2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第五章　原子核核裂變與核聚變含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第五章原子核4核裂變與核聚變[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是裂變、聚變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和聚變的條件.2.會書寫裂變和聚變方程，會利用質(zhì)量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能.3.了解核反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度．一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1．核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變．2．鈾核裂變用中子種典型的反應(yīng)是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變產(chǎn)生的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應(yīng)，引起新的核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．4．臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量．二、反應(yīng)堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒．(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)．(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒．2．工作原理核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻．3．核污染的處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線．核廢料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下．三、核聚變1．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變．2．核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV.3．條件：使輕核的距離達到10－15m以內(nèi)．方法：加熱到很高的溫度．4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核聚變成氦核釋放的核能．5．人工熱核反應(yīng)：氫彈．首先由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．6．核聚變與核裂變的比較(1)優(yōu)點：①輕核聚變產(chǎn)能效率高；②地球上核聚變?nèi)剂想畠α控S富，而氚可以利用鋰來制取，足以滿足核聚變的需求；③輕核聚變更為安全、清潔．(2)缺點：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度．解決方案：磁約束和慣性約束．1．判斷下列說法的正誤．(1)鈾塊的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量時鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進行下去．(√)(2)中子的速度越快，越容易發(fā)生鈾核裂變．(×)(3)核聚變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量比裂變時小一些．(×)(4)核聚變主要用在核武器上，那就是原子彈．(×)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n9u，中子質(zhì)量為1.0087u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，則此核反應(yīng)中釋放的總能量是多少？(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)答案140.4MeV解析釋放的總能量為ΔE＝(235.0439＋1.0087－135.9072－89.9077－10×1.0087)×931.5MeV≈140.4MeV.一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)學(xué)探究如圖為鈾核裂變示意圖．(1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？試寫出一種鈾核裂變的核反應(yīng)方程．(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？答案(1)當(dāng)中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀．核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)不是，鈾塊體積還須大于或等于臨界體積．知識深化1．典型的裂變方程(1)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n2．核能的釋放由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能．3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件(1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積．(2)有足夠濃度的鈾235.(3)有足夠數(shù)量的慢中子．4．裂變反應(yīng)的能量大小鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量．一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫．命題角度1對裂變的理解例1(2021·大名縣高二月考)華能石島灣高溫氣冷堆核電站是我國自主研發(fā)的世界首座具裂變反應(yīng)來實現(xiàn)核能利用的．一個eq\o\ar(235,92)U原子核在中子的轟擊下發(fā)生核裂變反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(y,x)Sr＋eq\o\ar(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程中Sr的質(zhì)子數(shù)為56B．核反應(yīng)方程中Sr的中子數(shù)為56C．因為核裂變釋放能量，eq\o\ar(139,54)Xe原子核的比結(jié)合能應(yīng)比eq\o\ar(235,92)U原子核的小D．因為核裂變釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以核裂變后的總核子數(shù)減少答案B解析根據(jù)核反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得x＝38；y＝94，即Sr的質(zhì)子數(shù)為38，Sr的中子數(shù)為94－38＝56，故B正確，A錯誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，eq\o\ar(235,92)U原子核裂變得到eq\o\ar(139,54)Xe原子核，說明eq\o\ar(139,54)Xe原子核比eq\o\ar(235,92)U原子核穩(wěn)定，即eq\o\ar(139,54)Xe原子核的比結(jié)合能比eq\o\ar(235,92)U原子核的大，故C錯誤；因為核裂變釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以核裂變后總質(zhì)量減少，但核子數(shù)不變，故D錯誤．命題角度2裂變產(chǎn)生核能的計算例2鈾核裂變的許多核反應(yīng)中的其中一個是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n.eq\o\ar(235,92)U、eq\o\ar(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr、eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量分別為235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u,1u相當(dāng)于931.5MeV能量)；(2)1kg鈾235原子核發(fā)生上述裂變時能放出多少核能？這相當(dāng)于完全燃燒多少煤釋放的能量？(煤的熱值為2.94×107J/kg)答案(1)200.6MeV(2)5.14×1026MeV相當(dāng)于完全燃燒2797.3t煤解析(1)裂變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087)u＝0.2153u.一個鈾235原子核裂變后釋放的能量為ΔE＝0.2153×931.5MeV≈200.6MeV.(2)1kg鈾235原子核中含原子核的個數(shù)為N＝eq\f(103,235)×6.02×1023≈2.56×1024個，1kg鈾235原子核發(fā)生裂變時釋放的總能量ΔEN＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6MeV≈5.14×1026MeV.設(shè)完全燃燒的煤的質(zhì)量為m，有ΔEN＝qm，所以m＝eq\f(ΔEN,q)＝eq\f(5.14×1026×106×1.6×10－19,2.94×107)kg≈2797.3t.二、核電站1．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應(yīng)速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護層厚水泥層防止放射線泄漏，對人體及其他生物體造成傷害2.核電站發(fā)電的優(yōu)點(1)消耗的核燃料少．(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采用儲量大，所能提供的能量大．(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電?。?如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，下列對該反應(yīng)堆的說法正確的是()A．鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B．快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C．控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些D．要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些答案B解析快中子容易與鈾235“擦肩而過”，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，A錯誤，B正確；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，C、D錯誤．三、核聚變導(dǎo)學(xué)探究為什么實現(xiàn)核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬開爾文的高溫？答案輕核的聚變反應(yīng)，是較輕的核子結(jié)合成較重的核子，要使得核子的強相互作用發(fā)揮作用，必須使核子間的距離達到10－15m以內(nèi)；同時由于在此距離時原子核之間的庫侖斥力巨大，因而需要核子有很大的動能，表現(xiàn)在宏觀上就是核燃料需要達到極高的溫度．知識深化－15m以內(nèi)，這要克服原子核間巨大的庫侖斥力作用，使輕核具有足夠大的動能．要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們加熱，使物質(zhì)達到幾百萬開爾文的高溫．2．輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)．3．聚變方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV.4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大3～4倍命題角度1對聚變的理解例4(2021·膠州市高二期末)中國的“人造太陽”，又稱東方超環(huán)，全稱是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置，是中國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置.2021年5月28日，中國的“人造太陽”實現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，刷新了世界紀(jì)錄．所謂“人造太陽”，就是在地球上模擬太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變反應(yīng)，為人類提供源源不斷的清潔能源．其內(nèi)部發(fā)生的一種核聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n，下列說法正確的是()A．反應(yīng)產(chǎn)物X為eq\o\al(4,2)HeB．核聚變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能小于eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能C．可控的人工輕核聚變與核裂變相比更為安全、清潔D．要實現(xiàn)核聚變，需要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動能克服核力作用而碰撞結(jié)合在一起答案C解析根據(jù)核聚變反應(yīng)方程滿足電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知反應(yīng)物X為eq\o\al(3,2)He，選項A錯誤；比結(jié)合能越大，物質(zhì)越穩(wěn)定，所以核聚變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能大于eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能，選項B錯誤；可控的人工輕核聚變產(chǎn)物為氦核，沒有輻射和污染，所以與核裂變相比更為安全、清潔，選項C正確；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用，由于原子核都帶正電，要使它們接近這種程度，必須克服巨大的庫侖力，而不是核力，選項D錯誤.命題角度2聚變產(chǎn)生核能的計算例5(2021·江蘇蘇州高二期中)兩個氘核結(jié)合成一個氦核，已知氘核質(zhì)量為2.014u，氦核質(zhì)量為4.002u.(1)寫出相應(yīng)的核反應(yīng)方程；－1，氘核的摩爾質(zhì)量為2g/mol,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He(2)3.6×1027MeV解析(1)核聚變反應(yīng)的方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He(2)兩個氘核結(jié)合成一個氦核時釋放的能量為ΔE＝(2×2.014u－4.002u)×931.5MeV≈24.22MeV1kg氘中含有的氘核數(shù)為n＝eq\f(m,mmol)×NA＝eq\f(1000,2)×6.0×1023＝3.0×10261kg氘完全結(jié)合成氦時可以釋放出的能量為E＝eq\f(n,2)ΔE＝1.5×1026×24.22MeV≈3.6×1027MeV.針對訓(xùn)練(2022·平頂山市第一中學(xué)開學(xué)考試)已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A．釋放出4.9MeV的能量B．吸收4.9MeV的能量C．吸收24.0MeV的能量D．釋放出24.0MeV的能量答案D解析兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋γ，2個eq\o\al(2,1)H的總結(jié)合能為E1＝1.1×4MeV＝4.4MeV反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能為E2＝7.1×4MeV＝28.4MeV所以反應(yīng)釋放的核能ΔE＝E2－E1＝28.4MeV－4.4MeV＝24.0MeV故A、B、C錯誤，D正確．考點一重核的裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1．(2021·江蘇省光華高級中學(xué)測試)鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法中正確的是()A．若鈾235的體積小于它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生B．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的中子C．鎘棒也叫控制棒，用來調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度D．能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的體積無關(guān)答案C解析要使鈾核裂變產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必須大于等于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于等于臨界質(zhì)量；裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能直接引發(fā)新的裂變；鎘棒吸收中子的能力很強，在核反應(yīng)中用來調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，所以C正確，A、B、D錯誤．2．關(guān)于鈾核的裂變，下列敘述正確的是()A．核反應(yīng)堆中鈾核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量的原子核，并吸收大量能量B．核反應(yīng)堆中鈾核自發(fā)分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量的原子核，同時釋放大量的核能C．要使核反應(yīng)堆中鈾核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，必須要有慢中子的轟擊D．要使核反應(yīng)堆中鈾核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，必須要有快中子的轟擊答案C解析核反應(yīng)堆中鈾核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量的原子核，并釋放大量能量，A、B錯誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件有三個，一是足夠濃度的鈾，二是鈾的體積需要大于等于臨界體積，三是需要慢中子轟擊，C正確，D錯誤．3．2017年11月17日，“中國核潛艇之父”——黃旭華獲評全國道德模范，頒獎典禮上，習(xí)總書記為他“讓座”的場景感人肺腑，下列有關(guān)核反應(yīng)的說法錯誤的是()A．目前核潛艇是利用重核裂變釋放的核能提供動力B．重核裂變反應(yīng)前后一定有質(zhì)量虧損C.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝2D．鈾核裂變后生成的新核比鈾核的比結(jié)合能小答案D解析目前核潛艇是利用重核裂變釋放的核能提供動力，故A正確；根據(jù)質(zhì)能方程可知，重核裂變反應(yīng)前后一定有質(zhì)量虧損，故B正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n，式中d＝2，故C正確；鈾核裂變后生成的新核穩(wěn)定，可知鈾核的比結(jié)合能比裂變后生成的新核的比結(jié)合能小，故D錯誤．4．(2022·江蘇南通高二開學(xué)考試)eq\o\ar(235,92)U核某種裂變方式的核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\ar(235,92)U、eq\o\al(1,0)n、eq\o\ar(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，真空中的光速為c.則()A．核反應(yīng)方程式中x＝2B.eq\o\ar(235,92)U中含有56個中子C．任何體積的eq\o\ar(235,92)U都能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)D．該反應(yīng)釋放的核能為(m1－2m2－m3－m4)c2答案D解析根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程式中x＝3，選項A錯誤；eq\o\ar(235,92)U中含有235－92＝143個中子，選項B錯誤；要想發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，必須要使得eq\o\ar(235,92)U達到臨界體積，選項C錯誤；該反應(yīng)質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4－3m2＝m1－m3－m4－2m2，根據(jù)ΔE＝Δmc2，可知釋放的核能為ΔE＝(m1－2m2－m3－m4)c2，選項D正確．考點二核電站5．核反應(yīng)堆是實現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它的主要組成部分是()A．燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B．燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C．燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng)D．燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統(tǒng)答案A解析核反應(yīng)堆的主要部分包括①燃料，即濃縮鈾235；②減速劑，采用石墨、重水或普通水；③控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用控制棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；④冷卻系統(tǒng)，水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，故A正確，B、C、D錯誤．6．(2021·山東臨沂高二期中)核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是反應(yīng)堆，下列說法正確的是()A．反應(yīng)堆是用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度并獲得核能的裝置B．目前核電站都是通過聚變反應(yīng)來利用核能C．控制棒的作用是使中子減速，從而控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度D．通入反應(yīng)堆中的水起冷卻作用和吸收中子的作用答案A解析核電站的反應(yīng)堆是利用可控的核裂變反應(yīng)釋放核能的設(shè)備，故A正確．核電站主要利用核裂變的可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來發(fā)電的，故B錯誤．控制棒的作用是控制中子數(shù)量，從而控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，故C錯誤．冷卻劑把反應(yīng)堆核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量傳遞出去，同時使反應(yīng)堆冷卻，沒有起吸收中子的作用，故D錯誤．考點三核聚變7．(2021·江蘇蘇州高二期中)在太陽內(nèi)部發(fā)生的典型核反應(yīng)方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，下列說法正確的是()A．核電站利用此反應(yīng)來獲得核能B．該核反應(yīng)屬于聚變反應(yīng)C．方程中的X為電子(eq\o\ar(0,－1)e)D．該核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，因而反應(yīng)前后總質(zhì)量保持不變答案B解析核電站利用核裂變來獲得核能，A錯誤；該核反應(yīng)屬于聚變反應(yīng)，B正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，X為正電子，C錯誤；該核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，釋放了核能，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知反應(yīng)過程產(chǎn)生了質(zhì)量虧損，D錯誤．8．氘核與氚核發(fā)生聚變反應(yīng)的方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為m2，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為m3，X的質(zhì)量為m4，真空中的光速為c，下列說法正確的是()A．X為質(zhì)子B．X為電子C．反應(yīng)前后的質(zhì)量應(yīng)滿足(m1＋m2)<(m3＋m4)D．反應(yīng)中釋放的核能為(m1＋m2－m3－m4)c2答案D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的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，則X為中子，選項A、B錯誤；因反應(yīng)放出核能，則反應(yīng)有質(zhì)量虧損，即反應(yīng)前后的質(zhì)量應(yīng)滿足(m1＋m2)>(m3＋m4)，選項C錯誤；該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，反應(yīng)中釋放的核能為E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項D正確．9．(2021·湖北武漢高二期中)2021年1月21日，中廣核集團在深圳召開2021年度媒體通報會，會議指出，2020年度中廣核24臺核電機組保持安全穩(wěn)定運行，世界核運營者協(xié)會WANO指標(biāo)中，72.6%的指標(biāo)達到世界先進水平，平均能力因子連續(xù)三年保持92%以上，其中寧德核電2號機組全部WANO指標(biāo)達到卓越值．以下關(guān)于核能的有關(guān)說法正確的是()A．寧德核電2號機組的核能是利用輕核聚變B．原子核比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定C．重核裂變是重核分裂成中等大小的核，核的比結(jié)合能減小D．重核裂變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量變成了能量答案B解析現(xiàn)在所有投入運營的核電站用的都是重核裂變，A錯誤；原子核比結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，B正確；重核裂變的過程中釋放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核的比結(jié)合能增大，C錯誤；核裂變反應(yīng)中釋放核能有質(zhì)量虧損，質(zhì)量與能量之間存在一定的關(guān)系，但不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，D錯誤．10．(2020·全國卷Ⅱ)氘核eq\o\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\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示．海水中富含氘，已知1kg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1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J，1MeV＝1.6×10－13J，則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg答案C解析根據(jù)核反應(yīng)方程式，6個氘核聚變反應(yīng)可釋放出43.15MeV的能量，1kg海水中的氘核反應(yīng)釋放的能量為E＝eq\f(1.0×1022,6)×43.15MeV≈7.19×1022MeV≈1.15×1010J，則相當(dāng)于燃燒的標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量為M＝eq\f(1.15×1010,2.9×107)kg≈400kg，故選C.________MeV，則該核反應(yīng)所______(填“釋放”或“吸收”)的能量為______MeV.答案越大釋放17.6解析比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定．聚變反應(yīng)前eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H的總結(jié)合能為E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52MeV反應(yīng)后生成的eq\o\al(4,2)He的結(jié)合能為E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV故E2＞E1，核反應(yīng)向比結(jié)合能增大的方向進行時，要釋放能量．反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6MeV.12．(2021·江蘇蘇州高二期末)已知氘核eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為m1，中子eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為m2，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為m3，真空中的光速為c.(1)寫出兩個氘核eq\o\al(2,1)H聚變?yōu)橐粋€eq\o\al(3,2)He的核反應(yīng)方程，并計算釋放的能量；(2)質(zhì)量為M的氘核eq\o\al(2,1)H完全聚變?yōu)閑q\o\al(3,2)He，釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的能量？已知1kg煤完全燃燒放出的能量為q(題中所用物理量的單位均為國際單位)．答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2m1－m2－m3)c2(2)eq\f(M,2m1q)(2m1－m2－m3)c2解析(1)核反應(yīng)方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n兩個氘核聚變前后的質(zhì)量虧損為Δm＝2m1－(m2＋m3)根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的能量ΔE＝Δmc2聯(lián)立解得ΔE＝(2m1－m2－m3)c2(2)質(zhì)量為M的氘所含氘核數(shù)N＝eq\f(M,m1)完全聚變?yōu)楹?所釋放的能量E＝eq\f(M,2m1)(2m1－m2－m3)c2其釋放的能量相當(dāng)于完全燃燒的煤的質(zhì)量為m＝eq\f(M,2m1q)(2m1－m2－m3)c2.13．(202反應(yīng)是分裂成鋇(eq\o\ar(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)兩部分，放出3個中子．各個核和中子的質(zhì)量如下：(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg；mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.(1)試寫出核反應(yīng)方程；(2)求出反應(yīng)中釋放的核能；(3)我國第一座核電站——秦山核電站總裝機容量達到650萬千瓦，求秦山核電站一年需要消耗多少千克的裂變原料？答案(1)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)3.22×10－11J(3)2.48×103kg解析(1)核反應(yīng)方程U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n(2)一個鈾核發(fā)生反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn＝390.3139×10－27kg－234.0016×10－27kg－152.6047×10－27kg－2×1.6749×10－27kg＝3.578×10－28kg.一個鈾核裂變釋放的能量為ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2J≈3.22×10－11J(3)秦山核電站一年需要消耗的裂變原料的質(zhì)量為m＝eq\f(650×107×365×24×3600,3.22×10－11)×390.3139×10－27kg≈2.48×103kg.5“基本”粒子[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解粒子的發(fā)現(xiàn)史.2.知道粒子的分類及特點.3.了解夸克模型．一、“基本”粒子1．人們認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子，把它們叫作“基本粒子”．2．隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)很多新粒子不能看作由質(zhì)子、中子、電子組成，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．二、發(fā)現(xiàn)新粒子1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了μ子，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子，后來發(fā)現(xiàn)了超子等．三、粒子的分類1．強子：是參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用的粒子．質(zhì)子和中子都是強子．2．輕子：不參與(填“參與”或“不參與”)強相互作用．電子、電子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子都是已發(fā)現(xiàn)的輕子．3．規(guī)范玻色子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子．4．希格斯玻色子：是希格斯場的量子激發(fā)．四、夸克與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型1．夸克、夸克模型：1964年，美國科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克．2．粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型是一整套關(guān)于粒子的理論．其中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子．判斷下列說法的正誤．(1)目前，人們認(rèn)為粒子界由夸克、強子、輕子構(gòu)成．(×)(2)強子是參與強相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強子．(√)(3)電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的基本粒子．(×)(4)夸克的帶電荷量是電子電荷量的整數(shù)倍．(×)一、新粒子的發(fā)現(xiàn)及分類1．新粒子的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)時間1932年1937年1947年20世紀(jì)50年代后新粒子反粒子μ子K介子與π介子超子基本特點質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與對應(yīng)粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反比質(zhì)子的質(zhì)量小質(zhì)量介于電子與質(zhì)子之間質(zhì)量比質(zhì)子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強子參與強相互作用質(zhì)子、中子等強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子等光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用希格斯玻色子是希格斯場的量子激發(fā)例1現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”．所謂“反物質(zhì)”，是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相等的電荷量，但電荷的符號相反，據(jù)此，若有反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)為________，電荷數(shù)為________．答案4－2解析α粒子質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為＋2，根據(jù)反物質(zhì)的概念可知反α粒子的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為－2.例2關(guān)于粒子，下列說法中正確的是()A．光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子B．質(zhì)量比核子大的粒子都參與強相互作用C．強子、輕子都由夸克組成D．許多粒子都存在反粒子答案D解析質(zhì)子、中子本身有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項A錯誤；τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大，但它屬于輕子，不參與強相互作用，選項B錯誤；現(xiàn)代實驗還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選項C錯誤．例3關(guān)于粒子，下列說法正確的是()A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B．質(zhì)子、中子本身也是復(fù)合粒子，它們具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C．電子是帶電的強子D．光子是希格斯玻色子答案B解析質(zhì)子和中子是由不同的夸克組成的，它們不是最基本的粒子，故A錯誤，B正確；電子是輕子，故C錯誤；光子是規(guī)范玻色子，故D錯誤．二、夸克模型1．夸克的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強子是由夸克構(gòu)成的．2．夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)．3．夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷是元電荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3).例如，上夸克帶的電荷量為＋eq\f(2e,3)，下夸克帶的電荷量為－eq\f(e,3).4．意義：電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷．例4已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克eq\x\to(u)或反夸克eq\x\to(d))組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷.粒子π＋π－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)帶電荷量＋e－e＋eq\f(2e,3)－eq\f(e,3)－eq\f(2e,3)＋eq\f(e,3)下列說法正確的是()A．π＋由u和eq\x\to(d)組成 B．π＋由d和eq\x\to(u)組成C．π－由u和eq\x\to(d)組成 D．π－由d和eq\x\to(d)組成答案A解析因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個夸克和一個反夸克組成的，則π＋介子是由夸克u和反夸克eq\x\to(d)組成的；π－介子的帶電荷量為－e，故由反夸克eq\x\to(u)和夸克d組成，故選A.針對訓(xùn)練質(zhì)子和中子屬于強子，強子是由更基本的粒子——夸克組成．根據(jù)夸克模型，夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克．它們的帶電荷量分別為－eq\f(e,3)或＋eq\f(2,3)e，電荷量e為元電荷．已知一個質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成．則下列說法正確的是()A．上夸克的電荷量為＋eq\f(e,3)B．下夸克的電荷量為－eq\f(e,3)C．上夸克的電荷量為－eq\f(e,3)D．下夸克的電荷量為＋eq\f(2e,3)答案B解析根據(jù)質(zhì)子帶電荷量為＋e和中子不帶電，設(shè)上、下夸克的電荷量分別為q1、q2，則有2q1＋q2＝＋e，q1＋2q2＝0，解得q1＝＋eq\f(2,3)e，q2＝－eq\f(e,3)，故選B.例5(2022·江蘇沛縣高二月考)太陽放出的大量中微子向地球飛來，但實驗測定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播過程中衰變成一個μ子和一個τ子．若在衰變過程中μ子的速度方向與中微子原來的方向一致，則τ子的運動方向()A．一定與μ子同方向B．一定與μ子反方向C．一定與μ子在同一直線上D．不一定與μ子在同一直線上答案C解析根據(jù)題中給出的信息，中微子在衰變過程中分裂為μ子和τ子，符合動量守恒定律，mv0＝mμvμ＋mτvτ，因此mτvτ＝mv0－mμvμ，當(dāng)μ子與中微子速度方向相同時，則τ子運動方向與μ子運動方向只能是同向或反向，即在同一直線上，但由于不知道中微子和μ子的動量大小，因此具體方向無法判斷，所以A、B、D錯誤，C正確．本章知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(天然放射現(xiàn)象：3種射線α射線、β射線、γ射線的本質(zhì)和性質(zhì),探測射線的儀器：威耳遜云室,原子核的組成\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子\o\al(1,1)H,中子\o\al(1,0)n)),放射性元素的衰變\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(意義：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞?衰變方程式\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(α衰變：\o\al(A,Z)X→\o\al(A－4,Z－2)Y＋\o\al(4,2)He,β衰變：\o\al(A,Z)X→\o\ar(A,Z＋1)Y＋\o\ar(0,－1)e)),規(guī)律：衰變過程遵守質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動量守恒；釋放的能量以,放出粒子和反沖核的動能及γ光子能量的形式表現(xiàn)出來,半衰期：大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，它由核內(nèi)部自身的因素決定，,與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān))),人工轉(zhuǎn)變\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：\o\ar(14,7)N＋\o\al(4,2)He→\o\ar(17,8)O＋\o\al(1,1)H,中子的發(fā)現(xiàn)：\o\al(9,4)Be＋\o\al(4,2)He→\o\ar(12,6)C＋\o\al(1,0)n,放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn)：\o\al(27,13)Al＋\o\al(4,2)He→\o\al(30,15)P＋\o\al(1,0)n；\o\al(30,15)P→\o\al(30,14)Si＋\o\ar(0,＋1)e)),核反應(yīng)與核能\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核能\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核力：短程力，只與鄰近核子發(fā)生作用,結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開所需要,的能量就是原子核的結(jié)合能,比結(jié)合能平均結(jié)合能：比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，,原子核越穩(wěn)定,愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2)),核反應(yīng)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核裂變：\o\ar(235,92)U＋\o\al(1,0)n→\o\ar(144,56)Ba＋\o\al(89,36)Kr＋3\o\al(1,0)n,核聚變：\o\al(2,1)H＋\o\al(3,1)H→\o\al(4,2)He＋\o\al(1,0)n)))),“基本”粒子))[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解四種核反應(yīng)的特征，會根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程.2.學(xué)會結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律解決核反應(yīng)相關(guān)問題．一、四種核反應(yīng)1．四種核反應(yīng)的理解(1)衰變：放射性元素的原子核自發(fā)放出某種粒子后變成新的原子核的變化．①α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He②β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\ar(A,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e(2)原子核的人工轉(zhuǎn)變：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程．①質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福)②中子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克)③放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\ar(0,＋1)e(3)核裂變：一個重核分裂成兩個中等質(zhì)量的核，這樣的核反應(yīng)叫作核裂變．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n(4)核聚變：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．解題時的注意事項(1)熟記一些粒子的符號：α粒子(eq\o\al(4,2)He)、質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H或p)、中子(eq\o\al(1,0)n)、電子(eq\o\ar(0,－1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)．(2)在核反應(yīng)方程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關(guān)力學(xué)綜合問題時，還有動量守恒和能量守恒．例1(2021·汕頭市高二期末)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列關(guān)于核反應(yīng)方程的說法正確的是()A．衰變方程eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋X中X是質(zhì)子B．核裂變反應(yīng)方程eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3C．核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝2D．衰變方程eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋Y中Y是中子答案B解析根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變方程eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋X中X為α粒子，A錯誤；核裂變反應(yīng)方程eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3，B正確；核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝1，C錯誤；衰變方程eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋Y中Y是電子，D錯誤．針對訓(xùn)練1在下列描述核反應(yīng)的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是______，屬于核裂變的是________，屬于核聚變的是________．(填正確答案前的字母)A.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)eB.eq\o\ar(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\ar(0,－1)eC.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案CABEF解析α衰變是一種放射性衰變，α粒子(eq\o\al(4,2)He)會從原子核中射出，C項符合要求；β衰變是指原子核內(nèi)自發(fā)地放出一個電子(eq\o\ar(0,－1)e)，同時原子序數(shù)加1的過程，A、B兩項符合要求；核裂變是指一些質(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多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出多個中子和很大能量的過程，E項符合要求；核聚變是指兩個輕原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核并釋放大量能量的過程，F(xiàn)項符合要求；D項屬于人工核轉(zhuǎn)變的方程．例2(2021·淮安市期中)嫦娥四號探測器上安裝了一塊核電池，利用放射性同位素發(fā)射的高能射線照射熱電元件，將熱能轉(zhuǎn)化為電能，符合這種核電池原理的核反應(yīng)方程是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\ar(238,94)Pu→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(234,92)UD.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n答案C解析由利用放射性同位素發(fā)射的高能射線可知對應(yīng)的核反應(yīng)為天然放射現(xiàn)象中的衰變，A為輕核聚變方程，B該方程為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，C為放射性同位素的α衰變方程，D為重核裂變方程，故選C.二、動量守恒定律和能量守恒定律在核反應(yīng)中的應(yīng)用動量守恒定律和能量守恒定律作為力學(xué)的兩大規(guī)律，不僅適用于宏觀物體的相互作用，也適用于微觀粒子的相互作用．原子核的衰變、人工核轉(zhuǎn)變、核聚變反應(yīng)中同樣遵循動量守恒和能量守恒．例3物理學(xué)家考克饒夫和沃爾頓建造了一臺粒子加速器，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\o\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\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(57,8)mv02解析(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，反應(yīng)過程中釋放的核能為ΔE＝eq\f(1,2)×4m×(1.5v0)2＋eq\f(1,2)×4mv2－eq\f(1,2)mv02＝eq\f(57,8)mv02.例4(2021·江蘇常州市第二中學(xué)高二期中)一個靜止的鈾核eq\o\ar(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\ar(228,90)Th(原子質(zhì)量為228.0287u)，已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．(1)寫出鈾核的衰變反應(yīng)方程；(2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能；(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能，則α粒子的動能為多少？答案(1)eq\o\ar(232,92)U→eq\o\ar(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)5.50MeV(3)5.41MeV解析(1)鈾核的衰變反應(yīng)方程是eq\o\ar(232,92)U→eq\o\ar(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(2)質(zhì)量虧損Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059uΔE＝0.0059×931.5MeV≈5.50MeV(3)衰變前后系統(tǒng)動量守恒，釷核和α粒子的動量大小相等、方向相反，即pTh＋(－pα)＝0由動能和動量的關(guān)系得EkTh＝eq\f(pTh2,2mTh)，Ekα＝eq\f(pα2,2mα)由能量守恒得EkTh＋Ekα＝ΔE所以α粒子獲得的動能Ekα＝eq\f(mTh,mα＋mTh)·ΔE≈5.41MeV計算核能的常用方法1．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能．2．根據(jù)1u相當(dāng)于931.5MeV能量來計算．3．在無光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能．針對訓(xùn)練2(2021·菏澤市高二期末)太陽中含有大量的氘核，因氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)釋放大量的核能，以光和熱的形式向外輻射．若已知兩個氘核eq\o\al(2,1)H聚變產(chǎn)生一個中子eq\o\al(1,0)n和一個氦核eq\o\al(3,2)He.已知氘核質(zhì)量為2.0136u，氦核質(zhì)量為3.0150u，中子質(zhì)量為1.0087u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量．則：(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求核反應(yīng)中釋放的核能(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)；(3)在兩氘核以相等的動能0.35MeV進行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能．答案(1)2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)3.26MeV(3)2.97MeV0.99MeV解析(1)核反應(yīng)方程為2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)兩個氘核發(fā)生反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝2×2.0136u－1.0087u－3.0150u＝0.0035u釋放的核能為ΔE＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV(3)設(shè)eq\o\al(1,0)n和eq\o\al(3,2)He的動量分別為p1和p2，動能分別為Ekn和EkHe，根據(jù)動量守恒定律得p1＋p2＝0可得p1和p2大小相等，方向相反．根據(jù)p＝mvEk＝eq\f(1,2)mv2聯(lián)立得Ek＝eq\f(p2,2m)又mHe＝3mn故有Ekn＝3EkHe由能量守恒定律得Ekn＋EkHe＝ΔE＋2EkH代入數(shù)據(jù)解得Ekn＝2.97MeVEkHe＝0.99MeV.1．關(guān)于下列核反應(yīng)方程的說法正確的是()A.eq\o\ar(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程B.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變方程C．2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He一定是釋放核能的核反應(yīng)方程D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程答案C解析α衰變是單個原子核放出α粒子，eq\o\ar(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(4,2)He不符合此特征，因此不是α衰變方程，選項A錯誤；eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程，選項B錯誤；2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He是輕核聚變方程，該核反應(yīng)釋放核能，選項C正確；發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，選項D錯誤．2．(2021·江蘇無錫高二期末)作為一項新能源，人類利用核能，目前都是通過可控制的核裂變反應(yīng)實現(xiàn)的．下列反應(yīng)中屬于核裂變反應(yīng)的是()A.eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(230,88)Ra＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n答案D解析反應(yīng)物只有一個，生成物有氦核，屬于α衰變，A不符合題意；氦核轟擊鋁核，生成磷的同位素，是人工核轉(zhuǎn)變，B不符合題意；兩個輕核生成一個中等質(zhì)量的核，屬于核聚變反應(yīng)，C不符合題意；中子轟擊鈾核，生成兩個中等質(zhì)量的核和中子，則該核反應(yīng)為核裂變反應(yīng)，D符合題意．3．(2021·湖州市高二期末)放射性同位素在工業(yè)、醫(yī)療、生物技術(shù)等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用，下列四個核反應(yīng)方程中屬于生成人工放射性同位素的是()A.eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案A解析eq\o\al(30,15)P不存在于自然界中，是1934年約里奧—居里夫婦用α射線轟擊鋁箔時發(fā)現(xiàn)的放射性同位素，屬于生成人工放射性同位素的核反應(yīng)，故A符合題意；該反應(yīng)是eq\o\ar(235,92)U核的裂變，eq\o\ar(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr是eq\o\ar(235,92)U核裂變后的自然產(chǎn)物，不屬于生成人工放射性同位素的核反應(yīng)，故B不符合題意；該反應(yīng)是eq\o\ar(238,92)U核的α衰變，不屬于生成人工放射性同位素的核反應(yīng)，故C不符合題意；該反應(yīng)是氫核的聚變，不屬于生成人工放射性同位素的核反應(yīng)，故D不符合題意．4．(2021·江蘇吳江平望中學(xué)高二月考)核潛艇以核反應(yīng)堆為動力源．關(guān)于核反應(yīng)，下列說法正確的是()A．在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒、電荷數(shù)守恒B．核反應(yīng)方程eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He屬于α衰變C．核反應(yīng)方程eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H屬于核聚變，是核潛艇的動力原理D．核反應(yīng)方程eq\o\ar(12,6)C→eq\o\ar(12,7)N＋eq\o\ar(0,－1)e屬于β衰變，而β射線來自原子外層的電子答案B解析核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，故A錯誤；根據(jù)核反應(yīng)的特點可知，核反應(yīng)方程eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He屬于α衰變，故B正確；核反應(yīng)方程eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H屬于人工核反應(yīng)，而重核裂變是質(zhì)量數(shù)較大的核裂變?yōu)橘|(zhì)量中等的核的過程，重核裂變才是核潛艇的動力原理，故C錯誤；β衰變是原子核的衰變，與核外電子無關(guān)，β衰變時釋放的電子是由核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子的同時釋放出來的，故D錯誤．5．一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，下列說法正確的是()A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案B解析靜止的鈾核在α衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得pTh＋pα＝0，即釷核的動量和α粒子的動量大小相等，方向相反，選項B正確；根據(jù)Ek＝eq\f(p2,2m)可知，選項A錯誤；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個原子核不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中有一定的質(zhì)量虧損，故選項D錯誤．知eq\o\ar(14,7)N87u，質(zhì)子質(zhì)量為mp＝1.00815u．(已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量？相應(yīng)的能量變化為多少？(2)若eq\o\al(4,2)He核以v0＝3×107m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止的N核，反應(yīng)生成的O核和質(zhì)子同方向運動，且eq\o\ar(17,8)O核的速度大小為1.8×106m/s.則質(zhì)子的速度大小為多少？答案(1)吸收能量1.2MeV(2)8.9×107m/s解析(1)質(zhì)量虧損Δm＝mN＋mHe－mO－mp＝(14.00753＋4.00387－17.00454－1.00815)u＝－0.00129uΔE＝－0.00129×931.5MeV≈－1.2MeV負(fù)值說明這一核反應(yīng)吸收能量，其能量變化了1.2MeV.(2)根據(jù)動量守恒定律有mHev0＝mpvp＋mOvO代入數(shù)據(jù)解得vp＝8.9×107m/s.7．(2021·江蘇省如皋中學(xué)高二月考)兩個氘核以相等的動能Ek對心碰撞發(fā)生核聚變，核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，中子的質(zhì)量為m3.假設(shè)核反應(yīng)釋放的核能E全部轉(zhuǎn)化為動能，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)后氦核與中子的動量相同B．該核反應(yīng)釋放的能量為E＝(m2＋m3－2m1)c2C．核反應(yīng)后氦核的動能為eq\f(E＋2Ek,4)D．核反應(yīng)后中子的動能為eq\f(E＋Ek,4)答案C解析兩個氘核以相等的動能Ek對心碰撞，根據(jù)動量守恒定律知，反應(yīng)前的總動量為零，則反應(yīng)后總動量為零，即氦核和中子的動量大小相等，方向相反，故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2，故B錯誤；反應(yīng)后氦核和中子的總動能來自釋放的核能以及反應(yīng)前氘核的總動能之和，則反應(yīng)后氦核和中子的總動能為2Ek＋E，根據(jù)動量守恒知，氦核和中子的動量大小相等，方向相反，由Ek＝eq\f(p2,2m)可知，氦核和中子的動能之比為1∶3，則核反應(yīng)后中子的動能Ek1＝eq\f(3,4)(2Ek＋E)＝eq\f(6Ek＋3E,4)，氦核的動能Ek2＝eq\f(2Ek＋E,4)，故C正確，D錯誤．8．(2021·江蘇南京師大蘇州實驗學(xué)校高二檢測)一個靜止的鐳核eq\o\ar(226,88)Ra發(fā)生衰變放出一個粒子變?yōu)殡焙薳q\o\ar(222,86)Rn，已知鐳核226質(zhì)量為226.0254u，氡核222質(zhì)量為222.0163u，放出粒子的質(zhì)量為4.0026u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量．(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求鐳核衰變放出的能量；(3)若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦隽Ｗ拥膭幽?，求放出粒子的動能．答?1)eq\o\ar(226,88)Ra→eq\o\ar(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He(2)6.05MeV(3)5.94MeV解析(1)由質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可知，該反應(yīng)方程中放射出一個eq\o\al(4,2)He核，核衰變反應(yīng)方程為eq\o\ar(226,88)Ra→eq\o\ar(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He(2)該反應(yīng)中質(zhì)量虧損為Δm＝mRa－mRn－mα＝(226.0254－222.0163－4.0026)u＝0.0065u釋放出的核能ΔE＝Δm×931.5MeV≈6.05MeV(3)衰變的過程中動量守恒，若衰變放出的能量均轉(zhuǎn)變?yōu)殡焙撕头懦隽Ｗ拥膭幽?，?guī)定eq\o\al(4,2)He核運動的方向為正方向，則mαv1－mRnv2＝0eq\f(1,2)mαv12＋eq\f(1,2)mRnv22＝ΔE聯(lián)立解得Ekα＝eq\f(mRnΔE,mα＋mRn)≈5.94MeV.9．(2021·江蘇常州高二階段練習(xí))用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核(eq\o\al(6,3)Li)，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的初速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作m，光速為c.(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求氚核和α粒子的速度大?。?3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動能，求該反應(yīng)的質(zhì)量虧損．答案(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(7,11)veq\f(8,11)v(3)eq\f(141mv2,121c2)解析(1)由題意可得，該核反應(yīng)方程為eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He(2)由動量守恒定律得mv＝－3mv1＋4mv2由題意得v1∶v2＝7∶8解得v1＝eq\f(7,11)v，v2＝eq\f(8,11)v.(3)氚核和α粒子的動能之和為Ek＝eq\f(1,2)×3mv12＋eq\f(1,2)×4mv22＝eq\f(403,242)mv2根據(jù)能量守恒定律，釋放的核能為ΔE＝Ek－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(403,242)mv2－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(141,121)mv2由愛因斯坦質(zhì)能方程得，質(zhì)量虧損為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(141mv2,121c2).10．(2022·江蘇南通市高二期末)钚的放射性同位素eq\o\ar(239,94)Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)eq\o\ar(235,92)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)eq\o\ar(235,92)U*立即衰變?yōu)殁櫤薳q\o\ar(235,92)U，并放出頻率為ν的光子．已知eq\o\ar(239,94)Pu的質(zhì)量m1、eq\o\ar(235,92)U的質(zhì)量m2和α粒子的質(zhì)量m3，真空中的光速為c，普朗克常量為h.(1)寫出衰變方程；(2)忽略衰變放出光子的動量，求α粒子的動能Ek.答案(1)eq\o\ar(239,94)Pu→eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(m2[m1－m2－m3c2－h(huán)ν],m2＋m3)解析(1)衰變方程為eq\o\ar(239,94)Pu→eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He(2)設(shè)衰變后eq\o\ar(235,92)U和α粒子的速度大小分別為v2、v3，根據(jù)動量守恒定律有m2v2＝m3v3根據(jù)能量守恒定律有eq\f(1,2)m2v22＋eq\f(1,2)m3v32＝(m1－m2－m3)c2－h(huán)ν聯(lián)立以上兩式解得α粒子的動能Ek＝eq\f(m2[m1－m2－m3c2－h(huán)ν],m2＋m3).11．(2021·江蘇啟東中學(xué)高二階段練習(xí))一個靜止的母核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生的α粒子和子核的動能之和稱為這個母核的α衰變能．(1)若在一次α衰變中靜止的母核放出的α粒子動能為E，又知α粒子質(zhì)量為m，子核Y的質(zhì)量為M，求母核的α衰變能；(2)若母核釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和子核的動能，試分別判斷eq\o\al(64,29)Cu和eq\o\ar(212,84)Po能否發(fā)生α衰變？若能，求出其α衰變能(1u相當(dāng)于931.5MeV，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．一些原子核的靜止質(zhì)量原子核原子質(zhì)量(u)eq\o\al(4,2)He4.0026eq\o\al(60,27)Co59.9338eq\o\al(64,29)Cu63.9298eq\o\ar(208,82)Pb207.9766eq\o\ar(212,84)Po211.9889答案見解析解析(1)原子核衰變過程中，動量守恒，由動量守恒定律得0＝mv1－Mv2α粒子的動能E＝eq\f(1,2)mv12子核的動能EY＝eq\f(1,2)Mv22母核的α衰變能為E′＝E＋EY＝(1＋eq\f(m,M))E(2)若eq\o\al(64,29)Cu發(fā)生α衰變，方程為eq\o\al(64,29)Cu→eq\o\al(60,27)Co＋eq\o\al(4,2)He質(zhì)量虧損Δm＝63.9298u－59.9338u－4.0026u＝－0.0066u質(zhì)量增加，故eq\o\al(64,29)Cu不能發(fā)生α衰變，如果eq\o\ar(212,84)Po發(fā)生α衰變，方程為eq\o\ar(212,84)Po→eq\o\ar(208,82)Pb＋eq\o\al(4,2)He質(zhì)量虧損Δm′＝211.9889u－4.0026u－207.9766u＝0.0097u則eq\o\ar(212,84)Po發(fā)生α衰變，由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得eq\o\ar(212,84)Po發(fā)生α衰變過程中的α衰變能為ΔE＝0.0097×931.5MeV≈9.04MeV.章末檢測試卷(五)(滿分：100分)一、單項選擇題：共12題，每題4分，共48分．每題只有一個選項最符合題意．1．(2021·江蘇海門中學(xué)高二月考)氦3大量存在于月球表面月壤中，是未來的清潔能源．兩個氦3聚變的核反應(yīng)方程是eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2X＋12.86MeV，則X為()A．電子 B．氘核C．中子 D．質(zhì)子答案D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的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子．故選D.2．(2021·紅塔區(qū)高二月考)核廢水中含有鈷(eq\o\al(60,27)Co)等63種不能過濾的放射性物質(zhì)．鈷60會通過衰變生成鎳(eq\o\al(60,28)Ni)，同時會放出γ射線，其半衰期為5.27年，在醫(yī)學(xué)上常用于癌癥和腫瘤的放射治療．下列說法不正確的是()A．衰變方程為eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\ar(0,－1)e，屬于α衰變B．鈷60不可以作為示蹤原子研究人體對藥物的吸收C．鈷60對腫瘤進行放射治療是利用其衰變