2014高三物理一輪復(fù)習(xí)核反應(yīng)和核能精

1、第3講核反應(yīng)和核能(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第227頁(yè))天然放射現(xiàn)象和衰變1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線(xiàn)的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(2)放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見(jiàn)的射線(xiàn)的性質(zhì)叫放射性具有放射性的元素叫放射性元素(3)三種射線(xiàn)：放射性元素放射出的射線(xiàn)共有三種，分別是射線(xiàn)、射線(xiàn)、射線(xiàn)(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類(lèi)，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害2原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱(chēng)為原子核

2、的衰變(2)分類(lèi)衰變：XYHe衰變：XYe(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)【針對(duì)訓(xùn)練】1(2012上海高考)與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的現(xiàn)象是()A電離現(xiàn)象B光電效應(yīng)現(xiàn)象C天然放射現(xiàn)象 D粒子散射現(xiàn)象【解析】與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的現(xiàn)象是天然放射現(xiàn)象，故C正確【答案】C核反應(yīng)和核能1.核反應(yīng)在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒2核力核子間的作用力核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用3核能核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核

3、子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱(chēng)核能4質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能Emc2.【針對(duì)訓(xùn)練】2(2012廣東高考)能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有()A.HHHen是核聚變反應(yīng)B.HHHen是衰變C.UnBaKr3n是核裂變反應(yīng)D.UnXeSr2n是衰變【解析】衰變時(shí)釋放出電子(e)，衰變時(shí)釋放出氦原子核(He)，可知選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；選項(xiàng)A中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項(xiàng)C中一個(gè)U 235原

4、子核吸收一個(gè)中子，生成一個(gè)Ba原子核和一個(gè)Kr原子核并釋放出三個(gè)中子是核裂變反應(yīng)【答案】AC(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第228頁(yè))衰變和半衰期1.原子核衰變規(guī)律衰變類(lèi)型衰變衰變衰變方程XYHeAZXYe衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體拋射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2H2nHenHe衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒2.對(duì)半衰期的理解(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余N原()t/，m余m原()t/式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子核數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，表示半衰期(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決

5、定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān)(1)90Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列衰變和衰變，變成82Pb(鉛)以下說(shuō)法正確的是()A鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B鉛核比釷核少16個(gè)中子C共經(jīng)過(guò)4次衰變和6次衰變D共經(jīng)過(guò)6次衰變和4次衰變圖1331(2)約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒子，這種粒子是_.P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)，1 mg P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖1331所示，請(qǐng)估算4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg?【解析】(1)設(shè)衰變次數(shù)為x，衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守

6、恒和電荷數(shù)守恒得2322084x90822xy，解得x6，y4，C錯(cuò)，D對(duì)鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A對(duì)鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B對(duì)(2)寫(xiě)出衰變方程PSie，故這種粒子為e(正電子)由mt圖象知P的半衰期為14天，由m余m原()得0.25 mg4 mg()，故t56天【答案】(1)ABD(2)e(正電子)56天核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)類(lèi)型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)92U90ThHe衰變自發(fā)90Th91Pa01e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?NHe8OH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBe6Cn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHePnPSi01e約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子重核

7、裂變比較容易進(jìn)行人工控制92Un56BaKr3n92Un54XeSr10n輕核聚變目前無(wú)法控制HHHen(1)核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫(xiě)核反應(yīng)方程(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)：A.HHHenB.UnXKr3nC.NaMgeD.HeBeCn(1)_是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，_是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，_是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程(2)求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)【解析】(1)人工轉(zhuǎn)變方程的特點(diǎn)是箭頭的左邊是氦核與常見(jiàn)元

8、素的原子核箭頭的右邊也是常見(jiàn)元素的原子核D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程(2)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為1445688.【答案】(1)DBA(2)質(zhì)量數(shù)為144，中子數(shù)為88核能的產(chǎn)生和計(jì)算1.獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂成為兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過(guò)程重核裂變的同時(shí)放出幾個(gè)中子，并釋放出大量核能為了使鈾235裂變時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于它的臨界體積(2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)釋放出大量的核能，要想使氘核和氚

9、核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬(wàn)度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)2核能的計(jì)算方法(1)應(yīng)用Emc2：先計(jì)算質(zhì)量虧損m，注意m的單位1 u1.661027 kg,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，u是原子質(zhì)量單位(2)核反應(yīng)遵守動(dòng)量守恒和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能根據(jù)Emc2計(jì)算核能時(shí)，若m以千克為單位，“c”代入3108_m/s，E的單位為“J”；若m以“u”為單位，則由1uc2931.5_MeV得Em931.5_MeV.(1)Th是不穩(wěn)定的，能自發(fā)的發(fā)生衰變完成Th衰變反應(yīng)方程ThPa_.Th衰變?yōu)镽n，經(jīng)過(guò)_次衰變，_次衰變(2)1919年，盧瑟福用

10、粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子科學(xué)研究表明其核反應(yīng)過(guò)程是：粒子轟擊靜止的氮核后形成了不穩(wěn)定的復(fù)核，復(fù)核發(fā)生衰變放出質(zhì)子，變成氧核設(shè)粒子質(zhì)量為m1，初速度為v0，氮核質(zhì)量為m2，質(zhì)子質(zhì)量為m0，氧核的質(zhì)量為m3，不考慮相對(duì)論效應(yīng)粒子轟擊氮核形成不穩(wěn)定復(fù)核的瞬間，復(fù)核的速度為多大？求此過(guò)程中釋放的核能【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，粒子為e.設(shè)發(fā)生n次衰變，m次衰變，則有2342224n,90862nm，解得n3，m2.(2)設(shè)復(fù)核的速度為v，由動(dòng)量守恒定律得m1v0(m1m2)v解得v.核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損mm1m2m0m3反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能Emc2(m1m2m0m3)c2.【答案】(1)e

11、32(2)v(m1m2m0m3)c2(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第229頁(yè))1(2012天津高考)下列說(shuō)法正確的是()A采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期B由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)放出光子C從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線(xiàn)良好的穿透能力D原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量【解析】放射性元素的半衰期與壓強(qiáng)、溫度以及它是單質(zhì)還是化合物無(wú)關(guān)，因此無(wú)法采用物理或化學(xué)方法改變放射性元素的半衰期，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)放出光子，選項(xiàng)B正確；遙感攝影是利用紅外線(xiàn)具有良好的衍射能力，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；核子結(jié)合成原子核時(shí)，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故原子核所含核

12、子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】B2圖1332甲是、三種射線(xiàn)穿透能力的示意圖，圖乙是工業(yè)上利用射線(xiàn)的穿透性來(lái)檢查金屬內(nèi)部傷痕的示意圖圖乙中檢查所利用的射線(xiàn)是()甲乙圖1332A射線(xiàn)B射線(xiàn)C射線(xiàn) D三種射線(xiàn)都可以【解析】射線(xiàn)的穿透能力足夠強(qiáng)，它能穿透薄金屬板故檢查金屬內(nèi)部傷痕所利用的射線(xiàn)是射線(xiàn)【答案】C3.U放射性衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而B(niǎo)i可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Ti，X和 Ti最后都變成Pb，衰變路徑如圖1333所示可知圖中()圖1333Aa82，b206B是衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C

13、是衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D.U可經(jīng)過(guò)若干次衰變都放出同一種粒子生成新的原子核Bi【解析】衰變的方程式：BiXe，為衰變，放出電子，選項(xiàng)B正確、A錯(cuò)誤；衰變的方程式為：BiTiHe，為衰變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；U需經(jīng)過(guò)8次衰變和6次衰變后可生成新核Pb，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】B4(2012重慶高考)以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程()xLi2y，yNxOyBezCx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A粒子 B質(zhì)子C中子 D電子【解析】第二、三個(gè)核反應(yīng)分別是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)方程，根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得，x、y、z分別是H、He、n，C正確【答案】C5(

14、2012福建高考)關(guān)于近代物理，下列說(shuō)法正確的是()A射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)的氦原子B核聚變反應(yīng)方程HHHen中，n表示質(zhì)子C從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率成正比D玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征【解析】射線(xiàn)是高速氦核流，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；n表示中子，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW0可知，光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率是一次函數(shù)關(guān)系，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)近代物理學(xué)史知，D項(xiàng)正確【答案】D6(2011重慶高考)核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放射線(xiàn)；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射射線(xiàn)下列

15、說(shuō)法正確的是()A碘131釋放的射線(xiàn)由氦核組成B銫137衰變時(shí)輻射出的光子能量小于可見(jiàn)光光子的能量C與銫137相比，碘131衰變更慢D銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)【解析】射線(xiàn)的本質(zhì)是電子，并非氦核，A項(xiàng)錯(cuò)；光子的頻率大于可見(jiàn)光光子的頻率，由h可知光子的能量大于可見(jiàn)光光子的能量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；半衰期越小表示元素衰變?cè)娇?，C項(xiàng)錯(cuò)；同位素含有相同的質(zhì)子數(shù)但中子數(shù)不同，故D項(xiàng)正確【答案】D7(2013屆寶雞模擬)太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是4HHe2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c.下

16、列說(shuō)法中正確的是()A方程中的X表示中子(n)B方程中的X表示電子(e)C這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損m4m1m2D這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能E(4m1m22m3)c2【解析】由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可推斷出X為e，A、B錯(cuò)；質(zhì)量虧損為m4m1m22m3釋放的核能為Emc2(4m1m22m3)c2，C錯(cuò)、D對(duì)【答案】D8我國(guó)科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1)UnSrXekn(2)HHHedn關(guān)于這兩個(gè)方程的下列說(shuō)法，正確的是()A方程(1)屬于衰變B方程(2)屬于輕核聚變C方程(1)中k8，方程(2)中d1D方程(1)中k6，方程(2)中d1【解析】(1)為典型的裂變方程，故A選項(xiàng)錯(cuò)

17、誤(2)為聚變反應(yīng)，故B項(xiàng)正確根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒定律可得k10，d1，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】B9雷蒙德戴維斯因研究來(lái)自太陽(yáng)的電子中微子(e)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)他探測(cè)中微子所用的探測(cè)器的主體是一個(gè)貯滿(mǎn)615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程為eClAre，已知Cl的質(zhì)量為36.95658 u，Ar的質(zhì)量為36.95691 u，e的質(zhì)量為0.00055 u,1 u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5 MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為()A0.82 MeV B0.31 MeVC1.33 MeV D0.

18、51 MeV【解析】核反應(yīng)增加的質(zhì)量為：m36.95691 u0.00055 u36.95658 u0.00088 u需吸收的能量Emc20.82 MeV.【答案】A10一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)光子已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說(shuō)法正確的是()A核反應(yīng)方程是HnHB聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損mm1m2m3C輻射出的光子的能量E(m3m1m2)cD光子的波長(zhǎng)【解析】此核反應(yīng)的核反應(yīng)方程為HnH，A錯(cuò)；由質(zhì)能方程，光子的能量為E(m1m2m3)c2，C錯(cuò)；由Eh知，波長(zhǎng)，D錯(cuò)；故B正確【答案】B11裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)，以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為：UnXeSr3n反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位)已知1 u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3102 MeV，此裂變反應(yīng)釋放的能量是_MeV.【解析】由題中給出的核反應(yīng)方程計(jì)算質(zhì)量虧損m，即：mmm(235.04391.0087138.917893.915431.0087)u