第七模塊 第16章 第2單元一、選擇題1(2020年重慶卷)某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為HCNQ1，HNCXQ2方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核HHeHeCNN質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推斷正確的是()AX是He，Q2>Q1 BX是He，Q2>Q1CX是He，Q2<Q1 DX是He，Q2<Q1解析：由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可確定X是粒子兩個核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損分別為m1(1.007812.000013.0057)u0.0021 u，m2(1.007815.000112.00004.0026)u0.0053 u，結(jié)合愛因斯坦質(zhì)能方程Qmc2知Q1<Q2，故B正確答案：B2(2020年廣東江門)雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的中微子(e)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎，他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615噸四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，信息中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核，其核反應(yīng)方程式為eClAre.已知Cl核的質(zhì)量為36.95658 u，Ar核的質(zhì)量為36.95691 u，e的質(zhì)量為0.00055 u,1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV.根據(jù)以上信息，可以判斷()A中微子不帶電B中微子就是中子C.Cl和Ar是同位素D參與上述反應(yīng)的中微子的最小能量約為0.82 MeV解析：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，可以判斷中微子所帶電荷數(shù)是零，質(zhì)量數(shù)是零，故A項正確，而中子的質(zhì)量數(shù)是1，故B項錯誤；同位素是電荷數(shù)相等，質(zhì)量數(shù)不等的同種元素，而Cl和Ar是兩種不同的元素，故C項錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程得中微子的質(zhì)量m(0.0005536.9569136.95658)u0.00088 u，而1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E931.5×0.00088 MeV0.82 MeV，故D項正確答案：AD3(2020年安徽卷)原子核聚變可望給人類未來提供豐富的潔凈能源當氘等離子體被加熱到適當高溫時，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為6 Hk Hed H2 n43.15 MeV由平衡條件可知()Ak1，d4 Bk2，d2Ck1，d6 Dk2，d3解析：核反應(yīng)的基本規(guī)律是質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，所以6×24kd2,6×12kd，解得k2，d2，因此B選項正確答案：B二、填空與計算題4在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多發(fā)出_條不同頻率的譜線解析：由題意知，這群氫原子原來處于n4的能級它向低能級躍遷時，發(fā)出光譜線的條數(shù)為4×3×6(種)答案：651911年盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗中，少數(shù)粒子發(fā)生了_(選填“大”或“小”)角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型若用動能為1 MeV的粒子轟擊金箔，則其速度約為_ m/s.(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×1027 kg,1 MeV1×106 eV)解析：通過粒子散射實驗可觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至有的原方向返回；粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成，由動能Ekmv2得，粒子的速度vm/s圖36.9×106 m/s.答案：大6.9×1066約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是_.P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù).1 mg P隨時間衰變的關(guān)系如圖3所示，請估算4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg?解析：P衰變的方程式：PSie，即這種粒子為正電子圖中縱坐標表示剩余P的質(zhì)量，經(jīng)過t天4 mg的P還剩0.25 mg，也就是1 mg中還剩mg0.0625 mg，由圖示估讀出此時對應(yīng)天數(shù)為56天答案：(1)正電子(2)t56天(5458天都算對)7靜止的鋰核(Li)俘獲一個速度為7.7×106 m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核(He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同(1)求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及方向；(2)此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，說明依據(jù)解析：(1)用m1、m2和m3分別表示中子(n)、氦核(He)和氚核的速度，由動量守恒定律得m1v1m2v2m3v3代入數(shù)值，得v38.1×106 m/s即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為8.1×106m/s方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反(2)反應(yīng)前的總動能E1m1v反應(yīng)后的總動能E2m2vm3v經(jīng)計算知E2>E1，故可知反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損答案：(1)8.1×106 m/s，與反應(yīng)前中子的速度方向相反(2)E2>E1發(fā)生了質(zhì)量虧損8假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.0136 u，中子的質(zhì)量是1.0087 u，氦核同位素的質(zhì)量是3.0150 u.(1)聚變的核反應(yīng)方程式是_，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為_MeV(保留兩位有效數(shù)字)(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為HHeLi，已知各核子比結(jié)合能分別為EH1.112 MeV、EHe7.075 MeV、ELi5.603 MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能解析：(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為HHHen.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：m2mH(mHemn)2×2.0136 u(3.01501.0087) u3.5×103u.由于1 u的質(zhì)量與931.5 MeV的能量相對應(yīng)，所以氘核聚變時放出的能量：E3.5×103×931.5 MeV3.3 MeV.(2)H和He分解成7個核子所需的能量為E13×1.112 MeV4×7.075 MeV31.636 MeV7個核子結(jié)合成Li，釋放的能量為E27×5.603 MeV39.221 MeV所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為EE2E139.221 MeV31.636 MeV7.585 MeV.答案：(1)HHHen3.3(2)7.585 MeV9(2020年青島模擬)為了捍衛(wèi)我國的領(lǐng)海主權(quán)，隨著我國綜合國力的不斷增強，相信在不遠的將來，我國會擁有自己的航空母艦，假設(shè)航空母艦的動力來自核反應(yīng)堆，其中主要的核反應(yīng)方程式是UnBaKr()n(1)在括號內(nèi)填出n前的系數(shù)；(2)用m1、m2、m3分別表示U、Ba、Kr核的質(zhì)量，m表示中子的質(zhì)量，則上述核反應(yīng)過程中一個鈾235核發(fā)生裂變產(chǎn)生的核能E是多少？(3)假設(shè)核反應(yīng)堆的功率P6.0×105 kW，若一個鈾235核裂變產(chǎn)生的能量為2.8×1011 J，則該航空母艦在海上航行一個月需要消耗多少kg鈾235？(鈾235的摩爾質(zhì)量M0.235 kg/mol，一個月約為t2.6×106 s，阿伏加德羅常數(shù)NA6.0×1023 mol1，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知系數(shù)為3.(2)Emc2(m1m2m32m)c2(3)一個月內(nèi)核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量為EPt，同時ENAE，所以PtNAE，解得m22 kg.答案：(1)3(2)(m1m2m32m)c2(3)22 kg10三個粒子結(jié)合成一個碳C，已知碳原子的質(zhì)量為12.0000 u，氦原子質(zhì)量為4.0026 u.(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)這個核反應(yīng)放出的能量是多少？(3)這個能量相當多少兆電子伏特？解析：3HeCEm3×4.0026 u12.0000 u0.0078 um0.0078×1.66×1027kg12.95×1027kgEm·c21.16×1012JE1.16×1012(1.6×1019)MeV7.25 MeVE0.0078×931.5 MeV7.25 MeV答案：(1)3HeCE(2)1.16×1012J(3)7.25 MeV11目前我國已啟動第三代核電自主化依托工程，確定三門核電站一號機組于2020年3月份開工，2020年3月澆筑第一罐混凝土，2020年8月首次并網(wǎng)發(fā)電，屆時它將成為世界上第一臺使用AP1000核電技術(shù)的核電站.U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時放出200 MeV的能量現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬kW的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol1)解析：鈾235釋放的能量等于一天發(fā)電的電能計算出50萬kW的電站一天發(fā)出的電能，也就是一天所需的鈾235釋放的核能，進而求得鈾235的質(zhì)量根據(jù)發(fā)電功率計算出每天應(yīng)發(fā)電能的總量為：E24×3.6×103×P4.32×1013J要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目為：n1.35×1024則對應(yīng)的質(zhì)量為：m·M×235×103 kg0.527 kg答案：0.527 kg12已知氘核(H)質(zhì)量為2.0136 u，中子(n)質(zhì)量為1.0087 u，氦核(He)質(zhì)量為3.0150 u,1 u相當于931.5 MeV.(1)寫出兩個氘核聚變成He的核反應(yīng)方程；(2)計算上述核反應(yīng)中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字)；(3)若兩個氘核以相同的動能0.35 MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，則反應(yīng)后生成的氦核(He)和中子(n)的速度大小之比是多少？解析：(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為：HHHen(2)質(zhì)量虧損m2mH(mHemn)2.0136 u×2(3.0150 u1.0087 u)0.0035 u由于1 u的質(zhì)量與931.5 MeV的能量相對應(yīng)，所以核反應(yīng)中釋放的核能為E0.0035×931.5 MeV3.26 MeV(3)由動量守恒定律有：0mHevHemnvn得vHevn13答案：(1)HHHen(2)3.26 MeV(3)13