光點
B．圖乙中用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能
C．圖丙中處于n=3能級的一個氫原子向低能級躍遷，最多可以放出3種頻率的光
D．丁圖中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明鋅板原來一定帶正電
【變式8-3】隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進了人們對原子、原子核的認識，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是( )
A．盧瑟福α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)
B．天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子
C．輕核聚變反應(yīng)方程有：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
D．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級和從n＝2能級躍遷到n＝1能級，前者躍遷輻射出的光子波長比后者的長
參考答案
【題型1 裂變能的計算】
【例1】（多選）在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。已知核反應(yīng)方程式是反應(yīng)堆中發(fā)生的眾多反應(yīng)中的一種，其中的相對原子質(zhì)量是235.0439u（單位原子質(zhì)量1u=1.66×10-27kg），每次該核反應(yīng)釋放出的核能為173.8MeV。現(xiàn)有一座核電站發(fā)電能力為3.6×106kW，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為45%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變?nèi)潜绢}中的核反應(yīng)，下列說法正確的是（）
A．X是n，a=3
B．為使核反應(yīng)堆持續(xù)正常工作，必須由外界不斷地向鈾塊射入高速中子流
C．該裂變反應(yīng)每次釋放出的核能與氫原子光譜中波長最短的一個光子的能量相當(dāng)
D．該核電站每年（1年按3×107s計算）消耗的質(zhì)量約為3.4t
【答案】AD
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷，X是n，a=235+1-141-92=3，A正確；核反應(yīng)會產(chǎn)生中子流，故不需要一直由外界射入高速中子流，B錯誤；氫原子光譜波長最短的光子能量為13.6eV，該裂變反應(yīng)每次釋放出的核能為173.8MeV，兩者不相等，C錯誤；則反應(yīng)堆每年提供的能量為① 核發(fā)電站一年提供的電能為 ② 另外 ③ 聯(lián)立①②③可得：，D正確；故選AD。
【變式1-1】中國物理學(xué)家錢三強與何澤慧等合作，在利用中子打擊鈾的實驗中，觀察到三分裂變和四分裂變現(xiàn)象，如圖，其中一種裂變反應(yīng)式是U＋n→Ba＋Kr＋3n。用分別表示U、Ba、Kr核的質(zhì)量，表示n粒子的質(zhì)量，c為真空中的光速，下列說法正確的是（）
A．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積無關(guān)
B．裂變產(chǎn)物Ba的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能
C．該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有所增加
D．該核反應(yīng)中放出的核能為
【答案】B
【解析】鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的臨界體積有關(guān)，故A錯誤；裂變產(chǎn)物Ba的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能，從而產(chǎn)生質(zhì)量虧損，放出能量，故B正確；該核反應(yīng)過程中質(zhì)量由虧損，故C錯誤；該核反應(yīng)中放出的核能為，故D錯誤。故選B。
【變式1-2】2021年4月，福清核電廠5號機組正式授牌，這標(biāo)志著我國核能發(fā)電裝機容量突破5000萬千瓦。核反應(yīng)方程是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多反應(yīng)中的一種，、、、分別表示、、和中子的質(zhì)量，光速為c。
（1）求上述反應(yīng)中一個U核裂變釋放的核能；
（2）若核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為50%，假設(shè)反應(yīng)堆中裂變?nèi)巧鲜龊朔磻?yīng)，已知每次核反應(yīng)中放出的核能，U核的質(zhì)量約為，估算目前我國核電站平均每天最多消耗的純凈鈾的質(zhì)量（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）質(zhì)量虧損
釋放的核能
（2）目前每天的核電能量為
則每天消耗的核能為
則每天的核反應(yīng)的U核個數(shù)
每天消耗的純凈鈾質(zhì)量為
【變式1-3】在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．
(1)核反應(yīng)方程式eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，eq \\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X是什么？a為多少？以mU、mBa、mKr分別表示eq \\al(235, 92)U、eq \\al(141, 56)Ba、eq \\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量．
解：(1)由反應(yīng)方程可知X為eq \\al(1,0)n，a為3，釋放的能量為ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗eq \\al(235, 92)U的功率為P′＝eq \f(P,40%)＝eq \f(106,40%) kW＝2.5×106 kW，
電站每年消耗eq \\al(235, 92)U的能量為W＝Pt＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J.
每年消耗eq \\al(235, 92)U的質(zhì)量為M＝eq \f(W,ΔE)mU＝eq \f(7.875×1016×390×10－27,2.78×10－11) kg＝1 105 kg.
【題型2 核反應(yīng)堆】
【例2】2021年12月6日，全球第一臺“華龍一號”核電機組——中核集團福建福清核電5號機組首個燃料循環(huán)結(jié)束，開始首次換料大修。如圖為普通核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖，通過鈾235鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實現(xiàn)核能的可控釋放。下列說法正確的是（）
A．鎘棒通過改變中子的數(shù)量來控制反應(yīng)速度
B．中子速度越快越容易使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生
C．正常運行的反應(yīng)堆水泥防護層外會檢測到大量α粒子
D．鈾核裂變時釋放能量的多少與產(chǎn)物種類無關(guān)
【答案】A
【解析】鎘棒通過改變中子的數(shù)量來控制反應(yīng)速度，故A正確；中子速度越快越不容易使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，故B錯誤；正常運行的反應(yīng)堆主要的輻射有γ輻射和中子輻射，水泥防護層外不可能檢測到大量α粒子，故C錯誤；核裂變釋放的能量與反應(yīng)前后質(zhì)量虧損有關(guān)，鈾核裂變時會因產(chǎn)物種類不同導(dǎo)致質(zhì)量虧損不同，釋放能量不同，故D錯誤。故選A。
【變式2-1】秦山核電站是我國第一座核電站，其三期工程采用重水反應(yīng)堆技術(shù)，利用中子(eq \\al(1,0)n)與靜止氘核(eq \\al(2,1)H)的多次碰撞，使中子減速。已知中子某次碰撞前的動能為E，碰撞可視為彈性正碰。經(jīng)過該次碰撞后，中子損失的動能為( )
A.eq \f(1,9)E B.eq \f(8,9)E
C.eq \f(1,3)E D.eq \f(2,3)E
答案 B
解析設(shè)中子的質(zhì)量為m，氘核的質(zhì)量為2m，彈性正碰的過程滿足動量守恒和能量守恒mv＝mv1＋2mv2，eq \f(1,2)mv2＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)＋eq \f(1,2)×2mveq \\al(2,2)，由以上兩式解得：v1＝－eq \f(1,3)v，由已知可得：E＝eq \f(1,2)mv2，中子損失的動能：ΔE＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)v))eq \s\up12(2)＝eq \f(8,9)×eq \f(1,2)mv2＝eq \f(8,9)E。
【變式2-2】軸核裂變是核電站獲得核能的主要途徑，其一種裂變反應(yīng)式是。下列說法正確的是（）
A．反應(yīng)式可化簡為
B．原子核的比結(jié)合能小于原子核的比結(jié)合能
C．鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響
D．在裂變過程中沒有質(zhì)量虧損
【答案】C
【解析】軸核裂變反應(yīng)式中中子是核反應(yīng)的條件，不能省略，A錯誤；比結(jié)合能的大小反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定，U原子核發(fā)生核裂變生成了其中一個Ba原子核，并釋放大量的能量，故Ba原子核比U原子核更穩(wěn)定，原子核的比結(jié)合能大于原子核的比結(jié)合能，B錯誤；鈾塊體積需達到臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響，C正確；根據(jù)裂變的特點可知，裂變反應(yīng)中由于質(zhì)量虧損釋放出能量，D錯誤。故選C。
【變式2-3】2020年1月10日，黃旭華獲2019年國家最高科學(xué)技術(shù)獎。他是中國第一代核潛艇總設(shè)計師，成功研制了我國第一代核潛艇，為我國?；肆α繉崿F(xiàn)從無到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻。核潛艇是以核反應(yīng)堆（如圖所示）為動力來源的潛艇，反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為：，下列說法正確的是（）
A．元素有56個質(zhì)子，144個中子
B．的比結(jié)合能（平均結(jié)合能）大于的比結(jié)合能
C．根據(jù)E=mc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損
D．要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積
【答案】C
【解析】根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X元素的電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）為p=56，質(zhì)量數(shù)q=144，則含有144-56=88個中子，選項A錯誤；該反應(yīng)放出核能，則生成物的比結(jié)合能（平均結(jié)合能）大于的比結(jié)合能，選項B錯誤；根據(jù)E=mc2，裂變后釋放核能，裂變過程質(zhì)量發(fā)生虧損，選項C正確；要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于臨界體積，選項D錯誤。故選C。
【題型3 聚變能的計算】
【例3】氘核eq \\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式6eq \\al(2,1)H→2eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，則M約為( )
A.40 kg B.100 kg
C.400 kg D.1 000 kg
答案 C
解析結(jié)合核反應(yīng)方程知，1 kg海水中的氘核全部發(fā)生聚變反應(yīng)放出的能量E＝eq \f(1.0×1022,6)×43.15×1.6×10－13 J≈1.15×1010 J，根據(jù)題意得M＝eq \f(E,E0)M0＝eq \f(1.15×1010,2.9×107)×1 kg≈400 kg，故A、B、D項錯誤，C項正確。
【變式3-1】現(xiàn)有兩動能均為E0＝0.35 MeV的eq \\al(2,1)H在一條直線上相向運動，兩個eq \\al(2,1)H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到eq \\al(3,2)He和新粒子，且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為eq \\al(3,2)He和新粒子的動能。已知eq \\al(2,1)H的質(zhì)量為2.014 1 u，eq \\al(3,2)He的質(zhì)量為3.016 0 u，新粒子的質(zhì)量為1.008 7 u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計算，結(jié)果保留整數(shù))。則下列說法正確的是( )
A．核反應(yīng)方程為eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H―→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,1)H
B．核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律
C．新粒子的動能約為3 MeV
D. eq \\al(3,2)He的動能約為4 MeV
解析：選C 由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H―→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n，則新粒子為中子eq \\al(1,0)n，所以A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，仍然滿足能量守恒定律，B錯誤；由題意可知ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動量守恒有pHe－pn＝0由Ek＝eq \f(p2,2m)，可知eq \f(EkHe,Ekn)＝eq \f(mn,mHe)，解得EkHe＝eq \f(mn,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)≈1 MeV，Ekn＝eq \f(mHe,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)≈3 MeV，所以C正確，D錯誤。
【變式3-2】(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026 W，其輻射的能量來自于聚變反應(yīng).在聚變反應(yīng)中，一個質(zhì)量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核(eq \\al(2,1)H)和一個質(zhì)量為2 809.5 MeV/c2的氚核(eq \\al(3,1)H)結(jié)合為一個質(zhì)量為3 728.4 MeV/c2的氦核(eq \\al(4,2)He)，并放出一個X粒子，同時釋放大約17.6 MeV的能量.下列說法正確的是( )
A.X粒子是質(zhì)子
B.X粒子的質(zhì)量為939.6 MeV/c2
C.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為4.4×109 kg
D.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為17.6 MeV/c2
答案 BC
解析該聚變反應(yīng)方程為eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n，X為中子，故A錯誤；該核反應(yīng)中質(zhì)量的減少量Δm1＝17.6 MeV/c2，由質(zhì)能方程知，m氘＋m氚＝m氦＋mX＋Δm1，代入數(shù)據(jù)知1 876.1 MeV/c2＋2 809.5 MeV/c2＝3 728.4 MeV/c2＋mX＋17.6 MeV/c2，故mX＝939.6 MeV/c2，故B正確；太陽每秒輻射能量ΔE＝PΔt＝4×1026 J，由質(zhì)能方程知Δm＝eq \f(ΔE,c2)，故太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量Δm＝eq \f(4×1026,?3×108?2) kg≈4.4×109 kg，故C正確；因為ΔE＝4×1026 J＝eq \f(4×1026,1.6×10－19) eV＝2.5×1039 MeV，則太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量為Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝2.5×1039 MeV/c2，故D錯誤.
【變式3-3】輕核聚變的一個核反應(yīng)方程為：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X.若已知eq \\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，eq \\al(3,1)H的質(zhì)量為m2，eq \\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是( )
A.eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常溫下就能夠發(fā)生聚變
B．X是質(zhì)子
C．這個反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我國大亞灣核電站是利用輕核的聚變釋放的能量來發(fā)電的
答案 C
解析 eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常溫下不能發(fā)生聚變，只有在高溫下才能發(fā)生聚變，故A錯誤；根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，故B錯誤；該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；我國大亞灣核電站是利用重核的裂變釋放的能量來發(fā)電的，故D錯誤．
【題型4 可控?zé)岷朔磻?yīng)】
【例4】2019年8月我國已經(jīng)建成了新托卡馬克(EAST)裝置一中國環(huán)流器二號M裝置(HL—2M)，為“人造太陽”創(chuàng)造了條件，其等離子溫度有望超過2億攝氏度，將中國的聚變堆技術(shù)提升到了新的高度。設(shè)該熱核實驗反應(yīng)前氘核(eq \\al(2,1)H)的質(zhì)量為m1，氚核(eq \\al(3,1)H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(eq \\al(4,2)He)的質(zhì)量為m3，中子(eq \\al(1,0)n)的質(zhì)量為m4。關(guān)于聚變的說法正確的是( )
A.核裂變比核聚變更為安全、清潔
B.由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，比結(jié)合能較聚變前減少
D.HL—2M中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
答案 D
解析輕核聚變比核裂變更為安全、清潔，選項A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，選項B錯誤；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，根據(jù)質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程，則有聚變后比結(jié)合能將增大，選項C錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒知HL—2M中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n，選項D正確。
【變式4-1】2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并首次實現(xiàn)利用核聚變放電。下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是( )
A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
D.eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(30,15)P＋2eq \\al(1,0)n
答案 A
解析 A項方程是核聚變，B項方程為α衰變，C項方程為重核裂變，D項方程為人工核轉(zhuǎn)變。故選A。
【變式4-2】大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n。已知12H的質(zhì)量為2.013 6 u，23He的質(zhì)量為3.015 0 u，eq \\al(1,0)n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為( )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：選B 氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.013 6 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 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，選項B正確。
【變式4-3】我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是( )
A．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n B. eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
C．eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n D. eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
解析：選A A項是氫元素的兩種同位素氘和氚聚變成氦元素的核反應(yīng)方程，B項是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，C項屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，D項屬于重核的裂變，因此只有A項符合要求。
【題型5 原子彈、氫彈】
【例5】“兩彈一星”可以說長了中國人的志氣，助了中國人的威風(fēng)。下列核反應(yīng)方程中，屬于研究“兩彈”的基本核反應(yīng)方程的是（）
①N+HeO+H ②U+nSr+Xe+
③UTh+He ④H+HHe+n
A．①②B．③④C．②④D．②③
【答案】C
【解析】 “兩彈”是指原子彈和氫彈，原子彈是鈾核裂變
氫彈是輕核聚變，故選C。
【變式5-1】20世紀(jì)60年代，我國以國防為主的尖端科技取得了突破性的發(fā)展。1964年，我國第一顆原子彈試爆成功；1967年，我國第一顆氫彈試爆成功。關(guān)于原子彈和氫彈，下列說法正確的是( )
A．原子彈和氫彈都是根據(jù)核裂變原理研制的
B．原子彈和氫彈都是根據(jù)核聚變原理研制的
C．原子彈是根據(jù)核裂變原理研制的，氫彈是根據(jù)核聚變原理研制的
D．原子彈是根據(jù)核聚變原理研制的，氫彈是根據(jù)核裂變原理研制的
解析：選C 原子彈是根據(jù)重核裂變研制的，而氫彈是根據(jù)輕核聚變研制的，故A、B、D錯誤，C正確。
【變式5-2】常言道，萬物生長靠太陽，追根溯源，地球上消耗的能量絕大部分是來自太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生核反應(yīng)釋放出的核能。在太陽內(nèi)部發(fā)生的典型核反應(yīng)方程是4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2X，這個核反應(yīng)釋放出的能量為ΔE，光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是( )
A.該核反應(yīng)屬于裂變反應(yīng)
B.方程中的X為電子(eq \\al( 0,－1)e)
C.該核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，因而反應(yīng)前后總質(zhì)量保持不變
D.該核反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm＝eq \f(ΔE,c2)
答案 D
解析該核反應(yīng)屬于聚變反應(yīng)，選項A錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，方程中的X為正電子(eq \\al(0,1)e)，選項B錯誤；該核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，但是由于反應(yīng)放出能量，則反應(yīng)前后有質(zhì)量虧損，選項C錯誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2可知，該核反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm＝eq \f(ΔE,c2)，選項D正確。
【變式5-3】下列四幅圖分別對應(yīng)著四種說法，其中正確的是（）
A．氫原子輻射出一個光子后，電勢能增大，動能減小
B．根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線
C．天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)
D．原子彈爆炸屬于重核的裂變，其反應(yīng)方程為
【答案】 B
【解析】氫原子輻射出一個光子后，原子能級降低，電子的動能增大，電勢能減小，故A錯誤；三種射線的穿透本領(lǐng)不同，根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1的穿透本領(lǐng)最弱，是α射線，射線3的穿透本領(lǐng)最強，是γ射線，射線2是β射線，故B正確；天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故C錯誤；重核的裂變是重核俘獲一個慢中子后才能發(fā)生的，所以核反應(yīng)方程為故D錯誤。故選B。
【題型6 核反應(yīng)分類】
【例6】在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)
A.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(14, 7)N＋eq \\al( 0,－1)e
B.eq \\al(32,15)P→eq \\al(32,16)S＋eq \\al( 0,－1)e
C.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
D.eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
E.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(140, 54)Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n
F.eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
答案 C AB E F
解析 α衰變是一種放射性衰變，α粒子(eq \\al(4,2)He)會從原子核中射出，C項符合要求；β衰變是指自原子核內(nèi)自發(fā)地放出一個電子(eq \\al(0,－1)e)，同時原子序數(shù)增加1的過程，A、B兩項符合要求；裂變是指一些質(zhì)量較大的原子核，如鈾、釷和钚等在吸收一個中子后分裂成兩個或更多質(zhì)量較小的原子核，同時放出多個中子和很大能量的過程，只有E項符合要求；聚變是指由兩個輕原子核(一般是氘核和氚核)結(jié)合成較重原子核(氦核)并放出大量能量的過程，F(xiàn)項符合要求．
【變式6-1】下列說法正確的是( )
A.eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋X中X為中子，核反應(yīng)類型為β衰變
B.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋K，其中K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變
D.eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋Z，其中Z為氫核，核反應(yīng)類型為輕核聚變
答案 C
解析根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，A選項反應(yīng)中的X質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子，核反應(yīng)類型為α衰變，選項A錯誤；B選項反應(yīng)中的Y質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，核反應(yīng)類型為輕核聚變，選項B錯誤；C選項反應(yīng)中的K質(zhì)量數(shù)總數(shù)為10，電荷數(shù)為0，則K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變，選項C正確； D選項反應(yīng)中的Z質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變，選項D錯誤.
【變式6-2】(多選)2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗工程獲得國家自然科學(xué)一等獎.大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴隨著中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、β衰變等.下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th衰變?yōu)閑q \\al(222, 86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變
B.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是α衰變方程，eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e是β衰變方程
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n是核裂變方程，也是氫彈的主要核反應(yīng)方程
D.高速運動的α粒子轟擊氮核可以從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
答案 AD
解析 eq \\al(234, 90)Th衰變?yōu)閑q \\al(222, 86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，故A項正確；eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是核聚變方程，eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e是β衰變方程，故B項錯誤；eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n是核裂變方程，不是氫彈的主要核反應(yīng)方程，故C項錯誤；高速運動的α粒子轟擊氮核可以從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H，故D項正確.
【變式6-3】我國科學(xué)家為解決“玉兔號”月球車長時間處于黑夜工作的需要，研制了一種小型核能電池，將核反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽枰墓β什⒉淮?，但要便于防護其產(chǎn)生的核輻射.請據(jù)此猜測“玉兔號”所用核能電池有可能采納的核反應(yīng)方程是( )
A.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
B.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(238, 94)Pu→eq \\al(238, 95)Am＋eq \\al( 0,－1)e
D.eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
答案 C
解析 A項中反應(yīng)是輕核聚變，反應(yīng)劇烈，至今可控聚變反應(yīng)還處于各種實驗研究階段，故A項不合題意；B項中反應(yīng)是重核裂變，雖然實現(xiàn)了人工控制，但因反應(yīng)劇烈，防護要求高還不能小型化，故B項不合題意；C項中反應(yīng)是人工放射性同位素的衰變反應(yīng)，是小型核能電池主要采用的反應(yīng)方式，故C項符合題意；D項中反應(yīng)是人工核反應(yīng)，需要高能α粒子，故D項不合題意.
【題型7 聯(lián)系實際】
【例7】1930年英國物理學(xué)家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器，他們獲得了高速運動的質(zhì)子，用來轟擊靜止的鋰原子核(eq \\al(7,3)Li)，形成一個不穩(wěn)定的復(fù)合核后分解成兩個相同的原子核。
(1)寫出核反應(yīng)方程式；
(2)已知質(zhì)子的質(zhì)量為m，初速度為v0，反應(yīng)后產(chǎn)生的一個原子核速度大小為1.5v0，方向與質(zhì)子運動方向相同，求反應(yīng)過程中釋放的核能。(設(shè)反應(yīng)過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?
答案 (1)eq \\al(7,3)Li＋eq \\al(1,1)H→2eq \\al(4,2)He (2)eq \f(57,8)mveq \\al(2,0)
解析 (1)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒
eq \\al(7,3)Li＋eq \\al(1,1)H→2eq \\al(4,2)He
(2)核反應(yīng)過程，動量守恒mv0＝4m×1.5v0＋4mv
根據(jù)能量守恒定律
ΔE＝eq \f(1,2)(4m)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.5v0))2＋eq \f(1,2)×4mv2－eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)＝eq \f(57,8)mveq \\al(2,0)
【變式7-1】（多選）近日，目前全球規(guī)模最大的核聚變反應(yīng)堆——歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆（JET）（如圖所示）的科研團隊宣布，取得了核聚變技術(shù)的突破性進展，該反應(yīng)堆在連續(xù)5秒時間內(nèi)產(chǎn)生了59兆焦耳的能量（1兆=106），這打破了該裝置在1997年創(chuàng)下的22兆焦耳核聚變能量的紀(jì)錄。下列說法正確的是（）
A．要使輕核發(fā)生聚變，原子核必須克服核力和庫侖斥力
B．該反應(yīng)堆連續(xù)5秒產(chǎn)生的能量能為一個普通中國家庭提供大約一年的用電
C．現(xiàn)在地球上消耗的能量，追根溯源，絕大部分來自太陽聚變釋放的核能
D．輕核聚變與重核裂變相比，聚變更為安全、清潔，廢物數(shù)量少
【答案】CD
【解析】要使輕核發(fā)生聚變，原子核必須克服巨大的庫侖斥力，使原子核的距離達到10－15m以內(nèi)，從而使核力起作用，故A錯誤；1度電表示的電能為該反應(yīng)堆連續(xù)5秒產(chǎn)生的能量為這些能量顯然不能為一個普通中國家庭提供大約一年的用電，故B錯誤；現(xiàn)在地球上消耗的能量，追根溯源，絕大部分來自太陽聚變釋放的核能，故C正確；輕核聚變與重核裂變相比，聚變更為安全、清潔，廢物數(shù)量少，故D正確。故選CD。
【變式7-2】（多選）我國自主三代核電“華龍一號”的每臺機組每年發(fā)電量約為，相當(dāng)于減排二氧化碳816萬噸，對助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標(biāo)具有重要意義。下列說法正確的是（）
A．該機組利用的是輕核聚變釋放的能量發(fā)電
B．該機組每年發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為0.3kg
C．“華龍一號”反應(yīng)堆中可能存在的核反應(yīng)
D．“華龍一號”反應(yīng)堆需要用鎘棒吸收中子控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度
【答案】CD
【解析】由題知該機組利用的是重核裂變釋放的能量發(fā)電，A錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程可知每年虧損的質(zhì)量，B錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，用中子轟擊的核反應(yīng)可能為，C正確；在“華龍一號”反應(yīng)堆中，當(dāng)反應(yīng)速度過快時，用鎘棒吸收過多的中子，以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，D正確。故選CD。
【變式7-3】近日，中央廣播電視總臺發(fā)布2021年度國內(nèi)十大科技新聞，中國“人造太陽”創(chuàng)億度百秒世界新紀(jì)錄位列之首，人造太陽基于核聚變的原理，則下列說法正確的是（）
A．核聚變又叫熱核反應(yīng)，反應(yīng)一旦發(fā)生，不再需要外界能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應(yīng)繼續(xù)下去
B．目前核能發(fā)電是利用核聚變
C．是一種核聚變反應(yīng)
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)量增加
【答案】A
【解析】核聚變又叫熱核反應(yīng)，反應(yīng)一旦發(fā)生，不再需要外界能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應(yīng)繼續(xù)下去，故A正確；目前核能發(fā)電是利用核裂變，故B錯誤；是原子核的人工轉(zhuǎn)變，故C錯誤；聚變反應(yīng)釋放核能，存在質(zhì)量虧損，即反應(yīng)后質(zhì)量減少，故D錯誤。故選A。
【題型8 綜合問題】
【例8】（多選）下列四幅圖涉及到不同的物理知識，其中說法正確的是（）
A．圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子
B．圖乙：用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能
C．圖丙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的
D．圖?。簻穼O通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)
【答案】 BC
【解析】盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，A錯誤；用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，裂變反應(yīng)會釋放出巨大的核能，B正確；玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的， C正確；湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子有一定結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，D錯誤。故選BC。
【變式8-1】下列說法中錯誤的是( )
A．若氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
B．核泄漏事故污染物eq \\al(137, 55)Cs能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為eq \\al(137, 55)Cs→eq \\al(137, 56)Ba＋X，可以判斷X為電子
C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就一定失去一個電子
D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
答案 C
解析根據(jù)玻爾理論可知，氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光子的能量大于氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光子的能量，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，若氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程式eq \\al(137, 55)Cs→eq \\al(137, 56)Ba＋X中，X的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為：Z＝55－56＝－1，所以X為電子，故B正確；β衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故C錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知，質(zhì)子和中子結(jié)合成α粒子，核反應(yīng)方程為2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He，釋放的能量是ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2，故D正確．
【變式8-2】下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖所示，其中說法正確的是（）
A．甲圖中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，C處觀察不到閃光點
B．圖乙中用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能
C．圖丙中處于n=3能級的一個氫原子向低能級躍遷，最多可以放出3種頻率的光
D．丁圖中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明鋅板原來一定帶正電
【答案】 D
【解析】甲圖是盧瑟福α粒子散射實驗，α粒子與金箔撞擊后，絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子發(fā)生較大程度的偏轉(zhuǎn)，甚至是反向，所以在C處也能看到少量的閃光點，故A錯誤；
B．圖乙是中子轟擊原子核發(fā)生裂變反應(yīng)，不是聚變反應(yīng)，故B錯誤；一個處于n=3能級的氫原子發(fā)生躍遷時，可以從能級3躍遷到能級2，釋放出一種光子，接著再從能級2躍遷到能級1，再釋放出另一種光子，所以一個處于n=3能級的氫原子躍遷時最多只能放出2種不同頻率的光子，故C錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從鋅板表面逸出，會使鋅板會帶上正電。如果用弧光燈照射原本就帶電的鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器張角變大時，說明鋅板所帶電荷量增加，因此說明鋅板原來一定帶正電，故D正確。故選D。
【變式8-3】隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進了人們對原子、原子核的認識，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是( )
A．盧瑟福α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)
B．天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子
C．輕核聚變反應(yīng)方程有：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
D．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級和從n＝2能級躍遷到n＝1能級，前者躍遷輻射出的光子波長比后者的長
答案 C
解析盧瑟福的α粒子散射實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)模型，沒有涉及原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)，A錯誤；天然放射現(xiàn)象只說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，原子核內(nèi)部沒有電子，衰變產(chǎn)生的電子，是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子和電子，電子釋放出來，B錯誤；輕核聚變方程電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，C正確；氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級和從n＝2能級躍遷到n＝1能級，前者輻射的光子能量大，即光子的頻率大，則前者輻射的光子波長比后者短，D錯誤．

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