第五章 原子核（易错59题18大考点） -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 聚焦原子核18大考点59题，以放射性现象→核反应规律→能量转化→应用拓展为逻辑主线，通过选择、填空、计算等多元题型构建完整知识网络。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |天然放射现象|2题|概念辨析题|通过现象揭示原子核可分性，建立物质观念| |α/β衰变|9题|方程书写与计算题|基于电荷守恒与质量数守恒，培养科学推理能力| |结合能与质能方程|7题|定量分析题|从质量亏损到能量计算，深化能量观念| |裂变与聚变|11题|综合应用题|联系实际能源问题，体现科学态度与社会责任|

第五章 原子核（易错59题18大考点）（解析版） 一．天然放射现象的发现及意义（共2小题） 二．α、β、γ射线的本质及特点（共4小题） 三．核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系（共3小题） 四．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 五．β衰变的特点、本质及方程（共4小题） 六．计算α和β衰变的次数（共3小题） 七．半衰期的相关计算（共4小题） 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共4小题） 九．人工核反应（共2小题） 十．核力与四种基本相互作用（共2小题） 十一．结合能与比结合能的概念及物理意义（共3小题） 十二．结合能（比结合）与核能的相关判断和计算（共4小题） 十三．爱因斯坦质能方程的应用（共5小题） 十四．重核的裂变及反应条件（共3小题） 十五．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共2小题） 十六．轻核的聚变及反应条件（共3小题） 十七．轻核聚变的应用（共3小题） 十八．“基本”粒子（共3小题） 一．天然放射现象的发现及意义（共2小题） 1．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 D．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 【答案】D 【解答】解：A、光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误； B、α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故B错误； C、原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故C错误； D、天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α射线或β射线，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，故D正确； 故选：D。 2．（多选）以下关于物理现象的说法中，正确的是（　　） A．示踪原子利用的是元素同位素的放射性 B．医院用彩超检查病人血管血流、心脏跳动等情况，其原理是多普勒效应 C．人们用紫外线消毒依靠的是紫外线明显的热效应 D．海市蜃楼涉及到光的全反射现象 【答案】ABD 【解答】解：A、放射性同位素示踪是利用放射性同位素及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质即能够发生衰变，故放射性同位素可以作为示踪原子，故A正确； B、医院里用于检测的彩超的原理是：向病人体内发射超声波，经血液反射后被接收，测出反射波的频率变化，就可知血液的流速。是应用了多普勒效应，故B正确； C、红外线的热效应显著，可以利用红外线的热效应对物体进行烘干，利用紫外线消毒是紫外线的化学作用，故C错误； D、海市蜃楼是由于光的折射和全反射而产生的，故D正确。 故选：ABD。 二．α、β、γ射线的本质及特点（共4小题） 3．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（　　） A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 B．大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时能够辐射出6种频率的光子 C．a光子能量比b光子的能量大 D．氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 【答案】C 【解答】解：A、因为γ射线是氢原子核变化时辐射的能量，因此不会辐射γ射线。故A错误。 B、大量的氢原子从n＝4的能级向基态跃迁时，会释放6种光子，那么从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时释放的种类小于6种，故B错误。 C、从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光子能量大于从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光子能量，则a光的频率大于b光的频率，则a光子能量比b光子的能量大。故C正确。 D、氢原子在n＝2能级时，吸收的能量需大于等于3.4eV，才能发生电离。故D错误。 故选：C。 4．电磁波在生活中有很多应用。下列举的四个应用中的电磁波频率由低到高排序正确的是（　　） ①紫外线照射钞票，钞票会发出荧光，来识别真伪钞； ②X射线透视人体，检查人体内的病变和骨骼情况； ③人们通过无线电波能方便收听广播和收看电视； ④遥控器发射的红外线脉冲信号可以控制电视机、空调。 A．③④①② B．④③②① C．①②③④ D．③④②① 【答案】A 【解答】解：电磁波家族中，频率由低到高排序有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等； 由上可知，故A正确，BCD错误； 故选：A。 5．（多选）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B．工业上利用γ射线检查金属部件内部有无砂眼或裂缝 C．机场在进行安检时，用紫外线来探测行李箱内的物品 D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强 【答案】BD 【解答】解：A、在医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，并不是X射线，故A错误； B、γ射线具有较强的穿透性；故工业上利用γ射线检查金属内部有无沙眼，故B正确； C、X射线有较强的穿透能力，用来进行人体透视，也可用于机场检查箱内的物品，故C错误； D、红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线波长较长，衍射能力较强，故D正确。 故选：BD。 6．如图所示，三个带电量相等的粒子在匀强电场中的部分径迹分别是Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，它们进入磁场时具有相等且和磁场垂直的初速。由图可知，径迹Ⅰ表示粒子 　正　 电，径迹 　Ⅲ　 的粒子荷质比最大。 【答案】正；Ⅲ 【解答】解：分析可知，径迹I向左偏转，根据左手定则可知，该粒子带正电； 根据洛伦兹力提供向心力可知，r，半径大的荷质比小，故径迹Ⅲ的半径小，荷质比最大。 故答案为：正，Ⅲ。 三．核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系（共3小题） 7．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在．一个静止原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面说法中正确的是（　　） A．母核的质量数大于子核的质量数 B．母核的电荷数小于子核的电荷数 C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能小于中微子的动能 【答案】D 【解答】解：AB、该过程的核反应方程式为Ae→ B+v（中微子），因此根据核反应中质量数和电荷数守恒，可以判断母核的质量数等于子核的质量数，母核的电荷数大于子核的电荷数。故A错误，B也错误。 C、原子核（称为母核）俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误。 D、根据EK 和题中中微子的质量很小的信息可以知道子核的动能小于中微子的动能。故D正确。 故选：D。 8．如果原子X是原子P的同位素，而且它们分别发生了如下的衰变，则下列说法正确的是（　　） XYZ PQR． A．X的质量数和P的相同 B．Y的质子数比Q的质子数多 C．X的中子数和P的相同 D．Z和R的同位素 【答案】D 【解答】解：A、同位素是指质子数相同（核电荷数相同）而质量数不同的同一类元素，故A错误； B、P经过β衰变，Q原子序数增加1，而X经过α衰变，YD的原子序数减少2，故Y的质子数比Q的质子数少，故B错误； C、同位素是指质子数相同（核电荷数相同）而质量数不同的同一类元素，中子数不同，故C错误； D、根据α、β衰变实质可知，XP各经历一次α和β衰变，生成的Z与R的质子数相同，是同位素，故D正确； 故选：D。 9．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后的质子H轰击静止的X，生成两个He．上述核反应方程中的X核的质子数为 　3　 ，中子数为 　4　 ． 【答案】3；4 【解答】解：该核反应的方程式为： HX→He． 根据质量数守恒和电荷数守恒进行配平，得： A＝7，Z＝3，A﹣Z＝4 即X核的质子数为3，中子数为4． 故答案为：3；4 四．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 10．在匀强磁场中有一个静止的镭核（Ra）发生了α衰变，产生新核氡（Rn）。放射出的α粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．衰变过程电荷量和质量均守恒 B．衰变后氡核的动量大小与α粒子的动量大小相等 C．氡核做匀速圆周运动的轨道与α粒子做匀速圆周运动的轨道内切 D．氡核做匀速圆周运动的轨道半径与α粒子做匀速圆周运动的轨道半径相等 【答案】B 【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒可得衰变方程，并不是质量守恒，故A错误； B、依据动量守恒定律，则衰变后氡核的动量大小与α粒子的动量大小相等，故B正确； C、氡核及α粒子做匀速圆周运动的轨迹如图所示，故C错误； D、衰变前后动量守恒，即氡核与α粒子的质量与速度的乘积相等，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m 得到：r，所以它们的轨道半径不相等，故D错误； 故选：B。 11．目前，在家庭装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，这些放射性元素衰变时可能会放出α、β或γ射线，对人的健康产生影响。为了鉴别放射性元素释放射线的种类，现使它们进入图示匀强磁场，三种射线在磁场中的偏转情况如图所示，则（　　） A．射线1是α射线 B．射线2是β射线 C．射线2是中子流 D．射线3是原子核外的电子形成的电子流 【答案】A 【解答】解：A、由图示可知，射线1所示洛伦兹力向右，由左手定则可知，射线1带正电，则射线1是α射线，故A正确； BC、由图示可知，射线2不是洛伦兹力作用，该射线不带电，是γ射线，不是β射线，故BC错误； D、由图示可知，射线3受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，该射线带负电，是β射线， β射线是原子核中的一个中子转变为一个质子同时放出的一个电子，β射线不是来自核外电子， 即射线3不是原子核外的电子形成的电子流，故D错误； 故选：A。 12．（多选）儿童生长发育时期测量体内含锌量是体格检查的重要内容之一，比较简单的一种检测方法是取儿童的头发约50g，放在核反应堆中经中子轰击后，头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的同位素锌，其核反应方程式为Znn→Zn，Zn衰变放射出能量为1115eV的γ射线，通过测定γ射线的强度可以计算出头发中锌的含量。关于以上叙述，下列说法正确的是（　　） A．Zn比Zn多一个中子 B．γ射线在真空中传播的速度是3.0×108m/s C．γ射线是由锌原子的内层电子受到激发而产生的 D．核反应Znn→Zn属于衰变 【答案】AB 【解答】解：A、质量数＝质子数+中子数，Zn与Zn，质量数不同，质子数相同，因此Zn比Zn多一个中子，故A正确； BC、γ射线是在α、β衰变过程中释放出来的，它是电磁波，以光速传播，因此其在真空中传播的速度是3.0×108m/s，故B正确，C错误； D、核反应Znn→Zn，不属于衰变，而属于人工转变的，故D错误。 故选：AB。 13．（多选）C发生放射性衰变为N，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内C与C的比例不变；生命活动结束后，C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．该古木的年代距今约为11400年 B．C、C、C具有相同的中子数 C．C衰变为N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速C的衰变 【答案】AC 【解答】解：A、设原来C的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有：M＝M0（）n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n＝2，所以死亡时间为：11400年，故A正确； B、12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数。故B错误； C、14C衰变为14N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线。故C正确； D、放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故D错误。 故选：AC。 14．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡．氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中．氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉．氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素．静止的氡核Rn放出一个粒子x后变成钋核Po，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子x的动能．试回答以下问题： ①写出上述衰变的核反应方程（请用物理学上规定的符号表示粒子x）； ②求粒子x的动能Ek2． 【解答】解：①氡核Rn放出某种粒子x后变成钋核Po可以判断发生的是α衰变，衰变方程为： Rn→Po ②设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子x的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律，有： 0＝m1v1﹣m2v2 粒子x的动能： 答：①上述衰变的核反应方程为：Rn→Po； ②粒子x的动能Ek2为． 五．β衰变的特点、本质及方程（共4小题） 15．Ba是铀核核裂变的产物之一，仍有放射性，其发生β衰变的方程是Ba→Lae。已知Ba核的质量为m1，La核的质量为m2，电子的质量为m3，质子的质量为m4，中子的质量为m5，光速为c，则Ba的比结合能可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解答】解：爱因斯坦质能方程中的质量亏损是核反应前后所有质子、电子、中子总的质量和之差，所以释放的总能量为，一共有141个核子，所以比结合能为，故D正确，ABC错误。 故选：D。 16．如图所示是原子核Ra发生α衰变的能级图，Ra经α衰变直接变至Rn基态，或者衰变至一个激发态Rn*，然后通过释放一个光子衰变至Rn基态。若Ra发生α衰变前是静止的，则（　　） A．Ra原子核的比结合能大于Rn原子核的比结合能 B．α粒子的动能小于原子核Rn的动能 C．Ra的质量大于Rn与α粒子质量之和 D．激发态Rn*释放光子至Rn基态的衰变是β衰变 【答案】C 【解答】解：A、比结合能越大，原子核越稳定，故原子核更稳定。原子核衰变时，原子核的比结合能大于原子核的比结合能，故A错误； B、设的反冲速度大小为v，α粒子的速度是v′， 以反冲核速度方向为正，由动量守恒定律得：0＝Mv﹣mv′ 变形后有：Mv＝mv′ 根据动能的表达式： 由于的质量大于α粒子的质量，则衰变后的动能小于α粒子的动能，故B错误； C、由于发生α衰变时要伴随释放一定的能量，由质能方程可知，的质量大于与α粒子质量之和，故C正确； D、激发态释放光子至基态不是β衰变，故D错误。 故选：C。 17．（多选）重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列（从开始到稳定的为止）、Th232系列、U235系列及Np237系列（从开始到稳定的为止），其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237后才发现的，下面的说法正确的是（　　） A．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1（n等于正整数） B．从到，共发生6次α衰变和2次β衰变 C．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短 D．U235系列发生的衰变反应可以用来制作原子弹 【答案】AC 【解答】解：A、Np237的质量数为4×49+1，每发生1次α衰变，Np的质量数减少4，每发生1次β衰变，Np的质量数不变，所以Np系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1（n为正整数），故A正确； B、根据质量数守恒有：237﹣209＝4×7，知发生了7次α衰变，根据电荷数守恒有：93﹣83＝2×7﹣4，知发生了4次β衰变，故B错误； C、Np237系列中所有放射性同位素在地球生成时应该是存在的，但由于它们的半衰期都比较短，经过漫长的岁月已经不存在了，故C正确； D、原子弹是利用U235的裂变而释放能量的，并不是衰变，故D错误。 故选：AC。 18．某些建筑材料可产生放射性气体﹣﹣氡，氡可以发生α或β衰变．原来静止的氡核（Rn）发生一次α衰变生成新核钋（Po）．取氡核的质量mRn＝222.0176u，钋核的质量mPo＝218.0090u，α粒子的质量mα＝4.0026u，已知1u相当于931.5MeV． （1）写出衰变的核反应方程； （2）该衰变反应中释放出的核能；（保留两位有效数字） 【解答】解：（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为： Rn→PoHe； （2）该核衰变反应中质量亏损为： Δm＝222.0176u﹣218.0090u﹣4.0026u＝0.006u， 根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能为： ΔE＝Δm•c2＝0.006×931.5＝5.589MeV≈5.6MeV； 答：（1）衰变反应方程为：Rn→PoHe； （2）该核衰变反应中释放出的核能为5.6MeV． 六．计算α和β衰变的次数（共3小题） 19．关于近代物理内容的叙述正确的是（　　） A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领比γ射线强 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量 C．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少6个 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核 【答案】B 【解答】解：A、β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故A错误； B、光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外，还具有动量。故B正确。 C、经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过两次β衰变，质量数不变，电荷数多2，则整个过程中电荷数不变，质量数少4，所以中子数少4．故C错误。 D、半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用。故D错误。 故选：B。 20．（多选）在匀强磁场中，一个静止的氡核Rn 发生一次α衰变后变成Po核，假设放出的α粒子的速度方向与磁场方向垂直，则下列说法正确的是（　　） A．Po核与α粒子在磁场中的运动轨迹为外切圆 B．Po核的动能是α粒子动能的 倍 C．Po核的轨迹半径是α粒子轨迹半径的 倍 D．若α粒子在磁场中运动的周期为T，则Po核与α粒子两次相遇的时间间隔为84T 【答案】ABC 【解答】解：A、原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变后两粒子速度方向相反，衰变后两原子核都带正电，由左手定则可知，两原子核所受洛伦兹力方向相反，两原子核做圆周运动的运动轨迹相外切，故A正确； B、设每个核子的质量为m，原子核衰变过程系统动量守恒，以α粒子速度方向为正方向，由动量守恒定律得：4mvα﹣218mvPo＝0 解得：vαvPo， Po核与α粒子动能之比：，则Po核的动能是α粒子动能的 倍，故B正确； C、衰变后两原子核都在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m 解得：r， 两原子核的轨道半径之比：，故C正确； D、原子核在磁场中做圆周运动的周期：T 两原子核周期之比：， 若α粒子在磁场中运动的周期为T，则Po核与α粒子两次相遇的时间间隔为T，故D错误； 故选：ABC。 21．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．用m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。 （1）放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该放射性原子核α衰变的核反应方程。 （2）设该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m 【解答】解：（1）根据质量数与核电荷数守恒可知，反应方程为：X→YHe； （2）原子核在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 由牛顿第二定律得：qvB＝m，解得：v， 设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒， 以α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：Mv′﹣mv＝0， 解得：v′， 由爱因斯坦质能方程得：△mc2Mv′2mv2， 解得：△m； 答：（1该放射性原子核α衰变的核反应方程为：X→YHe。 （2）衰变过程的质量亏损△m为。 七．半衰期的相关计算（共4小题） 22．关于原子和原子核的知识，下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定 B．铯原子核（）的结合能一定小于铅原子核（）的结合能 C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天，就只剩下一个 D．U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短 【答案】B 【解答】解：A、原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，故A错误； B、原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故原子核核子数越少，结合能越小，铯原子核的核子数少，所以铯原子核的结合能一定小于铅原子核的结合能，故B正确； C、半衰期是对大量原子核的统计规律，对于单个或者少数是不成立的，故C错误； D、半衰期由原子核本身决定，与外界环境无关，不会随温度的改变而改变，故D错误； 故选：B。 23．2025年3月中国无锡一家科技企业宣布成功研发出全球首款基于碳﹣14的核电池，其设计寿命超过1000年。已知碳﹣14的半衰期为5730年，碳﹣14的衰变方程为→X，下列说法正确的是（　　） A．原子核的中子数为14 B．1000个碳﹣14原子核经过5730年后还剩500个 C．改变温度和压强，其半衰期也会变化 D．该衰变为β衰变 【答案】D 【解答】解：A、原子核的质量数为14，有7个质子和7个中子，故A错误； B、半衰期是半数原子核发生衰变的时间，半数原子核是大量原子核，1000个碳﹣14原子核属于少量原子核，其衰变时间具有不确定性，经过5730年后不一定还剩500个，故B错误； C、半衰变不受外界环境温度和压强影响，故改变温度和压强，其半衰期不会变化，故C错误； D、根据衰变前后质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，所以该衰变是β衰变，故D正确。 故选：D。 24．（多选）核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程Pu→XHe+γ，下列有关说法正确的是（　　） A．X原子核中含有143个中子 B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个 C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程中总质量增加 D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 【答案】AD 【解答】解：A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143．故A正确。 B、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用。故B错误。 C、由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mC2，衰变过程总质量减小。故C错误。 D、衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力。故D正确。 故选：AD。 25．已知Th（钍核）的半衰期是24天，α衰变后生成新原子核Ra（镭）。完成以下两个问题： （1）写出钍核的衰变方程； （2）2g钍经过96天后还剩多少？ 【解答】解：（1）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒得钍核的衰变方程为：Th→RaHe （2）已知钍234的半衰期是24天，经过96天后，发生4个半衰期，所以2g钍经过4个半衰期后还剩质量为：m＝（）4m0g＝0.125g 答：（1）钍核的衰变方程为Th→RaHe； （2）2g钍经过96天后还剩0.125g。 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共4小题） 26．下列说法正确的是（　　） A．U→Th+X中X为中子，核反应类型为β衰变 B．HH→He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变 C．Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变 D．NHe→O+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变 【答案】C 【解答】解：A、核反应方程U→Th He，放出的是α粒子，这是α衰变，故A错误； B、HH→He+Y中Y为中子，核反应类型为轻核聚变，故B错误； C、裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子和的过程，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变的核反应可能为Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变，故C正确； D、核反应方程：NHe→O+Z是人工核反应方程，不是轻核聚变，故D错误； 故选：C。 27．下列说法正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．核反应方程NaHe→XMg中，X为H，该反应为α衰变 C．阴极射线可以在电场和磁场中偏转的现象，表明其本质是一种带电粒子流 D．用紫光照射某金属板能产生光电子，则用红光照射该金属板也一定能产生光电子 【答案】C 【解答】解：A、原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，组成原子核的核子越多，结合能越大，比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，故A错误。 B、核反应过程中，质量数和电荷数守恒，则X为H，该反应为人工核反应，不是α衰变，故B错误。 C、汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定其本质是带负电的粒子流，故C正确。 D、光电效应的产生条件是入射光的频率大于金属的极限频率，用紫光照射某金属板能产生光电子，用红光照射该金属板不一定能产生光电子，故D错误。 故选：C。 28．（多选）2017年11月17日，“中国核潜艇之父”黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列说法中正确的是（　　） A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，重核裂变反应前后一定有质量亏损 B．NHe→OH是原子核的人工转变 C．Un→XeSrn 式中x＝3 D．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 【答案】AB 【解答】解：A、核电站是利用核裂变释放的核能来发电的，依据质能方程可知，重核裂变反应前后一定有质量亏损，向外辐射能量，故A正确； B、卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变核反应，核反应方程为：→，故B正确； C、依据质量数与质子数守恒，可得x＝2，故C错误； D、结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。 故选：AB。 29．我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（Mg）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为Mg→Ne+2H+γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求： （1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ； （2）γ光子的动量大小p。 【解答】解：（1）根据质量数守恒，知氖核的质量数A＝22﹣2×1＝20 根据电荷数守恒，知氖核的电荷数Z＝12﹣2×1＝10 氖核的物质波波长 其中氖核的动量PNa＝m1v1 解得氖核的物质波波长为： （2）取氖核的速度方向为正方向，根据核反应中动量寸恒，有m1v1+2m2（﹣v2）﹣p＝0 解得：p＝m1v1﹣2m2v2 答：（1）氖核的质量数A为20，氖核的电荷数Z为10，物质波波长为。 （2）γ光子的动量大小p为m1v1﹣2m2v2。 九．人工核反应（共2小题） 30．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为HeN→XY．以下判断正确的是（　　） A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0 【答案】B 【解答】解：核反应过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒，由质量数和电荷数守恒得：4+14＝m+1，2+7＝8+n，解得：m＝17，n＝1，故B正确，ACD错误。 故选：B。 31．（多选）在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是（　　） A．玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象 B．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大 C．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 D．铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化 E．查德威克发现了中子，其核反应方程为：BeHe→Cn 【答案】ABE 【解答】解：A、玻尔理论成功地解释了氢原子的光谱现象。故A正确。 B、氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大。故B正确。 C、β射线是原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子，电子释放出来。故C错误。 D、半衰期的大小与温度无关，由原子核内部因素决定。故D错误。 E、查德威克通过α粒子轰击铍核发现了中子，核反应方程为：BeHe→Cn．故E正确。 故选：ABE。 十．核力与四种基本相互作用（共2小题） 32．关于原子物理知识方面，下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 B．盖革﹣米勒计数器不仅能用来计数，还能区分射线的种类 C．质子、中子、电子都参与强相互作用 D．原子中电子的坐标没有确定的值，只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率 【答案】D 【解答】解： A、随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故A错误； B、盖革﹣米勒计数器仅能用来计数，不能区分射线的种类，故B错误； C、质子、中子都参与强相互作用，而电子却不能参与强相互作用，故C错误； D、氢原子核外电子的轨道是量子化的，结合测不准原理可知，电子的轨道是测不准的，其轨道只能是在一定的范围内出现的概率的大小，即电子云，故D正确； 故选：D。 33．（多选）下列说法正确的是（　　） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫假设法 B．我们所学的概念，诸如平均速度，瞬时速度以及加速度等，是伽利略首先建立起来的 C．根据速度定义式v，当Δt极短时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了物理的极限法 D．自然界的四个基本相互作用是：万有引力、电磁相互作用、弹力、强相互作用 【答案】BC 【解答】解：A、用质点来代替物体的方法叫等效替代法，故A错误； B、伽利略首先建立起来的平均速度，瞬时速度以及加速度等概念，故B正确； C、瞬时速度的定义应用了物理的极限法，故C正确； D、自然界的四个基本相互作用是：万有引力、电磁相互作用、强相互作、弱相互作用，故D错误； 故选：BC。 十一．结合能与比结合能的概念及物理意义（共3小题） 34．已知氘（H）核的质量为mD，质子（H）的质量为mp，中子（n）的质量为mn，光速为c，则氘核的比结合能为（　　） A．（mp+mn﹣mD）c2 B．（mp+mn﹣mD）c2 C．mDc2 D．mDc2 【答案】A 【解答】解：一个质子和一个中子结合成一个氘核，其方程为：→，由题意可知，其质量亏损Δm＝（mp+mn﹣mD），则该反应释放的总能量ΔE＝Δm•c2＝（mp+mn﹣mD）•c2，所以平均每个核子释放的能量，即比结合能为•（mp+mn﹣mD）•c2，故A正确，BCD错误。 故选：A。 35．已知锶90的半衰期为28年，其衰变方程为Sr→Y+X，Y是一种非常稳定的元素，关于上述衰变过程，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为质子 B．Sr的比结合能小于Y的比结合能 C．此反应的实质是Sr原子发生电离 D．经过84年，会有的锶90发生衰变 【答案】B 【解答】解：A、根据质量数和电荷数守恒，可知X为电子，故A错误； B、衰变反应是释放能量反应，由于衰变产物是一种更稳定的元素，可知其比结合能大于的比结合能，故B正确； C、β衰变的实质是原子核内部的一个中子转变为质子，同时释放出一个电子，故C错误； D、根据半衰期公式，经过84年即3个半衰期还剩下的锶90没有发生衰变，即会有的锶90发生衰变，故D错误。 故选：B。 36．（多选）关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，则其比结合能就越大 B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定 D．重原子核发生α衰变过程中，衰变产物的结合能之和一定小于原重核的结合能 【答案】BC 【解答】解：A、原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量；比结合能等于结合能与核子数之比，故A错误； B、原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故B正确； C、原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故C正确； D、重原子核发生α衰变过程中，衰变产物的结合能之和一定大于原重核的结合能，故D错误； 故选：BC。 十二．结合能（比结合）与核能的相关判断和计算（共4小题） 37．下列说法不正确的是（　　） A．甲图是核反应堆示意图，它是通过可控的链式反应实现核能的释放，核反应产生的快中子需要镉棒进行减速 B．乙图是光电流与电压的关系图，由图可知a、c两束光的频率相等且小于b光的频率 C．丙图是原子核的比结合能曲线，由图可知不同原子核的比结合能是不一样的，中等大小的核比结合能最大，这些核最稳定 D．丁图是β衰变的本质，β衰变一次质量数不变 【答案】A 【解答】解：A、链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代持续下去的过程，镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，而不是减慢中子的速度，故A错误； B、根据光电效应方程eUc＝hν﹣W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，乙图中a、c两束光的遏止电压相等且小于b光的遏止电压，则a、c两束光的频率相等且小于b光的频率，故B正确； C、比结合能决定了原子核的稳定程度，不同原子核的比结合能不同，中等大小的核比结合能最大，这些核最稳定，故C正确； D、丁图是中子的转化示意图，中子转化成一个质子和一个电子，电子的质量数为0，所以β衰变一次质量数不变，故D正确。 本题选不正确的，故选：A。 38．近代物理和技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明与进步．关于近代物理知识下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．某些原子核能够放射出β粒子，说明原子核内有β粒子 C．核泄漏污染物铯Cs能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为Cs→Ba+X，X为中子 D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应 【答案】D 【解答】解：A、原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误； B、原子核能够放射出β粒子，是由于原子核内发生β衰变，其中的中子转化为质子而放出的电子，不是原子核内有β粒子，故B错误； C、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程式Cs→Ba+X中，可以判断X的质量数为0，电荷数为Z＝55﹣56＝﹣1，所以X为电子，故C错误； D、根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时减小的能量大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时减小的能量.所以氢原子从n＝6能级向n＝I能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光的能量。根据光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故D正确。 故选：D。 39．（多选）已知氘核的平均结合能是1.09MeV，质量为m1，氚核的平均结合能是2.78MeV，质量为m2，氦核的平均结合能是7.03MeV，质量为m3，中子的质量为m4，在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是（　　） A．这个核反应质量亏损为Δm＝m1+m2﹣m3 B．核反应方程为HH→Hen C．核反应过程中释放的核能是17.6 MeV D．目前核电站都采用上述核反应发电 【答案】BC 【解答】解：A、根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为HH→Hen，依据质量亏损定义，则有：Δm＝m1+m2﹣m3﹣m4，故A错误； B、1个氘核和1个氚核结合生成1个氮核，根据质量数与质子数守恒知同时有一个中子生成，反应方程为HH→Hen．故B正确； C、氘核的比结合能是1.09MeV，氚核的比结合能是2.78MeV，氦核的比结合能是7.03MeV，根据能量守恒定律可知，核反应过程中释放的核能是：4×7.03﹣2×1.09﹣3×2.78＝17.6 MeV．故C正确。 D、1个氘核和1个氚核结合生成1个氮核及一个中子，这是聚变反应，而目前核电站都采用核裂变发电。故D错误； 故选：BC。 40．发生α衰变时，其衰变方程为：，光在真空中的传播速度为c＝3×108m/s，e＝1.6×10﹣19C。 （1）求一次衰变过程中亏损的质量（保留2位有效数字）； （2）若开始处于静止状态，衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和钍核的动能，求放出的α粒子的动能（单位用MeV表示，保留2位有效数字）； （3）若和的比结合能分别是1.38MeV和1.50MeV，求的比结合能。 【解答】解：（1）由衰变方程可知，一次衰变释放的核能为：ΔE＝55MeV＝55×106×1.6×10﹣19J＝8.8×10﹣12J 由爱因斯坦质能方程可得：ΔE＝Δmc2 解得亏损的质量为：Δm＝9.8×10﹣29kg （2）衰变过程满足动量守恒，可知α粒子和钍核的动量等大反向。 动能与动量的关系为： 可得： 依题意可得：Ekα+EkTh＝释放的核能ΔE＝55MeV 解得：Ekα＝54MeV （3）设 和的比结合能分别是E1和E2，的比结合能为E3。根据结合能与比结合能的定义可得： 4E3+228E2﹣232E1＝ΔE＝55MeV 已知：E1＝1.38MeV，E2＝1.50MeV 解得：E3＝8.29MeV 答：（1）一次衰变过程中亏损的质量为9.8×10﹣29kg； （2）放出的α粒子的动能为54MeV； （3）的比结合能为8.29MeV。 十三．爱因斯坦质能方程的应用（共5小题） 41．太阳内部核反应的主要形式为H→Hee，已知H和He的质量分别为1.0078u和4.0026u，1u相当于931MeV的能量，忽略电子的质量，太阳平均每秒损失的质量为4.22×109kg，电子电荷量e＝1.6×10﹣19C，光在真空中速度c＝3.0×108m/s。假设太阳损失的质量全部源自上述核反应，下列判断正确的是（　　） A．一次核反应的质量亏损为0.0286u B．一次核反应释放的能量约为26.6J C．太阳每秒释放的能量约为3.8×1038J D．太阳内部平均每秒减少的个数约为5.85×1039 【答案】A 【解答】解：A、一次核反应的质量亏损为：Δm＝44×1.0078u﹣4.0026u＝0.0286u，故A正确； B、一次核反应释放的能量约为：ΔE＝Δmc2＝0.0286×931MeV≈26.6MeV＝26.6×106×1.6×10﹣19J≈4.26×10﹣12J，故B错误； C、根据题意可知，由爱因斯坦质能方程得到，太阳每秒释放的能量约为：E＝mc2＝4.22×109×（3×108）2J＝3.8×1026J，故C错误； D、太阳内部平均每秒减少的个数约为：n个＝3.57×1038个，故D错误。 故选：A。 42．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（X）发生了一次α衰变，放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中圆周运动的半径为RYR C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm 【答案】A 【解答】解：A、由动量守恒可知衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反，所以在磁场中运动的轨迹圆外切，根据qvB＝m可得：R，可知α粒子半径大，由左手可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，故A错误； B、由R可知，新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY，故B正确； C、圆周运动的周期为T，环形电流为I，故C正确； D、对α粒子由洛伦兹力提供向心力qvB＝m可得：v，由质量关系可知衰变后新核Y质量为M， 由衰变过程中动量守恒可得Mv′﹣mv＝0可知v′，系统增加的能量为ΔEMv′2mv2， 由质能方程可得ΔE＝Δmc2，联立解得衰变过程中的质量亏损为Δm，故D正确； 本题选不正确的， 故选：A。 43．（多选）中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2个氘核聚变成3He，被称为人造太阳，已知氘核的质量为2.013u，中子质量为1.0087u，3He的质量为3.015u，质子的质量为1.0078u，α粒子的质量为4.0026u，1uc2＝931MeV，则（　　） A．该核反应中产生的新粒子为中子 B．该核反应中产生的新粒子为质子 C．该核反应中释放出的核能为2.14MeV D．该核反应中释放出的核能为4.10 MeV 【答案】AC 【解答】解：AB、根据质量数守恒和核电荷数守恒知，聚变的核反应方程为：HH→ He n，故A正确，B错误； CD、核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2mD﹣（mHe+mn）＝2×2.013u﹣（3.015u+1.0087u）＝0.0023u释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝0.0023uc2＝0.0023×931MeV＝2.1413MeV，故C正确，D错误； 故选：AC。 44．核发生β衰变的方程是。已知核的质量为m1，核的质量为m2，电子的质量为m3，质子的质量为m4，中子的质量为m5，真空中的光速为c，求： （1）该衰变过程中释放的核能； （2）的结合能和比结合能。 【解答】解：（1）衰变过程的质量亏损：Δm＝m1﹣m2﹣m3 根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2 可得： （2）根据ΔE＝Δmc2 可得的结合能为： 整理得到： 所以的比结合能为： 答：（1）该衰变过程中释放的核能为； （2）的结合能和比结合能为。 45．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求： （1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？ （2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。 【解答】解：（1）、这一核反应中，质量亏损：Δm＝mN+mHe﹣mO﹣mp＝14.00753+4.00387﹣17.00454﹣1.00815＝﹣0.00129u 由质能方程，则有ΔE＝Δm c2＝﹣0.00129×931＝﹣1.2MeV 故这一核反应是吸收能量的反应，其能量为1.20MeV （2）、根据动量守恒定律，则有：mHe v0＝mH vH+mOvO 又：vO：vH＝1：50 解得：vO＝1.8×106m/s 答：（1）这一核反应是吸收能量，相应的能量变化为1.2MeV； （2）氧核的速度大小1.8×106m/s。 十四．重核的裂变及反应条件（共3小题） 46．我国第四代反应堆——钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。在相关中企发布熔盐反应堆驱动的巨型集装箱船的设计方案之后，钍基熔盐核反应堆被很多人认为是中国下一代核动力航母的理想动力。钍基熔盐核反应堆的核反应方程式主要包括两个主要的核反应，其中一个是：Un→BaKrn。已知Ba、U、Kr、n的质量分别为是141.9134u、233.0154u、88.9059u、1.0087u，根据质能方程，1u物质相当于931MeV的能量。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的 x＝56，y＝88 B．一个U核裂变放出的核能约为196.36MeV C．核裂变放出一个光子，若该光子撞击一个粒子后动量大小变小，则波长会变长 D．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电 【答案】C 【解答】解：A.根据质量数守恒和电荷数守恒配平方程。左边质量数为233（铀）+1（中子）＝234，电荷数为92（铀）。右边Ba的质量数为142，Kr的质量数y，中子数为3，故142+y+3＝234 代入数据得y＝89 电荷数守恒；92＝x（Ba的电荷数）+36（Kr的电荷数） 代入数据得x＝56，故A错误； B.铀233和中子总质量为233.0154u+1.0087u，反应后Ba142、Kr86和3个中子总质量为141.9134u+88.9059u+3×1.0087u，则 Δm＝（233.0154+1.0087）u﹣（141.9134+88.9059+3×1.0087）u 代入数据得ΔE≈166.3697MeV，故B错误； C.光子动量，若动量减小，波长λ增大，故C正确； D.核反应堆通过核裂变将核能转化为热能，再经机械能转化为电能，并非直接转换，故D错误。 故选：C。 47．（多选）关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是（　　） A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 B．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 C．我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能 D．一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，则该反应中释放的核能约为6.24Mev（1u＝﹣931.5Mev） 【答案】BD 【解答】解：A、由核聚变的条件可知，发生核聚变时不需要达到临界体积；故A错误； B、发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能。故B正确。 C、核电站采用的是核裂变来释放原子核能，目前的核电站均采用核裂变，聚变的应用尚在试验阶段，故C错误； D、根据电荷数守恒、质量数守恒得，Hn→H 该核反应中质量亏损Δm＝1.0073u+2×1.0087u﹣3.0180u＝0.0067u， 则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0067×931MeV＝6.24Mev．故D正确； 故选：BD。 48．在核裂变中的重核受到慢中子的轰击可以发生裂变。因此需要给快中子减速。轻水、重水和石墨等常用作减速剂。计算发现重水的减速效果最好。中子在重水中可与计H核碰撞减速。 （1）若一个速度为v质子俘获一个和它速度的大小相等，方向相反的中子生成H核的过程可简化为完全非弹性碰撞模型。列式计算生成的H核的速度是多少？ （2）某反应堆中速度为v0的快中子与静止的H核发生对心正碰可简化为弹性碰撞模型。求碰撞后中子的速度。 【解答】解：（1）设质子、中子的质量均为m，则H核的质量为2m。 取碰撞前质子的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得mv﹣mv＝2mv′ 解得生成的H核的速度为：v′＝0 （2）取碰撞前中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律和机械能守恒定律得：mv0＝mvn+2mvH。 mv02mvn22mvH2。 联立解得碰撞后中子的速度为：vn，负号表示速度方向与碰撞前中子的速度方向相反 答：（1）生成的H核的速度是0。 （2）碰撞后中子的速度大小，方向与碰撞前中子的速度方向相反。 十五．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共2小题） 49．2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　） A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能 C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 【答案】C 【解答】解：A、核反应堆是利用核裂变产生核能的，太阳是利用核聚变产生核能的。故A正确； B、蒸汽发生器是通过热传递的方式改变水的内能的，故B正确； C、汽轮机是热机，使用时将内能转化为机械能的装置，故C错误； D、闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，这是电磁感应现象，是发电机的工作原理，故D正确。 选不正确的，故选：C。 50．（多选）“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放（如图所示），核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子．碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则（　　） A．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的 C．经过一次碰撞，中子失去的动能为 D．在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层是用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 【答案】ACD 【解答】解：A、链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代持续下去的过程，故A正确； B、核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，故B错误； C、取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒有：mv0＝mv1+12mv2 依据能量守恒有： 联立可得： 所以中子损失的动能为：ΔEk，故C正确； D、水泥防护层作用是屏蔽裂变产物的射线，故D正确。 故选：ACD。 十六．轻核的聚变及反应条件（共3小题） 51．利用与的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月球土壤中蕴藏丰富的资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义。该核反应可表示为→X，若、和的质量分别为m1、m2、m3，设聚变过程中释放的核能都转化为γ光子的能量，下列说法正确的是（　　） A．反应产物X为电子 B．该反应释放的核能ΔE＜（m1+m2﹣m3）c2 C．γ光子的波长 D．轻核聚变与重核裂变相比产能效率更低 【答案】B 【解答】解：A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为Z＝2+1﹣2＝1，质量数为M＝3+2﹣4＝1，可知X为质子，故A错误； B、根据爱因斯坦质能方程得该反应释放的核能ΔE＝（m1+m2﹣m3﹣mX）c2＜（m1+m2﹣m3）c2，故B正确； C、据题，聚变过程中释放的核能都转化为γ光子的能量，则ΔE＝hγ，得λ，故C错误； D、根据教材上研究结果可知，轻核聚变的比结合能比重核裂变的比结合能大，则轻核聚变与重核裂变相比产能效率更高，故D错误。 故选：B。 52．（多选）下列关于近代物理知识描述正确的是（　　） A．在光电效应实验中，入射光频率越大，则光电子的最大初动能越大、饱和光电流越大 B．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小 C．氢原子吸收光子从基态跃迁到激发态，该过程中氢原子核外电子轨道半径变大，动能变大 D．聚变又叫热核反应，太阳就是一个巨大的热核反应堆 【答案】BD 【解答】解：A、由爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hγ﹣W0，照射同种材料，入射光频率变大时，W0不变，Ekm变大，但饱和光电流由入射光的强度决定，入射光频率大，入射光的强度不一定强，饱和光电流不一定大，故A错误； B、卢瑟福就是借助α粒子的散射实验，发现了原子的核式结构，并估算了原子核的大小，故B正确； C、氢原子吸收光子，核外电子从基态跃迁到激发态，核外电子所处的轨道半径变大，但电子轨道半径大的地方，线速度小，电子动能小，故C错误； D、核聚变需要在极高的温度、压强条件下才能发生，所以核聚变又叫热核反应，太阳释放的热量来自于太阳内部的核聚变，太阳就是一个巨大的热核反应堆，故D正确。 故选：BD。 53．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。求： （1）若1g氢完全聚变，能释放多少能量？ （2）1g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？（已知煤的燃烧值q＝3.36×107J/kg，氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u，电子的质量为0.000549u，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV，结果均保留3位有效数字） 【解答】解：（1）核反应方程为：4H→He+2e 所以质量亏损为Δm＝4mH﹣mHe﹣2me＝4×1.008142u﹣4.001509u﹣2×0.000549u＝0.029961u ΔE＝Δmc2＝0.029961uc2＝0.029961×931.5MeV≈27.91MeV＝4.47×10﹣12J 1g氢完全聚变释放的能量为E＝nΔE＝（6.02×1023）×4.47×10﹣12J≈6.73×1011J （2）1g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量为： mkg≈2.00×104kg 答：（1）1g氢完全聚变，能释放6.73×1011J能量。 （2）1g氢完全聚变，释放的能量相当于2.00×104kg煤完全燃烧放出的热能。 十七．轻核聚变的应用（共3小题） 54．2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）再次创造新的世界纪录，实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为（　　） A．→e B．e→ C．→3 D．→ 【答案】A 【解答】解：A、根据核聚变反应的特点，可知人造太阳的核聚变是氘核和氚核的核聚变反应，选项中符合质量数和核电荷数守恒，故A正确； B、该方程是发现质子的核反应，故B错误； C、此方程为俘获慢中子发生的裂变反应，故C错误； D、此反应为发生α衰变的方程，故D错误。 故选：A。 55．（多选）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　） A．“人造太阳”的核反应方程是→Hen B．“人造太阳”的核反应方程是Un→BaKrn C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 【答案】AC 【解答】解：AB、人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，其方程为→Hen，而B选项是核裂变反应，故A正确，B错误。 CD、核聚变过程中出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝ΔmC2可求出核反应释放的能量，故C正确，D错误。 故选：AC。 56．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） （1）写出该反应的核反应方程。 （2）若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为0.37MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 【解答】解：（1）两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，则该反应的核反应方程为→ （2）设反应后氦3和中子的速度大小分别为v1和v2。 两个氘核碰撞和核反应过程动量守恒，则碰撞前，两个氘核总动量为0，则碰撞后氦3和中子总动量为0，取碰撞后氦3的速度方向为正方向，由动量守恒定律有3mv1﹣mv2＝0 核反应释放的能量为ΔE＝Δmc2＝（2×2.0136﹣1.0087﹣3.0150）×931.5MeV＝3.26MeV 根据能量守恒有3ΔE+2Ek0 其中Ek0＝0.37MeV 反应后氦3动能Ek13 解得：Ek1＝1.0MeV 中子的动能Ek2＝ΔE+2Ek0﹣Ek1＝（3.26+2×0.37﹣1.0）MeV＝3.0MeV 答：（1）该反应的核反应方程为→； （2）反应后氦3和中子的动能分别为1.0MeV、3.0MeV。 十八．“基本”粒子（共3小题） 57．放射性物质已经广泛应用于工农业生产中，对放射性的应用，下列说法不正确的是（　　） A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射 B．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置 D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 【答案】A 【解答】解：A、在大剂量的照射下，放射性对人体和动物存在着某种损害作用。放射性也能损伤剂量单位遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害，故A错误； B、放射性的废料仍然有放射性，故对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理，故B正确； C、放射性会向各个方向放射射线，故射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置，故C正确； D、放射性废物中的放射性物质，采用一般的物理、化学及生物学的方法都不能将其消灭或破坏，只有通过放射性核素的自身衰变才能使放射性衰减到一定的水平。而许多放射性元素的半衰期十分长，并且衰变的产物又是新的放射性元素，所以放射性废物与其它废物相比在处理和处置上有许多不同之处；故对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的，故D正确； 本题选错误的，故选：A。 58．（多选）已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π﹣ u d 带电量 +e ﹣e e e e e 下列说法正确的是（　　） A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成 【答案】ABD 【解答】解：A、分析题中表格，由题意可知，π+介子带正电，电荷量为元电荷的电量，由u和组成，故A正确； B、π﹣介子带负电，电荷量为元电荷的电量，由d和组成，故B正确； C、质子带正电，电荷量为元电荷的电量，如果由2个d和1个u组成，则不带电，故C错误； D、中子不带电，由2个d和1个u组成，故D正确。 故选：ABD。 59．粒子物理中标准模型理论认为：中子由三个夸克组成，一个上夸克（u）、两个下夸克（d）如图中等边三角形所示。已知：下夸克带负电，电荷量为，e为元电荷1.6×10﹣19C，夸克间距离为L＝0.8×10﹣15m，静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2，夸克可视为点电荷．求： （1）上夸克所带电荷性质以及电荷量； （2）两个下夸克间的库仑力大小； （3）两个下夸克在上夸克处形成的场强大小。（保留一位有效数字） 【解答】解：（1）中子不带电，由电荷守恒定律可知，上夸克带正电，电荷量为； （2）由库仑定律得：F 代入数据解得：F＝40N （3）两个下夸克在上夸克处的场强合成如图所示， 某个下夸克在上夸克处场强E1 两个下夸克在上夸克处场强E＝2E1cos30° 代入数据解得：E＝1×1021N/C 答：（1）上夸克所带电荷为正、电荷量为； （2）两个下夸克间的库仑力大小为40N； （3）两个下夸克在上夸克处形成的场强大小1×1021N/C。 学科网（北京）股份有限公司1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 原子核（易错59题18大考点）（原卷版） 一．天然放射现象的发现及意义（共2小题） 二．α、β、γ射线的本质及特点（共4小题） 三．核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系（共3小题） 四．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 五．β衰变的特点、本质及方程（共4小题） 六．计算α和β衰变的次数（共3小题） 七．半衰期的相关计算（共4小题） 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共4小题） 九．人工核反应（共2小题） 十．核力与四种基本相互作用（共2小题） 十一．结合能与比结合能的概念及物理意义（共3小题） 十二．结合能（比结合）与核能的相关判断和计算（共4小题） 十三．爱因斯坦质能方程的应用（共5小题） 十四．重核的裂变及反应条件（共3小题） 十五．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共2小题） 十六．轻核的聚变及反应条件（共3小题） 十七．轻核聚变的应用（共3小题） 十八．“基本”粒子（共3小题） 一．天然放射现象的发现及意义（共2小题） 1．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（　　） A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象 B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象 C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象 D．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象 2．（多选）以下关于物理现象的说法中，正确的是（　　） A．示踪原子利用的是元素同位素的放射性 B．医院用彩超检查病人血管血流、心脏跳动等情况，其原理是多普勒效应 C．人们用紫外线消毒依靠的是紫外线明显的热效应 D．海市蜃楼涉及到光的全反射现象 二．α、β、γ射线的本质及特点（共4小题） 3．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（　　） A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 B．大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时能够辐射出6种频率的光子 C．a光子能量比b光子的能量大 D．氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 4．电磁波在生活中有很多应用。下列举的四个应用中的电磁波频率由低到高排序正确的是（　　） ①紫外线照射钞票，钞票会发出荧光，来识别真伪钞； ②X射线透视人体，检查人体内的病变和骨骼情况； ③人们通过无线电波能方便收听广播和收看电视； ④遥控器发射的红外线脉冲信号可以控制电视机、空调。 A．③④①② B．④③②① C．①②③④ D．③④②① 5．（多选）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B．工业上利用γ射线检查金属部件内部有无砂眼或裂缝 C．机场在进行安检时，用紫外线来探测行李箱内的物品 D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强 6．如图所示，三个带电量相等的粒子在匀强电场中的部分径迹分别是Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，它们进入磁场时具有相等且和磁场垂直的初速。由图可知，径迹Ⅰ表示粒子 　 　 电，径迹 　 　 的粒子荷质比最大。 三．核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系（共3小题） 7．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在．一个静止原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面说法中正确的是（　　） A．母核的质量数大于子核的质量数 B．母核的电荷数小于子核的电荷数 C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能小于中微子的动能 8．如果原子X是原子P的同位素，而且它们分别发生了如下的衰变，则下列说法正确的是（　　） XYZ PQR． A．X的质量数和P的相同 B．Y的质子数比Q的质子数多 C．X的中子数和P的相同 D．Z和R的同位素 9．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后的质子H轰击静止的X，生成两个He．上述核反应方程中的X核的质子数为 　 　 ，中子数为 　 　 ． 四．α衰变的特点、本质及方程（共5小题） 10．在匀强磁场中有一个静止的镭核（Ra）发生了α衰变，产生新核氡（Rn）。放射出的α粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．衰变过程电荷量和质量均守恒 B．衰变后氡核的动量大小与α粒子的动量大小相等 C．氡核做匀速圆周运动的轨道与α粒子做匀速圆周运动的轨道内切 D．氡核做匀速圆周运动的轨道半径与α粒子做匀速圆周运动的轨道半径相等 11．目前，在家庭装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，这些放射性元素衰变时可能会放出α、β或γ射线，对人的健康产生影响。为了鉴别放射性元素释放射线的种类，现使它们进入图示匀强磁场，三种射线在磁场中的偏转情况如图所示，则（　　） A．射线1是α射线 B．射线2是β射线 C．射线2是中子流 D．射线3是原子核外的电子形成的电子流 12．（多选）儿童生长发育时期测量体内含锌量是体格检查的重要内容之一，比较简单的一种检测方法是取儿童的头发约50g，放在核反应堆中经中子轰击后，头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的同位素锌，其核反应方程式为Znn→Zn，Zn衰变放射出能量为1115eV的γ射线，通过测定γ射线的强度可以计算出头发中锌的含量。关于以上叙述，下列说法正确的是（　　） A．Zn比Zn多一个中子 B．γ射线在真空中传播的速度是3.0×108m/s C．γ射线是由锌原子的内层电子受到激发而产生的 D．核反应Znn→Zn属于衰变 13．（多选）C发生放射性衰变为N，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内C与C的比例不变；生命活动结束后，C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．该古木的年代距今约为11400年 B．C、C、C具有相同的中子数 C．C衰变为N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速C的衰变 14．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡．氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中．氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉．氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素．静止的氡核Rn放出一个粒子x后变成钋核Po，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子x的动能．试回答以下问题： ①写出上述衰变的核反应方程（请用物理学上规定的符号表示粒子x）； ②求粒子x的动能Ek2． 五．β衰变的特点、本质及方程（共4小题） 15．Ba是铀核核裂变的产物之一，仍有放射性，其发生β衰变的方程是Ba→Lae。已知Ba核的质量为m1，La核的质量为m2，电子的质量为m3，质子的质量为m4，中子的质量为m5，光速为c，则Ba的比结合能可表示为（　　） A． B． C． D． 16．如图所示是原子核Ra发生α衰变的能级图，Ra经α衰变直接变至Rn基态，或者衰变至一个激发态Rn*，然后通过释放一个光子衰变至Rn基态。若Ra发生α衰变前是静止的，则（　　） A．Ra原子核的比结合能大于Rn原子核的比结合能 B．α粒子的动能小于原子核Rn的动能 C．Ra的质量大于Rn与α粒子质量之和 D．激发态Rn*释放光子至Rn基态的衰变是β衰变 17．（多选）重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列（从开始到稳定的为止）、Th232系列、U235系列及Np237系列（从开始到稳定的为止），其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237后才发现的，下面的说法正确的是（　　） A．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1（n等于正整数） B．从到，共发生6次α衰变和2次β衰变 C．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短 D．U235系列发生的衰变反应可以用来制作原子弹 18．某些建筑材料可产生放射性气体﹣﹣氡，氡可以发生α或β衰变．原来静止的氡核（Rn）发生一次α衰变生成新核钋（Po）．取氡核的质量mRn＝222.0176u，钋核的质量mPo＝218.0090u，α粒子的质量mα＝4.0026u，已知1u相当于931.5MeV． （1）写出衰变的核反应方程； （2）该衰变反应中释放出的核能；（保留两位有效数字） 六．计算α和β衰变的次数（共3小题） 19．关于近代物理内容的叙述正确的是（　　） A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领比γ射线强 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量 C．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少6个 D．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核 20．（多选）在匀强磁场中，一个静止的氡核Rn 发生一次α衰变后变成Po核，假设放出的α粒子的速度方向与磁场方向垂直，则下列说法正确的是（　　） A．Po核与α粒子在磁场中的运动轨迹为外切圆 B．Po核的动能是α粒子动能的 倍 C．Po核的轨迹半径是α粒子轨迹半径的 倍 D．若α粒子在磁场中运动的周期为T，则Po核与α粒子两次相遇的时间间隔为84T 21．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．用m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。 （1）放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该放射性原子核α衰变的核反应方程。 （2）设该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m 七．半衰期的相关计算（共4小题） 22．关于原子和原子核的知识，下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定 B．铯原子核（）的结合能一定小于铅原子核（）的结合能 C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天，就只剩下一个 D．U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短 23．2025年3月中国无锡一家科技企业宣布成功研发出全球首款基于碳﹣14的核电池，其设计寿命超过1000年。已知碳﹣14的半衰期为5730年，碳﹣14的衰变方程为→X，下列说法正确的是（　　） A．原子核的中子数为14 B．1000个碳﹣14原子核经过5730年后还剩500个 C．改变温度和压强，其半衰期也会变化 D．该衰变为β衰变 24．（多选）核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程Pu→XHe+γ，下列有关说法正确的是（　　） A．X原子核中含有143个中子 B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个 C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程中总质量增加 D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 25．已知Th（钍核）的半衰期是24天，α衰变后生成新原子核Ra（镭）。完成以下两个问题： （1）写出钍核的衰变方程； （2）2g钍经过96天后还剩多少？ 八．核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子（共4小题） 26．下列说法正确的是（　　） A．U→Th+X中X为中子，核反应类型为β衰变 B．HH→He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变 C．Un→XeSr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变 D．NHe→O+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变 27．下列说法正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．核反应方程NaHe→XMg中，X为H，该反应为α衰变 C．阴极射线可以在电场和磁场中偏转的现象，表明其本质是一种带电粒子流 D．用紫光照射某金属板能产生光电子，则用红光照射该金属板也一定能产生光电子 28．（多选）2017年11月17日，“中国核潜艇之父”黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列说法中正确的是（　　） A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，重核裂变反应前后一定有质量亏损 B．NHe→OH是原子核的人工转变 C．Un→XeSrn 式中x＝3 D．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 29．我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（Mg）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为Mg→Ne+2H+γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求： （1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ； （2）γ光子的动量大小p。 九．人工核反应（共2小题） 30．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为HeN→XY．以下判断正确的是（　　） A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0 31．（多选）在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是（　　） A．玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象 B．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大 C．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 D．铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化 E．查德威克发现了中子，其核反应方程为：BeHe→Cn 十．核力与四种基本相互作用（共2小题） 32．关于原子物理知识方面，下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 B．盖革﹣米勒计数器不仅能用来计数，还能区分射线的种类 C．质子、中子、电子都参与强相互作用 D．原子中电子的坐标没有确定的值，只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率 33．（多选）下列说法正确的是（　　） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫假设法 B．我们所学的概念，诸如平均速度，瞬时速度以及加速度等，是伽利略首先建立起来的 C．根据速度定义式v，当Δt极短时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了物理的极限法 D．自然界的四个基本相互作用是：万有引力、电磁相互作用、弹力、强相互作用 十一．结合能与比结合能的概念及物理意义（共3小题） 34．已知氘（H）核的质量为mD，质子（H）的质量为mp，中子（n）的质量为mn，光速为c，则氘核的比结合能为（　　） A．（mp+mn﹣mD）c2 B．（mp+mn﹣mD）c2 C．mDc2 D．mDc2 35．已知锶90的半衰期为28年，其衰变方程为Sr→Y+X，Y是一种非常稳定的元素，关于上述衰变过程，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为质子 B．Sr的比结合能小于Y的比结合能 C．此反应的实质是Sr原子发生电离 D．经过84年，会有的锶90发生衰变 36．（多选）关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，则其比结合能就越大 B．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定 D．重原子核发生α衰变过程中，衰变产物的结合能之和一定小于原重核的结合能 十二．结合能（比结合）与核能的相关判断和计算（共4小题） 37．下列说法不正确的是（　　） A．甲图是核反应堆示意图，它是通过可控的链式反应实现核能的释放，核反应产生的快中子需要镉棒进行减速 B．乙图是光电流与电压的关系图，由图可知a、c两束光的频率相等且小于b光的频率 C．丙图是原子核的比结合能曲线，由图可知不同原子核的比结合能是不一样的，中等大小的核比结合能最大，这些核最稳定 D．丁图是β衰变的本质，β衰变一次质量数不变 38．近代物理和技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明与进步．关于近代物理知识下列说法正确的是（　　） A．原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．某些原子核能够放射出β粒子，说明原子核内有β粒子 C．核泄漏污染物铯Cs能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为Cs→Ba+X，X为中子 D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应 39．（多选）已知氘核的平均结合能是1.09MeV，质量为m1，氚核的平均结合能是2.78MeV，质量为m2，氦核的平均结合能是7.03MeV，质量为m3，中子的质量为m4，在某次核反应中，1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核，则下列说法中正确的是（　　） A．这个核反应质量亏损为Δm＝m1+m2﹣m3 B．核反应方程为HH→Hen C．核反应过程中释放的核能是17.6 MeV D．目前核电站都采用上述核反应发电 40．发生α衰变时，其衰变方程为：，光在真空中的传播速度为c＝3×108m/s，e＝1.6×10﹣19C。 （1）求一次衰变过程中亏损的质量（保留2位有效数字）； （2）若开始处于静止状态，衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和钍核的动能，求放出的α粒子的动能（单位用MeV表示，保留2位有效数字）； （3）若和的比结合能分别是1.38MeV和1.50MeV，求的比结合能。 十三．爱因斯坦质能方程的应用（共5小题） 41．太阳内部核反应的主要形式为H→Hee，已知H和He的质量分别为1.0078u和4.0026u，1u相当于931MeV的能量，忽略电子的质量，太阳平均每秒损失的质量为4.22×109kg，电子电荷量e＝1.6×10﹣19C，光在真空中速度c＝3.0×108m/s。假设太阳损失的质量全部源自上述核反应，下列判断正确的是（　　） A．一次核反应的质量亏损为0.0286u B．一次核反应释放的能量约为26.6J C．太阳每秒释放的能量约为3.8×1038J D．太阳内部平均每秒减少的个数约为5.85×1039 42．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（X）发生了一次α衰变，放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中圆周运动的半径为RYR C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm 43．（多选）中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2个氘核聚变成3He，被称为人造太阳，已知氘核的质量为2.013u，中子质量为1.0087u，3He的质量为3.015u，质子的质量为1.0078u，α粒子的质量为4.0026u，1uc2＝931MeV，则（　　） A．该核反应中产生的新粒子为中子 B．该核反应中产生的新粒子为质子 C．该核反应中释放出的核能为2.14MeV D．该核反应中释放出的核能为4.10 MeV 44．核发生β衰变的方程是。已知核的质量为m1，核的质量为m2，电子的质量为m3，质子的质量为m4，中子的质量为m5，真空中的光速为c，求： （1）该衰变过程中释放的核能； （2）的结合能和比结合能。 45．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：NHe→OH．已知氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子（氢核）质量为mp＝1.00815u。（已知：1uc2＝931MeV，结果保留2位有效数字）求： （1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？ （2）若入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1：50．求氧核的速度大小。 十四．重核的裂变及反应条件（共3小题） 46．我国第四代反应堆——钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。在相关中企发布熔盐反应堆驱动的巨型集装箱船的设计方案之后，钍基熔盐核反应堆被很多人认为是中国下一代核动力航母的理想动力。钍基熔盐核反应堆的核反应方程式主要包括两个主要的核反应，其中一个是：Un→BaKrn。已知Ba、U、Kr、n的质量分别为是141.9134u、233.0154u、88.9059u、1.0087u，根据质能方程，1u物质相当于931MeV的能量。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中的 x＝56，y＝88 B．一个U核裂变放出的核能约为196.36MeV C．核裂变放出一个光子，若该光子撞击一个粒子后动量大小变小，则波长会变长 D．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电 47．（多选）关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是（　　） A．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 B．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 C．我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能 D．一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，则该反应中释放的核能约为6.24Mev（1u＝﹣931.5Mev） 48．在核裂变中的重核受到慢中子的轰击可以发生裂变。因此需要给快中子减速。轻水、重水和石墨等常用作减速剂。计算发现重水的减速效果最好。中子在重水中可与计H核碰撞减速。 （1）若一个速度为v质子俘获一个和它速度的大小相等，方向相反的中子生成H核的过程可简化为完全非弹性碰撞模型。列式计算生成的H核的速度是多少？ （2）某反应堆中速度为v0的快中子与静止的H核发生对心正碰可简化为弹性碰撞模型。求碰撞后中子的速度。 十五．重核裂变的应用（核电站与反应堆）（共2小题） 49．2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　） A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能 C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 50．（多选）“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放（如图所示），核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子．碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则（　　） A．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的 C．经过一次碰撞，中子失去的动能为 D．在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层是用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 十六．轻核的聚变及反应条件（共3小题） 51．利用与的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月球土壤中蕴藏丰富的资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义。该核反应可表示为→X，若、和的质量分别为m1、m2、m3，设聚变过程中释放的核能都转化为γ光子的能量，下列说法正确的是（　　） A．反应产物X为电子 B．该反应释放的核能ΔE＜（m1+m2﹣m3）c2 C．γ光子的波长 D．轻核聚变与重核裂变相比产能效率更低 52．（多选）下列关于近代物理知识描述正确的是（　　） A．在光电效应实验中，入射光频率越大，则光电子的最大初动能越大、饱和光电流越大 B．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小 C．氢原子吸收光子从基态跃迁到激发态，该过程中氢原子核外电子轨道半径变大，动能变大 D．聚变又叫热核反应，太阳就是一个巨大的热核反应堆 53．有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子。求： （1）若1g氢完全聚变，能释放多少能量？ （2）1g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？（已知煤的燃烧值q＝3.36×107J/kg，氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u，电子的质量为0.000549u，质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV，结果均保留3位有效数字） 十七．轻核聚变的应用（共3小题） 54．2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）再次创造新的世界纪录，实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为（　　） A．→e B．e→ C．→3 D．→ 55．（多选）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（　　） A．“人造太阳”的核反应方程是→Hen B．“人造太阳”的核反应方程是Un→BaKrn C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 56．2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。除了计算质量亏损外，的质量可以认为是中子的3倍。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字） （1）写出该反应的核反应方程。 （2）若两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成并放出一个中子，释放的核能也全部转化为核与中子的动能。反应前每个氘核的动能为0.37MeV，求反应后氦3和中子的动能分别为多少。 十八．“基本”粒子（共3小题） 57．放射性物质已经广泛应用于工农业生产中，对放射性的应用，下列说法不正确的是（　　） A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射 B．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置 D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 58．（多选）已知π+、π﹣介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，质子、中子都是由三个夸克组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。 π+ π﹣ u d 带电量 +e ﹣e e e e e 下列说法正确的是（　　） A．π+由u和组成 B．π﹣由d和组成 C．质子由2个d和1个u组成 D．中子由2个d和1个u组成 59．粒子物理中标准模型理论认为：中子由三个夸克组成，一个上夸克（u）、两个下夸克（d）如图中等边三角形所示。已知：下夸克带负电，电荷量为，e为元电荷1.6×10﹣19C，夸克间距离为L＝0.8×10﹣15m，静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2，夸克可视为点电荷．求： （1）上夸克所带电荷性质以及电荷量； （2）两个下夸克间的库仑力大小； （3）两个下夸克在上夸克处形成的场强大小。（保留一位有效数字） 学科网（北京）股份有限公司1 学科网（北京）股份有限公司 $