高考物理一轮复习课时作业55原子核与核反应（含解析）

原子核与核反应

一、选择题

1．(2018·上海学业考试)查德维克用α粒子轰击铍核，核反应方程式是24He＋49Be→x＋612C，其中的X是(　　)

A．质子　　　　　　　　 B．中子

C．电子   D．正电子

答案　B

解析　根据质量数和电荷数守恒可知，x的质量数为4＋9－12＝1，电荷数为0，故x为中子，故B项正确A、C、D三项错误．

2．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是(　　)

A．γ射线是频率很高的电磁波，它的电离本领最强

B．γ射线是波长很短的电磁波，它的穿透能力最强

C．α射线是原子核自发放射出的氦核流，它的穿透能力最强

D．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力

答案　B

解析　γ射线是频率很高的电磁波，波长很短，它的穿透能力最强，电离本领最弱．故A项错误；B项正确；α射线是原子核自发放射出的氦核流，它的穿透能力最弱，电离能力最强．故C项错误；β射线是从原子核内部放出的电子，它具有中等的穿透能力．故D项错误．

3．(2018·天津)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28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. 714N俘获一个α粒子，产生 817O并放出一个粒子

B．1327Al俘获一个α粒子，产生1530P并放出一个粒子

C. 511B俘获一个质子，产生48Be并放出一个粒子

D．36Li俘获一个质子，产生23He并放出一个粒子

答案　B

解析　A项， 714N俘获一个α粒子，产生 817O后，新粒子的质量数为14＋4－17＝1，电荷数为：7＋2－8＝1，所以粒子为质子．故A项错误；

B项，1327Al俘获一个α粒子，产生1530P后，粒子的质量数为27＋4－30＝1，电荷数为：13＋2－15＝0，所以粒子为中子．故B项正确；

C项， 511B俘获一个质子，产生48Be后，粒子的质量数为11＋1－8＝4，电荷数为：5＋1－4＝2，所以粒子为α粒子．故C项错误；

D项，36Li俘获一个质子，产生23He后，粒子的质量数为6＋1－3＝4，电荷数为：3＋1－2＝2，所以粒子为α粒子．故D项错误．

4．铀裂变的产物之一氪90(3690Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(4090Zr)，这些衰变是(　　)

A．1次α衰变，6次β衰变 B．4次β衰变

C．2次α衰变 D．2次α衰变，2次β衰变

答案　B

解析　原子核每经过一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．设氪90(3690Kr)经过x次α衰变，y次β衰变后变成锆90(4090Zr)，由衰变前后的质量数、电荷数守恒得4x＋90＝90，2x－y＋40＝36，解得x＝0，y＝4.

5．(多选)铀239( 92239U)经过衰变可产生钚239( 94239Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是(　　)

A. 94239Pu与 92239U的核内具有相同的中子数和不同的核子数

B．放射性物质 92239U发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子

C. 92239U经过2次β衰变产生 94239Pu

D．当温度变化时， 92239U的半衰期不变

答案　CD

解析　A项， 94239U的质量数A′＝239，核电荷数Z′＝94，则中子数n′＝239－94＝145

 92239U的质量数A＝239，核电荷数Z＝92，则中子数n＝A－Z＝239－92＝147

故 94239U和 92239U的核子数相同，但中子数不同．故A项错误．

B项，β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的．故B项错误．

C项， 92239U→2－1 0e＋ 94239p，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒．而反应物的核电荷数为92，生成物的核电荷数为94＋(－1)×2＝92，故核电荷数守恒，故反应能够发生，故C项正确．

D项，半衰期与物体的温度，状态均无关，而是由自身决定．故D项正确．

6．(2018·唐山三模)下列关于核反应方程及其表述正确的是(　　)

A. 92235U→3689Kr＋ 56144Ba＋201n为重核裂变反应

B．23He＋12H→24He＋11H为原子核的α衰变

C．12H＋13H→24He＋01n为轻孩聚变反应

D．23He＋1327Al→1530P＋11H为原子核的人工转变

答案　C

解析　A项，铀核的裂变需要吸收一个慢中子，在核反应方程中，等号两侧的中子不能约掉，故A项错误；

B项，聚变是质量较轻的核聚变为质量较大的核，23He＋12H→24He＋11H为轻孩聚变反应．B项错误；

C项，聚变是质量较轻的和聚变为质量较大的核，该核反应为为轻孩聚变反应．故C项正确；

D项，24He＋1327Al→1530P＋11H为发现质子的原子核的人工转变，选项中核反应的质量数不守恒．故D项错误．

7．现有一块质量为2M、含 92238U的矿石，其中 92238U的质量为2m.已知 92238U的半衰期为T，则下列说法正确的是(　　)

A．经过时间2T后，这块矿石基本不再含有 92238U了

B．经过时间2T后，矿石中的 92238U有未发生衰变

C．经过时间2T后，该矿石的质量剩下

D．经过时间3T后，矿石中 92238U的质量还剩

答案　B

解析　A项，经过2T剩余 92238U为：m1＝2m()2＝，发生衰变的为.故A项错误，B项正确；

C项，虽然 92238U发生衰变，但衰变的产物大部分仍然存在于矿石中，经过2T后，矿石的质量仍然接近2M.故C项错误；

D项，经过时间3T后该矿石中 92238U的质量还剩m2＝2m()3＝.故D项错误．

8．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是(　　)

A．一切原子核均具有结合能 B．自由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．比结合能越大的原子核越稳定

答案　AD

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时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A项正确、B项错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C项错误、D项正确．

9.如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是(　　)

A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量

B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量

C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量

D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量

答案　C

解析　因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A项错，同理可得B、D两项错，C项正确．

10．(2018·广东模拟)(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：

(1) 92235U＋01n→3890Sr＋ 54136Xe＋k01n

(2)12H＋13H→24He＋d01n

关于这两个方程的下列说法正确的是(　　)

A．方程(1)属于α衰变 B．方程(1)属于重核裂变

C．方程(2)属于轻核聚变 D．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1

答案　BCD

解析　方程(1)属于重核裂变，A项错误，B项正确；方程(2)属于轻核聚变，C项正确；由质量数守恒和电荷数守恒知，235＋1＝90＋136＋k，方程(1)中k＝10，2＋3＝4＋d，方程(2)中d＝1，D项正确．

11．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)

A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能

C．铯原子核( 55133Cs)的结合能小于铅原子核( 82208Pb)的结合能

D．比结合能越大，原子核越不稳定

E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

答案　ABC

解析　根据结合能的概念，将原子核分解成自由核子所需要的最小能量等于结合能，A项正确；比结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为比结合能更大的衰变产物，B项正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，C项正确；比结合能是指原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量，所以比结合能越大，原子核越牢固，D项错误；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成的原子核的结合能相等，E项错误．

12．13H的质量是3.016050 u，质子的质量为1.007277 u，中子的质量是1.008665 u．已知1 u相当于931 MeV，h＝6.63×10－34 J·s，一个质子和两个中子结合为氚核时，下列说法正确的是(　　)

A．释放的能量为7.97 MeV

B．吸收的能量为7.97 MeV

C．氚核的结合能即为7.97 MeV，比结合能为3.985 MeV

D．如果这些能量是以光子形式释放或吸收，则光子的频率是1.92×1015 Hz

答案　A

解析　质量亏损：Δm＝2mn＋mP－mH＝1.007277 u＋2×1.008665 u－3.016050 u＝0.008557 u，所以将放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(2mn＋mP－mHe)c2＝0.008 557×931.5＝7.97 MeV，故A项正确，B项错误；

2个中子和1个质子结合成13H时放出的能量为7.97 MeV，所以其结合能为7.97 MeV

13H的平均结合能为：E＝＝MeV＝2.66 MeV，故C项错误；

光子的能量为：E＝hν

所以：ν＝＝ Hz＝1.92×1021 Hz，故D项错误．

13．一静止原子核nmA衰变为2个静止原子核B和6个电子并释放热量E，其中A的核子比结合能为E1，B的比结合能比E2，释放时一个电子的初动能为E3，则下列说法正确的是(　　)

A．放出的B原子核为B B．E2－E1＝E3＋E

C．比结合能E1小于比结合能E2 D．该反应过程质量一定增加

答案　C

解析　nmA衰变为2个静止原子核B和6个电子，

则B的质量数为：2m′＝m

所以：m′＝

B的电荷数为：2n′＝n＋6

所以：n′＝＋3

则B粒子为：B.故A项错误；

B项，A的结合能为m·E1，B的结合能为m·E2，根据能量守恒可得：m·E2－m·E1＝E＋6E3.故B项错误；

C项，核反应的过程中释放热量，可知比结合能E1小于比结合能E2.故C项正确；

D项，该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损．故D项错误．

二、非选择题

14．(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　)

A. 92238U→ 90234Th＋24He是α衰变 B. 714N＋24He→ 817O＋11H是β衰变

C．12H＋13H→24He＋01n是轻核聚变 D．3482Se→3682Kr＋2－1 0e是重核裂变

(2)现有四个核反应：

A．12H＋13H→24He＋01n B. 92235U＋01n→X＋3689Kr＋301n

C．1124Na→1224Mg＋－1 0e D．24He＋49Be→ 612C＋01n

①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．

②求B中X的质量数和中子数．

答案　(1)AC　(2)①D　B　A　②144　88

解析　(1)A项为α衰变，B项为原子核的人工转变，C项为轻核聚变，D项为β衰变，故A、C两项正确．

(2)①D项为查德威克发现中子的核反应方程；B项是研究原子弹的基本核反应方程；A项是研究氢弹的基本核反应方程．

②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144

X的质子数为：92－36＝56

X的中子数为：144－56＝88.

15．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.0136 u，氦核

质量mHe＝3.0150 u，中子质量mn＝1.0087 u.

(1)计算释放出的结合能；

(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？

解析　(1)核反应方程为：12H＋12H―→01n＋13He.

设反应质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝0.0035 u.

由质能方程得释放核能ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.003 5×931.5 MeV＝3.26 MeV.

(2)将两氘核作为一个系统，由动量守恒有

0＝mHevHe＋mnvn①

由能量守恒有：mHevHe2＋mnvn2＝ΔE＋2Ek0②

由①②代入数据可得EkHe＝0.99 MeV，

Ekn＝2.97 MeV.