重难专题 核反应类型 动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用 专项练习-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 以守恒定律为核心，系统整合核反应类型判断、动量能量计算及质能方程应用的专项训练 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |知识基础|10题|核反应守恒（质量数/电荷数）、动量守恒、能量守恒|核反应类型（衰变/裂变/聚变）→守恒定律应用→基础计算| |能力提升|2题|质能方程（ΔE=Δmc²）、动量与动能关系（Ek=p²/2m）|综合守恒定律→质能转化→复杂情境能量分配，体现科学思维与能量观念|

重难专题　核反应类型　动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用 一、知识基础 1.氦元素的获得有几种途径,其中一种为H+XHeY,关于原子核X和电荷数Z,下列组合可能正确的是(　　) A.X为H,Z=0 B.X为H,Z=1 C.X为H,Z=0 D.X为H,Z=1 2.下列核反应属于核聚变的是(　　) AThPae BHeOH CHnHe DnXeSr+n 3.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一,下列关于核反应方程的说法正确的是(　　) A.衰变方程UTh+X中X是质子 B.核裂变反应方程nBaKr+n中b=3 C.核聚变反应方程HHe+n中a=2 D.衰变方程ThPa+Y中Y是中子 4.2023年8月24日13时,日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水含高达64种放射性元素,其中氚H)衰变过程中产生的电离辐射可损害DNA,是致癌的高危因素之一,半衰期为12.5年。其衰变方程为Hee+γ,下列说法正确的是(　　) A.衰变方程中x=2,y=3 B.γ是光子,其动量为零 C.秋冬气温逐渐变低时,氚的衰变速度会变慢 D.经过25年,氚将全部衰变结束 5.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),同时放出γ射线,核反应方程为Mg→Ne+H。则下列说法错误的是(　　) A.Z=10,A=20 B.γ射线具有很强的穿透本领 C.该反应属于核裂变 D.该反应一定释放能量 6.一个静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe,下列说法正确的是(　　) A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 7.一个不稳定的原子核质量为M,处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲,已知原子核反冲的动能为E0,则放出的粒子的动能为(　　) A. B.E0 C.E0 D.E0 8.静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po,α粒子的动能为Ekα,若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能,真空中的光速为c,则该核反应中的质量亏损为(　　) A. B.0 C. D. 9.静止的镭核Ra发生α衰变生成Rn,并释放γ光子,衰变方程为RaRnHe+γ。已知Ra、RnHe的质量分别为226.025 4 u、222.017 5 u、4.002 6 u。不计光子的动量和能量,1 u相当于931 MeV的能量,此衰变产生的α粒子的动能约为(　　) A.0.087 MeV B.1.67 MeV C.3.25 MeV D.4.85 MeV 10.铀原子核既可发生核衰变,也可发生核裂变。其核衰变方程为UTh+X,核裂变方程为U+n→YKr+n,设一个静止的铀核衰变时释放的核能ΔE全部转化为新核的动能,其中n、YKr的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c,下列叙述正确的是(　　) A.U发生的是α衰变,X的动能为ΔE B.若提高温度U的半衰期将会变小 C.Y原子核中含有56个中子 DU裂变时释放的能量为(2m2+m3+m4-m1)c2 二、能力提升 11.原子物理中常把碳12原子质量的叫作“原子质量单位”,用1 u表示(1 u=1.660 6×10-27 kg)。根据E=mc2可知:1 u相当于931.5 MeV的能量。静止的放射性元素钚Pu发生α衰变成为铀U。已知Pu、U和α粒子的质量分别为239.052 1 u、235.043 9 u和4.002 6 u。 (1)写出该核衰变方程; (2)若反应中释放出的核能全部转化为U和α粒子的动能,α粒子的动能为多少MeV?(结果保留2位有效数字) 12.已知氘核H的质量为2.013 6 u,中子n的质量为He核的质量为3.015 0 u。 (1)写出两个氘核聚变成He核的反应方程。 (2)计算上述核反应中释放的核能(1 u相当于931.5 MeV的能量)。 (3)若两个氘核H以相等的动能做对心碰撞(碰撞前后动量守恒)即可发生上述该反应,且释放的核能全部转化为机械能,求反应中生成的He核和中子n的动能之比。 参考答案 1.C　 解析 根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒可知,原子核X的质量数为3,则Y核的电荷数为0。故选C。 2.C　 解析 核聚变是指两个或多个轻核合并成一个较重的核的过程,释放出大量能量。选项C中,氘核和氚核发生反应生成氦核和中子,符合核聚变的定义。A选项为β衰变,B选项为原子核的人工转变方程,D选项属于重核裂变。故选C。 3.B　 解析 根据电荷数和质量数守恒可知,衰变方程Th+X中X为α粒子,A项错误;核裂变反应方程nBaKr+n中b=3,B项正确;核聚变反应方程HHe+n中a=1,C项错误;衰变方程Pa+Y中Y是电子,D项错误。 4.A　 解析 由电荷数与质量数守恒可得3=y+0,1=x+(-1),解得x=2,y=3,故A项正确;γ是光子,其动量不为零,故B项错误;半衰期由原子核内部因素决定,与原子核所处的物理环境和化学状态无关,故C项错误;半衰期是原子核发生半数衰变所需的时间,经过25年,即两个半衰期,剩余氚为原来的四分之一,并没有完全衰变完,故D项错误。 5.C　 解析 根据反应过程中满足质量数和电荷数守恒可知,Z=12-2×1=10,A=22-2×1=20,故A项正确,不满足题意要求;γ射线具有很强的穿透本领,故B项正确,不满足题意要求;核裂变是在中子的轰击下一个大核变成两个中核和多个中子,该反应不属于核裂变,故C项错误,满足题意要求;该反应存在质量亏损,一定释放能量,故D项正确,不满足题意要求。 6.B　 解析 静止的铀核在α衰变过程中,满足动量守恒,根据动量守恒定律得pTh+pα=0,即钍核的动量和α粒子的动量大小相等,方向相反,选项B正确;根据Ek=可知,选项A错误;半衰期是统计规律,对于一个原子核不适用,选项C错误;铀核在衰变过程中有一定的质量亏损,选项D错误。 7.A　 解析 核反应过程中系统动量守恒,以放出粒子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得p粒子-p原子核=0,原子核的动能E0=,粒子的动能E=,解得E=,故A项正确。 8.C　 解析 核反应过程中动量守恒,钋核与α粒子的动量大小相等,由p=可求出钋核动能EkPo=Ekα,ΔE=EkPo+Ekα=,根据ΔE=Δmc2可知C正确。 9.D　 解析 根据质能方程得ΔE=(226.025 4-222.017 5-4.002 6)×931 MeV=4.934 3 MeV,根据动量守恒定律与能量守恒定律有4mv-222mv'=0,ΔE=·4mv2+·222mv'2,解得·4mv2≈4.85 MeV,故选D。 10.A　 解析 根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒,可知X是HeU发生的是α衰变,衰变过程动量守恒,所以Th核与氦核动量大小相等,根据Ek=可知,则X的动能Ekα=ΔE,故A项正确;半衰期由核内部结构决定,与温度、压强等外界因素无关,故B项错误;Y的质量数为235+1-89-3=144,电荷数为92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y原子核中含有56个质子,则中子数为144-56=88,故C项错误;核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得E=(m1+m2-m3-m4-3m2)c2=(m1-m3-m4-2m2)c2,故D项错误。 11.(1PuUHe　(2)5.1 MeV 解析 (1)衰变过程中电荷数守恒、质量数守恒,根据题意可得衰变方程为PuUHe。 (2Pu在衰变过程中质量亏损Δm=mPu-mU-mα,代入数据,得Δm=0.005 6 u, 其产生的能量E=0.005 6×931.5 MeV=5.2 MeV, Pu衰变过程中动量守恒U和α粒子动量大小相等,方向相反,根据动量和动能的关系Ek=, 可得,根据题意,反应中释放出的核能全部转化为动能,则有Ekα=E 代入数据得Ekα=5.1 MeV。 12.(1HHen　(2)3.26 MeV　(3)1∶3 解析 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒,写出核反应方程为 HHen。 (2)反应过程中质量减少了 Δm=2×2.013 6u-1.008 7 u-3.015 0 u=0.003 5 u 反应过程中释放的核能为 ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV。 (3)设He和n的动量分别为p1和p2,由动量守恒定律得 0=p1+p2 由此得p1和p2大小相等,由动能和动量关系 Ek=mv2= 结合He和n的质量关系,得He的动能E1与中子的动能E2之比是。 学科网（北京）股份有限公司 $