2023届高考物理二轮复习近代物理——核反应与核能作业含答案

这是一份2023届高考物理二轮复习近代物理——核反应与核能作业含答案，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题等内容，欢迎下载使用。
近代物理——核反应与核能学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1.  太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为
已知和的质量分别为和，，为光速。在个转变成个的过程中，释放的能量约为(    )A.  B.  C.  D. 2.  多年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则(    )A. ，，是中子 B. ，，是电子
C. ，，是中子 D. ，，是电子3.  国家大科学工程中国散裂中子源于年月日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是(    )A. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子
B. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子
C. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子4.  年月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知的质量分别为，真空中的光速为，该反应中释放的能量为。下列说法正确的是(    )A. 为氘核 B. 为氚核
C.  D. 5.  如图，一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，在此过程中放射出电子的总个数为(    )
A.  B.  C.  D. 6.  医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间  后剩余的质量为，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为(    )
 A.  B.  C.  D. 7.  年月日，新一代“人造太阳”中国环流二号装置正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘核，氚核可以用中子轰击锂核得到。下列说法正确的是A. 上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量
B. 中子轰击锂核反应方程为
C. 中子轰击锂核发生了衰变
D. 氘核和氚核的比结合能均比氦核的比结合能大8.  锂核是不稳定的，一个静止的分裂时的核反应方程为，其中的动量大小为，的动量大小为，光子与运动方向相同，普朗克常量为。则A. 是中子 B. 是电子
C. 光子的波长为 D. 光子的波长为9.  两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为(    )A.  B.  C.  D. 10.  据报道，国将把核电站事故中处理的核废水排放入海，引起了全世界的极大关注。核废水中常含有氚等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全。氚衰变的半衰期长达年，衰变方程为，下列说法正确的是A. 方程中的应为中子
B. 可以通过加水稀释的方式降低核废水中氚总量的放射性
C. 经过年，氚剩余量为原来总量的
D. 氚衰变放出的射线穿透性很弱，用一张纸就能把它挡住11.  在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为。以下说法正确的是(    )A. 衰变方程中的是电子
B. 升高温度可以加快的衰变
C. 与的质量差等于衰变的质量亏损
D. 方程中的来自于内质子向中子的转化12.  幽门螺杆菌可产生高活性的尿素酶，当病人服用碳标记的尿素后，胃中的尿素酶可将尿素分解为氨和碳标记的，通过分析呼气中标记的的含量即可判断患者胃中幽门螺杆菌的存在。半衰期是年，而且大部分是衰变，其衰变方程为。则下列说法正确的是(    )A. 比多一个质子
B. 粒子来自于原子核
C. 含的化合物比单质衰变得可能慢些
D. 个经过年会有个发生衰变13.  随着人们生活节奏的加快和物质需求的增加，人类对化石能源的需求也在增多，为了摆脱人类对化石能源的依赖，科学家将未来能源指向了地球上的聚变燃料。海水中含有丰富的氘，核反应中的氚可以利用地球上储量丰富的锂来制取，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时同时放出一个粒子，辐射出一个光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是(    ) A. 此核反应辐射出的光子在真空中的波长
B. 这个反应的核反应方程是
C. 聚变后核子质量会减小，比结合能也会减小
D. 要使轻核发生聚变，可依靠核子之间的库仑引力，使核力能起作用发生热核反应14.  日本福岛核电站泄漏事故再升级，日本政府准备将大量受污染的核废水直接排入大海，遭到了来自日本国内乃至全世界人民的反对，核废水中含有大量无法中和的放射性氚，氚能通过衰变放射出射线，半衰期大约年，氚同时也是轻核聚变的重要原料，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时同时放出一个粒子，辐射出一个光子。下列说法正确的是(    )A. ，此方程中，且此反应属于衰变
B. 聚变后核子平均质量会减小，的结合能大于和的结合能之和
C. 个氚核发生衰变时，经过年，大约还有个氚核未发生衰变
D. 氚发生衰变时，射线来自原子核外的电子电离而产生二、多选题15.  年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素，反应方程为。会衰变成原子核，衰变方程为。则(    )A. 的质量数与的质量数相等 B. 的电荷数比的电荷数少
C. 的电荷数比的电荷数多 D. 的质量数与的质量数相等16.  我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是(    )A. 核聚变比核裂变更为安全、清洁
B. 任何两个原子核都可以发生聚变
C. 两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D. 两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加17.  年月日秦山核电站迎来了安全发电周年，核电站累计发电约，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(    )
A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为
C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D. 反应堆中存在的核反应18.  太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为为真空中的光速的氘核和一个质量为的氚核结合为一个质量为的氦核，并放出一个粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是(    )A. 粒子是质子
B. 粒子的质量为
C. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为三、计算题19.  氘核和氚核聚变时的核反应方程为，已知的平均结合能是，的平均结合能是，的平均结合能是，则核反应时释放的能量为多少？质量亏损为？结果均保留位有效数字20.  的质量是，质子的质量是，中子的质量是。为 原子质量的，称为原子质量单位。根据质能方程可知，相当于。。则：一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？氚核的结合能和比结合能各是多少？如果这些能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 21.  硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和粒子，释放出光子．已知核反应过程中质量亏损为，光子的能量为，硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为。
写出核反应方程并求出光子的波长；
求核反应放出的能量及氦核的比结合能。22.  在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为。以、分别表示粒子的质量和电荷量。放射性原子核用表示，新核的元素符号用表示，写出该衰变的核反应方程。粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。设该衰变过程释放的核能都转为粒子和新核的动能，新核的质量为，求衰变过程的质量亏损。
答案和解析 1. 【解析】解：反应过程中的质量亏损约为：
，
由于，
根据爱因斯坦质能方程可得：，故C正确，ABD错误。
故选：。
求出核反应过程中的质量亏损，再根据爱因斯坦质能方程进行求解。
本题主要是考查核反应过程中的能量计算，会计算质量亏损，能够利用爱因斯坦质能方程进行解答是关键。
 2. 【解析】解：核反应过程质量数与核电荷数守恒，
因此：，
解得：，，是中子，故A正确，BCD错误。
故选：。
 3. 【解析】由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则，可写出选项中的四个核反应方程
A.，A错误；
B.，B正确；
C.，C错误；
D.，D错误。
故选：。
 4. 【解析】核反应方程中原子核的电荷数和质量数均守恒，据此可知，的电荷数为，质量数为，故B正确，A错误；
由质能方程可知该反应中由于质量亏损释放的能量为：
但是由于该反应为人工控制的核反应，反应之前的两个原子核都具有一定的动能，反应之后新生成的原子核也具有一定的动能，反应前后原子核的的动能差记为，这样反应过程中释放的能量就为，故CD错误。
本题考查了核反应方程的电荷数、质量数守恒原则以及核反应中能量的相关问题，解题的关键是要了解在人工控制的核反应中释放的能量不等于原子核的亏损释放的能量。
 5. 【解析】【分析】
衰变电荷数少，质量数少，衰变电荷数多，质量数不变．根据该规律判断衰变的次数，再结合衰变的实质分析放出的电子个数。
解决本题的关键是知道衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒，放出的电子个数根据衰变的实质进行分析。
【解答】
由题图可知原子核的质量数为，电荷数为，即
原子核的质量数为，电荷数为，即
设经过次衰变和次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得：，
解得：，
发生衰变时，原子核内的中子转化为一个质子的同时放出一个电子，所以该过程共释放了个电子，故A正确，BCD错误。
故选：。  6. 【解析】解：由图可知质量为的衰变到质量为所用的时间，其中，，代入解得，故的半衰期为，故C正确，ABD错误。
故选：。
半衰期指的是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，从图像中可得出从质量为衰变到质量为所用的时间，即为半衰期。
本题考查学生对原子核半衰期的认识以及结合图像读取信息的能力，难度不大。
 7. 【解析】A.用中子轰击锂核的过程中，质量数守恒，电荷数守恒，核反应前后核子数相等，但反应过程会存在质量亏损，故生成物的质量小于反应物的质量，故A错误；
中子轰击锂核反应方程为，此为人工转变，并不是衰变，故B正确，C错误；
D.因为实验中的可控热核反应的方程是，比结合能越大的原子越稳定，故氘核和氚核的比结合能均比氦核的比结合能小，故D错误。
故选B。
 8. 【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程式得：，是质子，故AB错；
根据动量守恒得得，代入得，故C正确，D错误。
故选：。
 9. 【解析】解：设半衰期为的元素的原子核数为，半衰期为的元素的原子核数为，则经过后，尚未衰变的原子核总数经过后，尚未衰变的原子核总数联立解得。
故C正确，ABD错误。
故选C。
半衰期指大量原子核发生半数衰变所用的时间，根据两种元素的半衰期和所经历的时间计算未衰变的原子核总数。
本题考查原子核衰变，理解半衰期概念是解题关键，本题有两种元素同时衰变，注意分开计算两种元素未衰变原子核数。
 10. 【解析】、根据电荷数守恒和质量数守恒可得应为电子，发生的是衰变，射线穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，故AD错误；
B、不能通过加水稀释的方式降低核废水中氚总量，故B错误；
C、经过年，排入海水中的氚的剩余质量为，故C正确。
故选：。
 11. 【解析】A、根据质量数守恒可知的质量数，电荷数为，可知是电子，故A正确；
B、放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故B错误；
C、与的质量差等于电子质量与质量亏损的和，故C错误；
D、方程式中的电子来自于的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故D错误。
故选：。
 12. 【解析】解：、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，为，比多一个质子，故A正确；
：根据衰变的本质可知，粒子来自于原子核，故B错误；
C、半衰期是由原子核本身决定的，与是否是化合物无关，含的化合物和单质衰变一样快，故C错误；
D、半衰期是大量原子核的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，故D错误。
故选：。
衰变中原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子；衰变的过程中质量数与电荷数守恒；半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关；半衰期是统计规律。
本题考查原子核衰变与对半衰期的理解，解答的关键是要知道半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，同时要理解半衰期的统计意义。
 13. 【解析】A.根据爱因斯坦质能方程可知，该反应放出的光子能量，故光子在真空中的波长，故A正确；
B.根据质量数和电荷数守恒可知这个反应的核反应方程是，故B错误；
C.聚变后核子质量会减小，比结合能会增大，C错误；
D.要使轻核发生聚变，就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在 ，故依靠核子之间的库仑引力无法使核力起作用发生核反应，故D错误。
故选A。
 14. 【解析】A、该反应属于轻核聚变，A错误；
B、该反应释放能量，所以聚变后核子平均质量会减小，比结合能变大，故的结合能大于和的结合能之和，B正确；
C、半衰期是个统计规律，对象是大量的原子核，对于个别原子核是无法确定其衰变的，C错误；
D、氚发生衰变时，射线是一个中子变成质子时产生的，D错误。
故选：。
 15. 【解析】解：、设的质量数为，电荷数为，根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知：；
解得：，；
设的质量数为，电荷数为，根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知：；
解得：，；
A、的质量数与的质量数相等，都是，故A正确；
B、的电荷数比的电荷数多，故B错误；
C、的电荷数为，比铝的电荷数多，故C正确；
D、的质量数为，和铝的质量数不相等，故D错误。
故选：。
根据核反应方程中质量数和电荷数守恒，即可求出和的质量数和电荷数。
本题考查核反应方程的配平，要明确质量数守恒和电荷数守恒的应用。
 16. 【解析】A.与裂变相比轻核聚变辐射极少，废物容易处理，更为安全、清洁，故A正确；
B.自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素：氘与氚的聚变。不是任意的原子核都能发生核聚变，故B错误；
两个轻核结合成质量较大的核，出现质量亏损，则总质量较聚变前减小，结合时放出能量，则核子的比结合能增加，故D正确。
故选AD。
 17. 【解析】解：、目前核电站均利用铀核裂变释放的能量发电，故A错误；
B、秦山核电站年累计发电约，根据爱因斯坦质能方程得
，
核反应产生的能量不能完全转化为电能，故质量亏损比更多，故B错误；
C、铀核裂变可通过反应堆中的镉棒控制链式反应速度，故C正确；
D、用一个中子轰击铀核，产生个中子，铀核裂变方程式为：，其中核反应方程两端的中子不能约去，故D正确。
故选：。
核电站采用铀核裂变提供能量发电；核裂变是可控的链式反应；核能的利用率不能达到。
本题考查核能的应用，要注意正确区分核裂变和核聚变的区别，知道核电站的工作模式。
 18. 【解析】解：、根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：，可见是中子，故A错误；
B、释放出的能量对应的质量为，根据质量守恒定律可得粒子的质量为，故B正确；
C、太阳辐射的总功率约为，则太阳每秒因为辐射损失的质量为：
，故C正确；
D、太阳每秒放出的能量：
则太阳每秒因为辐射损失的质量为：，故D错误。
故选：。
根据质量数和电荷数守恒分析属于哪种粒子；求出释放出的能量对应的质量，根据质量守恒定律可得粒子的质量；根据爱因斯坦质能方程求解太阳每秒因为辐射损失的质量。
本题主要是考查核反应方程；解答此类题目关键要掌握：核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒；能够根据计算核反应过程中释放或吸收的能量。
 19.解：聚变反应前氘核和氚核的总结合能。
反应后生成的氦核的结合能。
由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为。
由得质量亏损为：  。 【解析】本题考查了利用质能方程计算核反应中的质量亏损，求解时注意单位的统一。
 20.解：一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程为，
反应前各核子总质量为，反应后新核的质量为。
质量亏损为，因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量释放的核能为
氚核的结合能即为，它的比结合能为。
放出光子的频率为  。 【解析】本题考查了核反应方程和爱因斯坦质能方程的基本运用。
 21. 解：根据质量数和电荷数守恒，可知生成的新核是锂核，核反应方程式：
；
根据可得光子的波长：；
根据质能方程可得核反应放出的能量
根据能量关系可得：
解得：。
答：核反应方程为，光子的波长为；
核反应放出的能量为，氦核的比结合能为。  【解析】根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程式，根据可得光子的波长；
根据质能方程可得核反应放出的能量，根据能量关系求解氦核的比结合能。
本题主要是考查核反应方程的书写、爱因斯坦质能方程以及比结合能，关键是掌握核反应方程的书写方法，比结合能的计算方法。
 22.解：由质量守恒及电荷守恒可得该衰变的核反应方程为；
粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力，设圆周运动的速率为，则有：，
则圆周运动的周期；
那么相当于环形电流在周期内通过的电量为，
则等效环形电流大小；
因为衰变时间极短，且衰变时内力远远大于外力，故认为在衰变过程中外力可忽略，则动量守恒，设新核的速度为，则有：；
由可得：，所以，，
则衰变过程使两粒子获得动能；
由于衰变过程，质量亏损产生的核能全部转化为粒子的动能，
故衰变过程的质量亏损； 【解析】本题考查放射性原子核发生衰变时核反应方程的写法以及粒子形成的环形电流的表达式和动量守恒定律，属于中档题型。