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备考2024届高考物理一轮复习分层练习第十六章近代物理第2讲原子核
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这是一份备考2024届高考物理一轮复习分层练习第十六章近代物理第2讲原子核，共7页。试卷主要包含了下列核反应方程，表述正确的是，在下列两个核反应方程中等内容，欢迎下载使用。
1.[2024福建宁德一中模拟]核能是一种重要的能量来源，我国目前正式投入运营的核电站利用的核反应是（ A ）
A.重核裂变，核燃料为铀
B.重核聚变，核燃烧为铀
C.轻核裂变，核燃烧为氘
D.轻核聚变，核燃料为氘
解析 我国目前运营的核电站是利用重核裂变获得能量的，核燃料为铀，故A正确，B、C、D错误.
2.[2023广东]理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应612C＋Y→816O的影响，下列说法正确的是（ D ）
A.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
解析
→Y为24He，即α粒子，A、B错
α射线与γ射线的比较如表所示
→D对，C错
3.下列核反应方程，表述正确的是（ D ）
A.12H＋13H→24He＋01n是α衰变
B. 90234Th→ 91234Pa＋－1 0e是核裂变
C. 714N＋24He→ 817O＋11H是核聚变
D. 92235U＋01n→ 56144Ba＋3689Kr+301n是核裂变
解析 21H＋31H→ 42He＋10n为轻核的聚变，故A错误； 90234Th→ 91234Pa＋ 0－1e为β衰变，故B错误； 714N＋42He→ 817O＋11H为原子核的人工转变，故C错误； 92235U＋10n→ 56144Ba＋3689Kr+310n为重核的裂变，故D正确.
4.在下列两个核反应方程中
X＋714N→Y＋817O
Y＋37Li2X
X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（ D ）
A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2
C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4
解析
ZAX＋714NY＋817OA+14=A1+17Z+7=Z1+8
Z1A1Y＋37Li→2ZAXA1+7=2AZ1+3=2Z→A=4Z=2→D对
光速解法 通过第二个核反应方程可知，2A＞7，所以A＞3.5，排除A、B、C项，快速选出D项.
5.[2024湖北“宜荆荆恩”起点考试]宇宙射线撞击空气中的氮原子能产生碳14原子.碳14具有放射性，衰变方式为β衰变，半衰期为5730年.关于一个碳14原子的衰变，以下说法正确的是（ D ）
A.碳14衰变时放出的β射线是电磁波
B.只有在温度很高时这个碳14原子才会衰变
C.碳14以化合物形式存在时，半衰期会发生改变
D.经过5730年，这个碳14原子不一定会衰变
解析 根据题意可知，该衰变方程为614C→714N＋－10e，β射线为电子，A错误；β衰变对温度没有要求，B错误；半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，仅由核内部自身因素决定，C错误；半衰期是统计学规律，适用于大量原子核的衰变，对少数原子核不成立，D正确.
6.[联系航天背景/2024福建泉州质检]“玉兔二号”是我国研制的月面巡视探测器，在月球上已经工作了4年多.若其上装核电池，将大大延长工作时间.核电池将94238Pu衰变释放的核能的一部分转化成电能，94238Pu的衰变方程为94238Pu→92234U＋X，已知94238Pu的质量为m1，92234U的质量为m2，X的质量为m3，光速为c，则（ D ）
A.衰变方程中的X为23He
B.衰变方程中的X为中子
C.该衰变过程释放的核能为（m1＋m2＋m3）c2
D.该衰变过程释放的核能为（m1－m2－m3）c2
解析
X为24He，A、B错
ΔE＝Δmc2⇒ΔE＝（m1－m2－m3）c2，C错，D对
7.[2023全国乙]2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献.由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J.假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为3×108m/s）（ C ）
A.1019kgB.1024kg
C.1029kgD.1034kg
解析 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，结合题意知，每秒钟平均减少的质量为Δm＝1048(3×108)2×60 kg＝10485.4×1018 kg≈1.85×1029 kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029 kg，C正确.
8.[多选]原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线，下列判断正确的有（ BC ）
A.24He核的结合能约为14MeV
B.24He核比36Li核更稳定
C.两个12H核结合成24He核时释放能量
D.23592U核的平均结合能比3689Kr核的大
解析 由题图可知，24He核的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的12H核结合成比结合能大的24He时，会释放能量，C正确；由题图可知，92235U核的比结合能（即平均结合能）比3689Kr核的小，D错误.
9.放射性元素90232Th经过多次α衰变和β衰变，最终变成稳定的82208Pb，则关于此衰变过程，下列说法正确的是（ C ）
A.α衰变的次数为4次
B.β衰变的次数为6次
C.衰变过程中产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近
D.某次衰变中，会同时放出一个α粒子和β粒子
解析 设此衰变过程经过m次α衰变和n次β衰变，则衰变方程为 90232Th→ 82208Pb＋m24He＋n－1 0e.根据质量数守恒和电荷数守恒可得232＝208＋4m、90＝82＋2m＋n·（－1），解得m＝6、n＝4，可知该衰变过程经过6次α衰变和4次β衰变，AB错误.α粒子的实质是高速运动的氦原子核，β粒子的实质是高速运动的电子，二者相比较，β粒子的速度更大，贯穿本领更强，所以衰变产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近，C正确.一次衰变只能释放一个α粒子或一个β粒子，D错误.
10.[多选]雷蒙德·戴维斯因研究中微子（νe）获诺贝尔物理学奖，中微子穿过贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）的巨桶时，可以将氯核转变成氩核，其核反应方程式为νe＋1737Cl→1837Ar＋－10e.已知1737Cl核的质量为36.95658u，1837Ar核的质量为36.95691u，－10e的质量为0.00055u，1u相当于931.5MeV.根据以上信息，下列判断正确的是（ BCD ）
A.中微子就是中子
B.中微子的质量数和电荷数均为零
C.反应前后质量数守恒
D.参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV
解析 由核反应过程中，反应前、后的质量数守恒、电荷数守恒可知，中微子的质量数为零、电荷数为零，而中子01n的质量数为1，A错误，B、C正确.反应前、后能量守恒，当此反应恰不释放能量时，对应参与反应的中微子能量最小，根据E＝mc2得，参与反应的中微子的最小能量为E＝（36.95691u＋0.00055u－36.95658u）×931.5MeV≈0.82MeV，D正确.
11.[2024浙江名校联考]在测定年代较近的湖泊沉积物形成的年份时，常利用沉积物中半衰期较短的82210Pb，其衰变方程为82210Pb→83210Bi＋X.下列说法正确的是（ A ）
A.衰变方程中的X是电子
B.为了精确测量时间，应该考虑温度变化对衰变的影响
C.82210Pb的结合能大于83210Bi的结合能
D.1000个82210Pb原子核经过一个半衰期后，还剩500个未衰变
解析 根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程中的X的质量数为0，电荷数为－1，则X是电子，A正确；由于原子核的半衰期与温度等外界条件无关，即温度变化对衰变无影响，所以B错误；由于核反应过程释放能量，生成物更加稳定，则82210Pb的比结合能小于83210Bi的比结合能，又两者的核子数相等，所以82210Pb的结合能小于83210Bi的结合能【点拨：比结合能＝结合能核子数】，C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，D错误.
12.[2024江西九校联考]太阳的氢聚变反应至今为止已经历了几十亿年，某同学为了估算出太阳的燃烧寿命，根据相关资料得知太阳的质量为2×1030kg，地球与太阳之间的距离为1.5×1011m，地球接收到太阳的光强为1.4×103W/m2，试估算出太阳还能燃烧多少年（ B ）
A.1010年B.1013年
C.1016年D.1018年
解析 根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，太阳完全燃烧可以释放的能量为E＝1.8×1047 J，太阳释放太阳光的功率为P＝1.4×103×4π×(1.5×1011)2 W≈4×1026 W，则太阳燃烧的时间t＝EP＝1.8×1047 J4×1026 W＝4.5×1020 s＝4.5×1020365×24×3 600年≈1.4×1013年，B正确.
13.[核反应与能量、动量综合/2023山东青岛统考]“嫦娥三号”着陆器和月球车首次使用了94238Pu同位素核电池，该电池将放射性同位素94238Pu衰变时释放的能量通过温差热电转换器转化为电能，在恶劣的月球环境中支持月球车低速移动及与地球间不间断通讯.已知94238Pu的半衰期为88年，衰变方程为94238Pu→92234U＋X，94238Pu、92234U、X的结合能分别为E1、E2、E3，一次衰变释放能量为ΔE，下列说法正确的是（ B ）
A.94238Pu衰变放出的射线是高速氦核流，能穿透几毫米厚的铝板
B.一次94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1
C.经过88年，同位素核电池内的94238Pu剩余25％
D.若一静止94238Pu核衰变释放的能量全部转化为92234U和X的动能，则92234U的动能为2ΔE117
解析 由衰变前后的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为238－234＝4，电荷数为94－92＝2，则X为氦核，即α粒子，穿透能力弱，能被一张薄纸阻挡，故A错误；一次 94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1，故B正确；94238Pu的半衰期为88年，经过88年，同位素核电池内的 94238Pu剩余50％，故C错误；衰变过程由动量守恒定律可得0＝pU＋pα，由能量守恒定律可得ΔE＝EkU＋Ekα，又Ek＝p22m，解得 92234U的动能为EkU＝4234+4ΔE＝2ΔE119，故D错误.
14.[核反应与动量、物质波综合/2023江苏徐州统考]我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（1222Mg）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为1222Mg→ZANe＋211H＋γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同.已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求：
（1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ；
（2）γ光子的动量大小p.
答案 （1）A＝20，Z＝10，λ＝hm1v1 （2）p＝m1v1－2m2v2
解析 （1）根据质量数守恒可知，氖核的质量数A＝22－2×1＝20
根据电荷数守恒可知，氖核的电荷数Z＝12－2×1＝10
氖核的物质波波长λ＝hpNe
其中氖核的动量pNe＝m1v1
解得氖核的物质波波长λ＝hm1v1
（2）设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有m1v1＋2m2（－v2）－p＝0
解得p＝m1v1－2m2v2.射线种类
穿透能力
电离能力
α射线
弱（能被纸张挡住）
强
γ射线
强（能穿透几厘米厚的铅板）
几乎为零
1.[2024福建宁德一中模拟]核能是一种重要的能量来源，我国目前正式投入运营的核电站利用的核反应是（ A ）
A.重核裂变，核燃料为铀
B.重核聚变，核燃烧为铀
C.轻核裂变，核燃烧为氘
D.轻核聚变，核燃料为氘
解析 我国目前运营的核电站是利用重核裂变获得能量的，核燃料为铀，故A正确，B、C、D错误.
2.[2023广东]理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应612C＋Y→816O的影响，下列说法正确的是（ D ）
A.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
解析
→Y为24He，即α粒子，A、B错
α射线与γ射线的比较如表所示
→D对，C错
3.下列核反应方程，表述正确的是（ D ）
A.12H＋13H→24He＋01n是α衰变
B. 90234Th→ 91234Pa＋－1 0e是核裂变
C. 714N＋24He→ 817O＋11H是核聚变
D. 92235U＋01n→ 56144Ba＋3689Kr+301n是核裂变
解析 21H＋31H→ 42He＋10n为轻核的聚变，故A错误； 90234Th→ 91234Pa＋ 0－1e为β衰变，故B错误； 714N＋42He→ 817O＋11H为原子核的人工转变，故C错误； 92235U＋10n→ 56144Ba＋3689Kr+310n为重核的裂变，故D正确.
4.在下列两个核反应方程中
X＋714N→Y＋817O
Y＋37Li2X
X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（ D ）
A.Z＝1，A＝1B.Z＝1，A＝2
C.Z＝2，A＝3D.Z＝2，A＝4
解析
ZAX＋714NY＋817OA+14=A1+17Z+7=Z1+8
Z1A1Y＋37Li→2ZAXA1+7=2AZ1+3=2Z→A=4Z=2→D对
光速解法 通过第二个核反应方程可知，2A＞7，所以A＞3.5，排除A、B、C项，快速选出D项.
5.[2024湖北“宜荆荆恩”起点考试]宇宙射线撞击空气中的氮原子能产生碳14原子.碳14具有放射性，衰变方式为β衰变，半衰期为5730年.关于一个碳14原子的衰变，以下说法正确的是（ D ）
A.碳14衰变时放出的β射线是电磁波
B.只有在温度很高时这个碳14原子才会衰变
C.碳14以化合物形式存在时，半衰期会发生改变
D.经过5730年，这个碳14原子不一定会衰变
解析 根据题意可知，该衰变方程为614C→714N＋－10e，β射线为电子，A错误；β衰变对温度没有要求，B错误；半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，仅由核内部自身因素决定，C错误；半衰期是统计学规律，适用于大量原子核的衰变，对少数原子核不成立，D正确.
6.[联系航天背景/2024福建泉州质检]“玉兔二号”是我国研制的月面巡视探测器，在月球上已经工作了4年多.若其上装核电池，将大大延长工作时间.核电池将94238Pu衰变释放的核能的一部分转化成电能，94238Pu的衰变方程为94238Pu→92234U＋X，已知94238Pu的质量为m1，92234U的质量为m2，X的质量为m3，光速为c，则（ D ）
A.衰变方程中的X为23He
B.衰变方程中的X为中子
C.该衰变过程释放的核能为（m1＋m2＋m3）c2
D.该衰变过程释放的核能为（m1－m2－m3）c2
解析
X为24He，A、B错
ΔE＝Δmc2⇒ΔE＝（m1－m2－m3）c2，C错，D对
7.[2023全国乙]2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献.由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J.假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为3×108m/s）（ C ）
A.1019kgB.1024kg
C.1029kgD.1034kg
解析 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，结合题意知，每秒钟平均减少的质量为Δm＝1048(3×108)2×60 kg＝10485.4×1018 kg≈1.85×1029 kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029 kg，C正确.
8.[多选]原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线，下列判断正确的有（ BC ）
A.24He核的结合能约为14MeV
B.24He核比36Li核更稳定
C.两个12H核结合成24He核时释放能量
D.23592U核的平均结合能比3689Kr核的大
解析 由题图可知，24He核的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B正确；两个比结合能小的12H核结合成比结合能大的24He时，会释放能量，C正确；由题图可知，92235U核的比结合能（即平均结合能）比3689Kr核的小，D错误.
9.放射性元素90232Th经过多次α衰变和β衰变，最终变成稳定的82208Pb，则关于此衰变过程，下列说法正确的是（ C ）
A.α衰变的次数为4次
B.β衰变的次数为6次
C.衰变过程中产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近
D.某次衰变中，会同时放出一个α粒子和β粒子
解析 设此衰变过程经过m次α衰变和n次β衰变，则衰变方程为 90232Th→ 82208Pb＋m24He＋n－1 0e.根据质量数守恒和电荷数守恒可得232＝208＋4m、90＝82＋2m＋n·（－1），解得m＝6、n＝4，可知该衰变过程经过6次α衰变和4次β衰变，AB错误.α粒子的实质是高速运动的氦原子核，β粒子的实质是高速运动的电子，二者相比较，β粒子的速度更大，贯穿本领更强，所以衰变产生的α粒子比β粒子在空气中传播得近，C正确.一次衰变只能释放一个α粒子或一个β粒子，D错误.
10.[多选]雷蒙德·戴维斯因研究中微子（νe）获诺贝尔物理学奖，中微子穿过贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）的巨桶时，可以将氯核转变成氩核，其核反应方程式为νe＋1737Cl→1837Ar＋－10e.已知1737Cl核的质量为36.95658u，1837Ar核的质量为36.95691u，－10e的质量为0.00055u，1u相当于931.5MeV.根据以上信息，下列判断正确的是（ BCD ）
A.中微子就是中子
B.中微子的质量数和电荷数均为零
C.反应前后质量数守恒
D.参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82MeV
解析 由核反应过程中，反应前、后的质量数守恒、电荷数守恒可知，中微子的质量数为零、电荷数为零，而中子01n的质量数为1，A错误，B、C正确.反应前、后能量守恒，当此反应恰不释放能量时，对应参与反应的中微子能量最小，根据E＝mc2得，参与反应的中微子的最小能量为E＝（36.95691u＋0.00055u－36.95658u）×931.5MeV≈0.82MeV，D正确.
11.[2024浙江名校联考]在测定年代较近的湖泊沉积物形成的年份时，常利用沉积物中半衰期较短的82210Pb，其衰变方程为82210Pb→83210Bi＋X.下列说法正确的是（ A ）
A.衰变方程中的X是电子
B.为了精确测量时间，应该考虑温度变化对衰变的影响
C.82210Pb的结合能大于83210Bi的结合能
D.1000个82210Pb原子核经过一个半衰期后，还剩500个未衰变
解析 根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程中的X的质量数为0，电荷数为－1，则X是电子，A正确；由于原子核的半衰期与温度等外界条件无关，即温度变化对衰变无影响，所以B错误；由于核反应过程释放能量，生成物更加稳定，则82210Pb的比结合能小于83210Bi的比结合能，又两者的核子数相等，所以82210Pb的结合能小于83210Bi的结合能【点拨：比结合能＝结合能核子数】，C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适用，D错误.
12.[2024江西九校联考]太阳的氢聚变反应至今为止已经历了几十亿年，某同学为了估算出太阳的燃烧寿命，根据相关资料得知太阳的质量为2×1030kg，地球与太阳之间的距离为1.5×1011m，地球接收到太阳的光强为1.4×103W/m2，试估算出太阳还能燃烧多少年（ B ）
A.1010年B.1013年
C.1016年D.1018年
解析 根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，太阳完全燃烧可以释放的能量为E＝1.8×1047 J，太阳释放太阳光的功率为P＝1.4×103×4π×(1.5×1011)2 W≈4×1026 W，则太阳燃烧的时间t＝EP＝1.8×1047 J4×1026 W＝4.5×1020 s＝4.5×1020365×24×3 600年≈1.4×1013年，B正确.
13.[核反应与能量、动量综合/2023山东青岛统考]“嫦娥三号”着陆器和月球车首次使用了94238Pu同位素核电池，该电池将放射性同位素94238Pu衰变时释放的能量通过温差热电转换器转化为电能，在恶劣的月球环境中支持月球车低速移动及与地球间不间断通讯.已知94238Pu的半衰期为88年，衰变方程为94238Pu→92234U＋X，94238Pu、92234U、X的结合能分别为E1、E2、E3，一次衰变释放能量为ΔE，下列说法正确的是（ B ）
A.94238Pu衰变放出的射线是高速氦核流，能穿透几毫米厚的铝板
B.一次94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1
C.经过88年，同位素核电池内的94238Pu剩余25％
D.若一静止94238Pu核衰变释放的能量全部转化为92234U和X的动能，则92234U的动能为2ΔE117
解析 由衰变前后的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为238－234＝4，电荷数为94－92＝2，则X为氦核，即α粒子，穿透能力弱，能被一张薄纸阻挡，故A错误；一次 94238Pu衰变释放的能量ΔE＝E2＋E3－E1，故B正确；94238Pu的半衰期为88年，经过88年，同位素核电池内的 94238Pu剩余50％，故C错误；衰变过程由动量守恒定律可得0＝pU＋pα，由能量守恒定律可得ΔE＝EkU＋Ekα，又Ek＝p22m，解得 92234U的动能为EkU＝4234+4ΔE＝2ΔE119，故D错误.
14.[核反应与动量、物质波综合/2023江苏徐州统考]我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（1222Mg）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为1222Mg→ZANe＋211H＋γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同.已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求：
（1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ；
（2）γ光子的动量大小p.
答案 （1）A＝20，Z＝10，λ＝hm1v1 （2）p＝m1v1－2m2v2
解析 （1）根据质量数守恒可知，氖核的质量数A＝22－2×1＝20
根据电荷数守恒可知，氖核的电荷数Z＝12－2×1＝10
氖核的物质波波长λ＝hpNe
其中氖核的动量pNe＝m1v1
解得氖核的物质波波长λ＝hm1v1
（2）设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有m1v1＋2m2（－v2）－p＝0
解得p＝m1v1－2m2v2.射线种类
穿透能力
电离能力
α射线
弱（能被纸张挡住）
强
γ射线
强（能穿透几厘米厚的铅板）
几乎为零
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