高中物理选修3-5：《核反应方程及核能》含解析

《高中物理选修3-5：《核反应方程及核能》含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修3-5：《核反应方程及核能》含解析（14页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、24433222222222第六单元核反应方程及核能(时间：90 分钟，满分：100 分)一、选择题(本题共 12 小题，每小题 5 分，共 60 分在每小题给出的四个选项中，至 少有一个选项正确全部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，有错选或不答的得 0 分)1 一个氘核(1H) 与一个氚核 (31H) 发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损该聚变过程中( )A吸收能量，生成的新核是 He2C吸收能量，生成的新核是 He2B放出能量，生成的新核是 He2D放出能量，生成的新核是 He22为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将 2005 年定为“国际物理年”对于 爱因斯坦提

2、出的质能方程 Emc ，下列说法中不正确的是( )A Emc 表明物体具有的能量与其质量成正比B 根据 Emc 可以计算核反应中释放的核能C 一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损 DEmc 中的 E 是核反应中释放的核能3.如图所示是原子核的平均核子质量 A 与原子序数 Z 的关系图象，下列说法正确的是( )A 若 D、E 能结合成 F，结合过程一定要释放能量B 若 D、E 能结合成 F，结合过程一定要吸收能量C 若 C、B 能结合成 G，结合过程一定要释放能量D 若 F、C 能结合成 B，结合过程一定要释放能量4中子 n、质子 p、氘核 D 的质量分别为 m

3、 、m 、m .现用能量为 E 的 射线照射静n p D止的氘核使之分解，反应方程为 Dpn，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则 中子的动能是( )1A. (m m m )c E 2 D p n1C. (m m m )c E 2 D p n1B. (m m m )c E 2 p n D1D. (m m m )c E 2 p n D5中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m，相应的能量 Emc 2.2 MeV 是氘 核的结合能下列说法正确的是( )A用能量小于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子 B用能量等于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解

4、为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，194 12 14 4 17242402351 140 94 12352351 941D.235235235235 1 139 95123523511238 234 414 4 17 12 3 4 182 8202 41 1它们的动能之和为零D用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子， 它们的动能之和不为零6关于核反应或核衰变方程，下列说法正确的是( )A. Be He CX，符号“X”表示中子 B. N He OX，符号“X”

5、表示中子4 2 6 7 2 8C. Na Mg e 是裂变 11 12 1D. U n Xe Sr2 n 是聚变 92 0 54 38 07一个92U 在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 U nX92 0 38Sr2 n，则下列说法正确的是( )0A X 的原子核中含有 86 个中子B X 的原子核中含有 141 个核子C 因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少23592U 是天然放射性元素，它的半衰期约为 7 亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长8我国秦山核电站第三期工程中有两组 60 万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于92U 的裂变，现

6、有四种说法：U 原子核中有 92 个质子，143 个中子； 92 U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为 U n Xe 92 92 0 54 38Sr2 n；0U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度半衰期缩短； 92一个 U 裂变能放出 200 MeV 的能量，合 3.210 J. 92以上说法中完全正确的是( )A CB D9关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有 ( )A. U Th He 是 衰变 92 90 2C. H H He n 是轻核聚变 1 1 2 0B. N He O H 是 衰变 7 2 8 1D. Se Kr2 e 是重核裂

7、变 34 36 110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6 Hk Hed H2 n43.15 MeV1 2 1 0由平衡条件可知( )Ak1，d4 Ck1，d6Bk2，d2 Dk2，d311由我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克 EAST 核聚变实验装置被称 为“人造太阳”下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )223 4 12351 141 92 122323 127278488816232228A“人造太阳”的核反应方程式是 H H He n1 1 2 0B“人造太阳”

8、的核反应方程式是 U n Ba Kr3 n92 0 56 36 0C 根据公式 Emc 可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应 大得多D 根据公式 Emc 可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应 释放的能量相同12利用氦 3(2He)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：2 H He 1 2 0n3.26 MeV若有 2 g 氘全部发生聚变，则释放的能量是(N 为阿

9、伏加德罗常数)( )AA0.53.26 MeV C0.5N 3.26 MeVAB3.26 MeV DN 3.26 MeVA题号答案1 2 3 4 56 7 8 9 10 11 12二、非选择题(本题共 4 小题，共 40 分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要 的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单 位)13(8 分)(1)一质子束入射到静止靶核 Al 上，产生如下核反应：p AlXn.式中 p13 13代表质子，n 代表中子，X 代表核反应产生的新核由反应式可知，新核 X 的质子数为_， 中子数为_(2)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热

10、核反应，当温度达到 10 K 时，可以 发生“氦燃烧”完成“氦燃烧”的核反应方程： He_ Be.2 4 Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.610 416s一定质量的 Be，经 7.810 s4后，所剩8 4Be 占开始时的_14(10 分)一个静止的铀核 U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个 粒子(原子质量为924.002 6 u) 后衰变成钍核 Th(原子质量为 228.028 7 u) (已知原子质量单位 1 u 1.67109027kg，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量)(1) 写出铀核的衰变反应方程；(2) 算出该衰变反应中释放出的核能；(3) 若释放的

11、核能全部转化为新核的动能，则 粒子的动能为多少？3235 1 143 1 02727223 144222215(10 分)现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是： U n NdZr3 n892 0 60 0 1e(1) 核反应方程中的 是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷 数与质量数；(2) 已知铀(U)核的质量为 235.049 3 u，中子的质量为 1.008 7 u，钕(Nd)核质量为 142.9098 u，锆核质量为 89.904 7 u；又知 1 u1.660 610 能量是多少？kg，试计算 1 kg 铀 235 大约能产生的16.(12 分)为了验证爱因

12、斯坦质能方程 Emc，设计了下面的实验：用动能 E 0.91MeV 的质子去轰击静止的锂核 Li，生成两个 粒子，测得这两个 粒子的动能之和 E19.93MeV.(质子、锂 7 核、 粒子的质量分别是 1.007 3 u、7.016 0 u、4.001 5 u，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量)(1) 写出该核反应方程式；(2) 计算核反应过程中释放的能量 E；(3)通过计算说明 Emc的正确性参考答案与解析1081 【解析】选 B.聚变过程中存在质量亏损，应放出能量，由核反应 H H n1 1 0 He，可知新核为 He，B 对2 22 082 【解析】选 D.Emc 中的 E 表

13、示物体具有的总能量，m 表示物体的质量，A 说法正确；对于 Emc 表示的意义是当物体的能量增加或减小 E 时，它的质量也会相 应地增加或减少 m，B 说法正确；只有当出现质量亏损时，才能释放核能，C 说法正确； 公式 Emc 中，E 为质量为 m 的物体所对应的总能量，而非核反应中释放的能量，D 错误3 083 【解析】选 A.由 Emc 可知，释放能量时生成物比反应物质量小，反之4221402356191123 4 111 A则大根据图象可知，D、E 结合成 F，核子数不变，质量减少，释放能量，A 选项正确 4084 【解析】选 C.核反应过程中的质量亏损为mm m mD p n核反应过程

14、中释放的能量为Emc (m m m )cD p n质子和中子的总动能为 E EEk中子的动能是总动能的一半，故选项 C 是正确的5 085 【解析】选 AD.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小 于其结合能 2.2 MeV，故 A 对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由 动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不 为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于 2.2 MeV，故 D 对，B、C 错6 086 【解析】选 A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知 A 中的 X 表示中子，B 中 的 X 表示质子，故 A 正确，

15、B 错误；裂变是一个重原子分裂为两个或更多较轻原子核，并 在分裂时释放中子并伴随巨大能量释放的过程，故 C 中不是裂变反应，D 中是裂变反应，C、 D 错误故选 A.7 087 【解析】选 A.由核反应规律可知，X 是 Xe，X 中有 140 个核子、86 个中54子，A 项正确，B 项错误；裂变过程质量亏损，总质量数守恒，C 项错误；半衰期由核本身 的因素决定，与外界条件无关，D 项错误8088 【解析】选 D.由92U 的质量数和电荷数关系易知正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知正确；半衰期不受外界因素干扰，故错误；因为 200 MeV 20010 1.610 J3.210 J，所

16、以正确，故答案为 D.9 089 【解析】选 AC. 衰变是放射出氦核的天然放射现象，A 正确； 衰变是放 射出电子的天然放射现象，而 B 项是发现质子的原子核人工转变，故 B 错；C 项是轻核的 聚变，D 项是 衰变现象，故 C 对、D 错10 090 【解析】选 B.根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知2kd6 k2 解得 ，B 对4kd212 d211091 【解析】选 AC. H H He n 是氢核聚变方程，故 A 正确根据氢核聚1 1 2 0变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故 C 正确12092 【解析】选 C.2 g 氘含有的原子核个数为 N ，

17、全部发生聚变时，共发生 0.5NA次聚变，所以释放的能量为 0.5N 3.26 MeV，故 C 正确A13093 【解析】(1)从核反应发生时质量数和电荷数守恒入手Ap 为1H，n 为 n，则 0 ZX 中 Z113014，A271127，则中子数为 AZ271413.5848232228 4222Th232 228 4902324131 7 42(2)421He(或 ) (或 12.5%)1【答案】(1)14 13 (2) He 或 或 12.5%214094 【解析】(1) U Th He.92 90 2(2)质量亏损 mm m m 0.005 9 u.U ThEmc 0.005 9931

18、.5 MeV5.50 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和 粒子的动量大小相等，即 p (p )0Th p pTh EkThpTh2mThpE k 2mEkThE E ，所以 粒子获得的动能 E k km 228E 5.5 MeV5.41 m m 4228 ThMeV.【答案】(1) U Th He92 90 2(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV15095 【解析】(1)锆的电荷数 Z9260840，质量数 A23614690；核 反应方程中应用符号 Zr 表示40(2)1 kg 铀 235 的铀核个数为1 000N 6.0210 2.5610 个235不考虑核反应中生成的电子质量，

19、一个铀核反应发生的质量亏损为 m0.217 4 u. 1 kg 铀 235 完全裂变产生的能量约为E8.3210 J.【答案】(1)40 90 (2)8.321013J16096 【解析】(1)核反应方程为：H Li2 He1 3 2(2)核反应过程中的质量亏损m(1.007 37.016 024.001 5)u0.020 3 u.根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量E0.020 3931.5 MeV18.9 MeV.(3)由实验知反应前后系统增加的动能是EE (19.90.9) MeV19.0 MeV.1这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等，证明了方程 Emc 的是正确617 4【答案】(1) H Li2 He (2)18.9 MeV 1 3 2(3)见解析7