1、考点一核反应与核反应方程1.核反应常见核反应分为衰变，人工转变，裂变，聚变等几种类型：(1)衰变衰变：UThHe(核内2H2nHe)衰变：ThPae(核内nH01e)衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。衰变反应的特点：衰变是原子核自发地转变成另一种原子核，反应物只有一个放射性核，生成物中除有一个新核外，还有粒子或粒子。(2)人工转变：7NHeOH(发现质子的核反应)BeHeCn(发现中子的核反应)人工转变特点：以高能微观粒子轰击原子核为标志，反应物中除有一个原子核外，还有一个入射粒子，如粒子、质子、中子等。(3)裂变：UnBaKr3n裂变特点：质量较大的重核捕获中子分裂成两个以上
2、中等质量的核，并放出几个中子。(4)聚变：HHHen聚变特点：反应物为n个质量较小的轻核，生成物包含一个质量较大的核。2核反应方程的书写(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律。(2)核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造。(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一
3、般形式中的适当位置填写上它们的符号。例1正电子发射计算机断层扫描(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13作示踪剂。氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的。反应中同时还产生另一种粒子，试写出该反应方程。解析由题意可知：氧16(8O)在质子(H)的轰击下产生了氮13(N)和另外一种粒子，由质量数和电荷数守恒可知另一种粒子是He，所以核反应方程为：OHNHe。答案OHNHe考点二核能的计算核能的计算是原子核物理中的热点问题，在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工转变的核反应
4、中，都伴随着巨大的核能释放，根据不同的题设条件和不同的核反应特征，归纳以下四种计算方法。1根据质量亏损计算核能法一：用质能方程Emc2计算核能，其中m的单位取千克，E的单位是焦耳。法二：根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV。其中m的单位是u，E的单位是MeV。2根据平均结合能计算核能原子核的结合能核子的平均结合能核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。3根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所
5、组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题设条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核反应释放或吸收的能量。4根据阿伏加德罗常数计算核能若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量，要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。例2(北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A(mm2m3)cB(m1m2m3)cC(m1m2m3)c2 D(m1m2m3)c2解
6、析一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损mm1m2m3，根据质能方程，释放的能量Emc2(m1m2m3)c2，选项C正确，A、B、D错误。答案C例3用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量。(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能之比是多少？(4)转化为粒子动能的能量是多大？解析(1)核反应方程为LinHHe(2)依据Emc2得m u0.005 2 u(3)根据题意有0m1v1m2v2。式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们的动能之比为(4)粒子
7、的动能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV。答案(1)LinHHe(2)0.005 2 u(2)43(4)2.06 MeV(时间60分钟，满分100分)一、单项选择题(共7小题，每小题5分，共35分)1关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是()A它们都是利用核聚变释放原子能的B它们都是利用核裂变释放原子能的C两者的核燃料都是纯铀235D一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，还没有实现可控热核反应，核燃料是天然铀或浓缩铀。答案：B2原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力作用。下列说法中正确的是
8、()A核力是斥力B每个核子和核内其他核子之间都存在核力作用C核力是核子间的库仑力和万有引力的合力D核力是一种强相互作用力，是在相邻核子之间存在的超短距离的作用力解析：核力是短程力，核力只发生在相邻核子之间，而库仑力和万有引力都是长程力，故B、C错；原子核内的质子没有因为库仑斥力而分散，是因为核力的强大吸引力，故A错，D对。答案：D3现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉，经过40 min后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影，心脏血管正常的位置由于有放射
9、性物质随血液到达而显示出有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置，你认为检测用放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的()A10 minB10 hC10 s D10 y(年)解析：过量的射线对人体有害，在选择放射性同位素时，应该在满足要求的前提下选用半衰期短的元素，故D错；而要满足显像要求放射性元素的半衰期必须大于40 min，故A、C错。答案：B4一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为UnXSr2n，则下列叙述正确的是()AX原子核中含有86个中子BX原子核中含有141个核
10、子C因为裂变时释放能量，根据Emc2，所以裂变后的总质量数增加D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少解析：由质量数和电荷数守恒可知：X原子核的质量数(即核子数)为140，电荷数(即质子数)为54。由中子数核子数质子数，可知其中子数为86，故A选项正确，B选项错误。核裂变时释放能量有质量亏损，但总质量数不变，C、D均错。答案：A5由图1可得出结论()图1A质子和中子的质量之和小于氘核的质量B质子和中子的质量之和等于氘核的质量C氘核分解为质子和中子时要吸收能量D质子和中子结合成氘核时要吸收能量解析：该反应是吸热反应，所以质子和中子的质量之和大于氘核的质量，故选项C对。答案：C
11、6在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为421，如图2所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个()图2A.RnFreB.RnPoHeC.RnAteD.RnAtH解析：原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两圆外切圆可知，放出的是正粒子，是衰变，在匀强磁场中，由R可知， 。故反冲核的电荷数是84，由电荷数和质量数守恒知，选项B对。答案：B7美国物理学家雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个
12、贮满615 t四氯乙烯溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为veClAre，已知Cl核的质量为36.956 58 u，Ar核的质量为36.956 91 u，e的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为()A1.33 MeVB0.82 MeVC0.51 MeV D0.31 MeV解析：根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，则Em931.5 MeV(36.956 910.000 5536.956 58)931.5 MeV0.82 MeV。答案：B二、双项选择题(共5
13、小题，每小题6分，共30分。全选对得6分，只选一个且正确的得3分)8下列说法中正确的是()A质子与中子结合成氘核的过程中会释放大量能量B氪90(Kr)经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)要经过1次衰变和4次衰变C射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间解析：中子与质子的聚变反应属于热核反应，放出大量的热，可知选项A正确；B中衰变方程为KrZr401e，可知选项B错误；天然放射线中的粒子是原子核中的一个中子衰变为质子放出的电子：nH01e，原子核内并没有电子，则选项C错误；由半衰期意义及其由核内部自身的因素所决
14、定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，可知选项D正确。答案：AD9太阳每年辐射到地球上的能量相当于燃烧1813亿吨标准煤所放出的能量，是全世界年需能量总和的5000倍，是地球上最大的能源。太阳内部有多种热核反应，其中的一个反应方程是：HHHen.若已知H的质量为m1，H的质量为m2，He的质量为m3，n的质量为m4，则下列说法中正确的是()A.n是中子B.H和H是两种不同元素的原子核C.H和H在常温下就能够发生聚变D这个反应释放的核能为E(m1m2m3m4)c2解析：n是中子，故A对，H和H是同种元素H的同位素，故B错，H和H必须在高温下才能发生聚变，故C错，反应释放的核能为E(m1m2m3
15、m4)c2，故D正确。答案：AD10对结合能、平均结合能的认识，下列正确的是()A核子结合为原子核时，一定释放能量B核子结合为原子核时，可能吸收能量C结合能越大的原子核越稳定D平均结合能越大的原子核越稳定解析：由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量。反之，将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确。 答案：AD11放射性同位素钴60能放出较强的射线，其强度容易控制，这使得射线得到广泛应用。下列选项中，属于射线的应用的是()A医学
16、上制成刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B机器运转时常产生很多静电，用射线照射机器可将电荷导入大地C铝加工厂将接收到的射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制D用射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期解析：射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误。答案：AD12下列关于铀裂变和核电站的说法中正确的是()A铀238只要俘获中子就能进行链式反应B铀235裂变后的生成物是多种多样的，但这些裂变都要发生质量亏损C核电站中镉棒是起减速剂的作用D核电站使用后的核废料必须装入特制容器，深埋地下解析：铀238
17、只有浮获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，A错误。铀235裂变后的生成物是多种多样的如Ba、Kr等，并发生质量亏损释放能量，B正确；核电站中镉棒起减速剂作用的是石墨、重水，镉棒是控制棒，C错误。核废料处理必须将其装入特制容器，深埋地下，D正确。答案：BD三、计算题(共2小题，共35分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13(15分)氘核与氚核的聚变反应：HHHen17.6106 eV，已知电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.61034 Js，求：(1)这一过程的质量亏损是多少千克？(2)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能(阿伏加德罗常量NA6.
18、01023 mol1)?解析：(1)m kg3.131029 kg。(2)氘的摩尔质量为2103 kg/mol，则1 g氘核的数目为nNA6.0102331023，这些氘完全燃烧共释放的能量为：EnE3102317.61061.61019 J8.451011 J。答案：(1)3.131029 kg(2)8.451011 J14(20分)某实验室工作人员，用初速度v00.09c(c为光速)的粒子，轰击静止的氮原子核N，产生了质子H。如果某次碰撞可以看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为120。已知质子质量为m。(1)写出核反应方程(2)求出质子的速度v。(3)若使上述两个质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是多少？(结果保留两位有效数字)解析：(1)由核反应中质量数和电荷数守恒可得7NHeOH。(2)设粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，二者对心正碰过程中，由动量守恒定律可得：4mv017mmv解得：v0.19c。(3)两个质子发生对心弹性碰撞时，发生速度交换。对某一个质子，选其末动量方向为正方向，则p2mv, p1mv，故pp2p12mv0.38 mc方向与末动量方向一致。答案：(1)7NHe8OH(2)0.19c(3)0.38 mc，方向与末动量方向一致
