1、核能类问题的切入点如下：1. 重核的裂变和轻核的聚变是获得核能的两个重要途径，是能量转化与守恒的重要应用。2. 爱因斯坦质能方程 是核能计算的依据，在核反应中，反应前后若有质量亏损 ，则可放出的能量为 ，这也是核能计算的常用方法。在具体应用中要注意单位制的统一与换算。3. 在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为新生核和新粒子的动能，可依据动量守恒和能量转化与守恒来计算核能及其分配关系1. 海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应如下：，其中氘核质量为 2.0136u，氦核质量为 3.1050u，中子质量为 1.0087u。求：（1）核反应中释放的核能； （2）在两
2、个氘核以相等的动能 0.35MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。解析：（1）由 得，释放的核能 MeV。（2）把两个氘核作为一个系统，对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量恒为零。又因为反应前后总能量守恒，故反应前后系统的总动量恒为零，即2. 科学家们为了验证爱因斯坦质能关系式 ，设计了如下试验：用动能为 的质子去轰击静止的锂核 ，生成两个 粒子，并测得这两个 粒子的动能之和为 ，已知， 。（1）写出核反应方程； （2）计算上述核反应所释放的能量 ；（3）通过计算结果说明 成立。解析：（1）该核反
3、应方程为：（2）该核反应前后增加的动能即为释放的核能（3）上述核反应质量亏损为按照爱因斯坦质能方程可算得该核反应所释放的能量为点评：本部分知识的应用重点是应用核反应过程中的质量亏损确定释放能量，再结合力学中的有关定理解决问题，涉及到对 知识迁移能力、信息的应用和物理公式的应用能力的考查。3太阳内部持续不断地发生着 4 个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源(1)写出这个核反应方程 (2)这一核反应能释放出多少能量？(3)已知太阳每秒释放能量为 3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少 kg?(4)若太阳质量减小万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能
4、存在多少年？(mp1.0073 u，m 4.0015 u，m e0.00055 u，太阳的质量为 21030 kg)解析：(1)核反应方程是 411H 24He2 10e. (2)这一核反应的质量亏损是 m4m pm 2m e0.0266 uEmc 20.0266931.5 MeV24.78 MeV.(3)由 Emc 2 得每秒太阳质量减少 m kg4.210 9 kg.Ec2 3.810263.01082(4)太阳的质量为 21030 kg，太阳还能存在的时间为 t s1.410 17 sMm 21030310 44.2109即为 4.5109 年 答案：(1)4 11H 24He2 10e
5、 (2)24.78 MeV (3)4.2109 kg (4)4.510 9 年4云室处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一静止的质量为 M 的原子核在云室中发生一次 衰变， 粒子的质量为 m，电荷量为 q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，且轨道半径为 R，试求衰变过程中的质量亏损(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计 )解析：设放出的 粒子的速率为 v，它在洛伦兹力作用下做半径为 R 的匀速圆周运动由牛顿第二定律，知 qvBmv 2/R 则 mvqBR 设衰变后剩余核的速度是 v，衰变过程中动量守恒(M m)vm v. 粒子、剩余核的动能来源于亏损的质量，有 mc2 (Mm) v 2 mv
6、2. 解得 m . 12 12 MqBR22c2mM m5(1)放射性物质 84210Po 和 2760Co 的核衰变方程分别为： 84210Po 82206PbX 1 2760Co 2860NiX 2方程中的 X1 代表的是_ ，X 2 代表的是_(2)如图 1521 所示，铅盒内装有能释放 、 和 射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场 E 或磁场 B，在图(a) 、(b) 中分别画出射线运动轨迹的示意图( 在所画轨迹上须标明是 、 和 中的哪种射线) 解析：(1) 由质量数守恒可知 X1、X2 的质量数分别为 4、0，由 电荷数守恒可知 X1、X2 的电荷数分 别为 2、1，故 X1
7、 是 24He，X2 是 1 0e.(2) 粒子带正电，在图(a)电场中向右偏，在图(b) 的磁场受到指向左侧的洛伦兹力向左偏， 粒子带负电，故在图(a)中向左偏而在 图(b)中向右偏， 粒子不带电，故不发生偏转 ，如 图所示(曲率半径不作要求，每种射线可只画一条轨迹) 答案：(1) 24He 1 0 e (2)见解析图6一个钚的同位素 94239Pu 的原子核静止在匀强磁场中某时刻该原子核垂直于磁场方向放射出一个 粒子，变成铀的同位素，同时辐射出能量为 E0.09 MeV 的光子已知钚原子核的质量 M0238.999655 u， 粒子的质量 m4.001509 u，反冲核的质量M234.99
8、3470 u取 1 uc2 931 MeV.(1)写出衰变的核反应方程(2) 粒子和反冲核的动能各是多少？(3)画出 粒子和反冲核在垂直于纸面向里的匀强磁场中运动轨迹的示意图解析：(1)由题意根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程 为 94239Pu 92235U 24HeE.(2)设衰变后 粒子的速度为 v，反冲核的速度 为 v，根据动量守恒和能量守恒，有mvMv (M0Mm )c2E E kE kU4.26 MeV由 Ek ，可整理得 所以 Ek 4.26 MeV 4.26 MeV4.19 MeVp22m EkEkU Mm MM m 235235 4EkU 4.26 MeV 4.26 MeV
9、0.07 MeV.mM m 4235 4(3)如图所示答案：(1) 94239Pu 92235U 24HeE (2)4.19 MeV 0.07 MeV (3)见解析图7钚的放射性同位素 Pu 静止时衰变为铀核激发态 U*和 粒子，而铀核激发态 U*立即衰变为23994 23592 23592铀核 U，并放出能量为 0.097 MeV 的 光子已知： Pu、 U 和 粒子的质量分别为23592 23994 23592mPu239.0521 u、m U 235.0439 u 和 m4.0026 u，1 u 931.5 MeV/c2.(1)写出衰变方程； (2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求 粒
10、子的动能解析：(1)衰变方程为 Pu U He (2)上述衰变过程的质量亏损为 mm Pum Um 23994 23592 42放出的能量为 Ec 2m 这 些能量是铀核 U 的动能 EU、 粒子的动能 E和 光子的能量 E之23592和EE UE E EUE (mPum Um )c2E 设衰变后的铀核和 粒子的速度分别为 vU 和 v，则由动量守恒有 mUvUm v 又由动能的定义知 EU mUv ，E mv12 2U 12 2得 E (mPum Um )c2E EUE mmU mUmU m代入题给数据得 E5.034 MeV.1关于 粒子的散射实验，下述不正确的是( A ) A 粒子发生大
11、角度散射的主要原因是原子中有正电荷B 粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C只有少数 粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D相同条件下，换用原子序数越小的物质做实验，沿同一偏转角散射的 粒子就越少2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( AD ) A医学上制成 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3.人
12、类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献.他们的主要成绩，下列说法中正确的是（ AD ）A.卢瑟福提出了原子的核式结构 B.查德威克发现了质子 C.卢瑟福把量子理论引入原子模型D.玻尔提出自己的原子结构假说，成功的解释了氢原子光谱4下列说法正确的是( BD ) A. 7N H C He 是 衰变方程 B. H H He 是核聚变反应方程15 1 126 42 1 21 32C. U Th He 是核裂变反应方程 D. He Al P n 是原子核的人工转变方程23892 23490 42 42 2713 30
13、15 105(2009福建高考)随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是_(填选项前的编号)卢瑟福 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构天然放射现象表明原子核内部有电子轻核聚变反应方程有： 12H 13H 24He 01n氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级和从 n2 能级跃迁到 n1 能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长6.某考古队发现一古生物骸骨考古专家根据骸骨中 614C 的含量推断出了该生物死亡的年代已知此骸骨中 614C 的含量为活着的生物体中 614C 的 1/4, 614C 的半衰期为 5730 年，该生物死亡
14、时距今约_11460_年92009 年高考天津理综卷下列说法正确的是( ) BDA. 7N H C He 是 衰变方程15 1 126 42B. H H He 是核聚变反应方程1 21 32C. U Th He 是核裂变反应方程23892 23490 42D. He Al P n 是原子核的人工转变方程42 2713 3015 1014. (5 分) 在 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H 的核反应，间接地证实了中微子的存在。1(1)中微子与水中的 H 发生
15、核反应，产生中子 ( n)和正电子( e)，即中微子 H n e，可1 10 0 1 1 10 0 1以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_。(填写选项前的字母)A0 和 0 B0 和 1C1 和 0 D1 和 1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子() ，即 e e 2。已知正电子和电子的质量都为 9.11031 kg，反应中产生的每个光子的能0 1 0 1量约为_ J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_。14. (5 分)解析：(1)由质量数守恒和电荷数守恒，可判断中微子的质量数和电荷数均为零。(2)正负电子相遇转变为一
16、对光子，由能量守恒和质能方程得 2mec22E故 Em ec29.110 31 321016 J8.210 14 J相遇前总动量为零，相遇后总动 量也为零，故不可能 转变为 一个光子。答案：(1)A (2)8.210 14 总动量为零19(7 分) 一个容器中有 2g 氢气，假设所有氢原子均处于第 5 能级，在向低能级跃迁时，求：(1)一共能辐射几种光子？(2)若阿伏加德罗常数用 NA 表示，当所有氢原子都跃迁到基态时，辐射的光子总数为多少？20(7 分)2009 年 12 月 28 日，山东海阳核电站一期工程举行开工仪式。工程规划建设两台 125 万千瓦的 AP1 000 三代核电机组。如果
17、铀 235 在中子的轰击下裂变为 Sr 和 Xe，质量 mu235.043 9 9038 13654u，m n1.008 7 u，m Sr89.907 7 u，m Xe135.907 2 u。(1)写出裂变方程：(2)求出一个铀核裂变放出的能量；(3)若铀矿石的浓度为 3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？19(7 分)解析：(1)辐射的光子种类 N 种10 种；5(5 1)2(2)2 g 氢气共含有 2NA 个氢原子如图所示，处于第 5 能级时，有 4 种跃迁方式，每种跃迁方式各放出 2NA NA 个光子；14 12处于第 4 能级的原子数为 NA，有 3 种跃迁方式，各放出 NA
18、NA 个光子；12 13 12 16处于第 3 能级的原子数为 NA NA NA，有两种跃迁方式，各放出 NA NA 个光子；12 16 23 12 23 13处于第 2 能级的原子数为 NA NA NAN A，只有一种跃迁方式，放出 NA 个光子；12 16 13放出的光子总数为 N 总 4 NA3 NA2 NAN A NA。12 16 13 256答案：(1)10 种 (2) NA25620(7 分)解析：(2)裂变过程的质量亏损 mm Um nm Srm Xe10m n0.150 7 u，释放的能量 Emc 20.150 7931 MeV140.3 MeV。(3)核电站一年的发电量 EP
19、t 212510 7365246060 J7.88410 16 J，由 ENE NAE，得 mm3%M EM3%NAE7.88410162353%6.021023140.31061.610 194.5710 7 g45.7 t。答案：(1) U n Sr Xe10 n (2)140.3 MeV (3)45.7 t 23592 10 9038 13654 101(2008海南高考)某考古队发现一古生物骸骨考古专家根据骸骨中 614C 的含量推断出了该生物死亡的年代已知此骸骨中 614C 的含量为活着的生物体中 614C 的 1/4, 614C的半衰期为 5730 年，该生物死亡时距今约_年解析：
20、根据公式 mm 0( ) (其中 m、m0 分别是现在与原来的质量， t 为距今的时间，12t 为半衰期)得 ( ) ，mm0 12 t5730 14所以 t11460 年答案：114602(2009福建高考)随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是_(填选项前的编号)卢瑟福 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构天然放射现象表明原子核内部有电子轻核聚变反应方程有： 12H 13H 24He 01n氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级和从 n2 能级跃迁到 n1 能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长解析：卢瑟福 粒子散射实验说
21、 明的是原子内部的结构而不是原子核内部的 结构；天然放射现象说明原子核具有复杂的结构；氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级放出的光子能量大于从 n2 能级跃迁到 n1 能级放出的光子能量，故前者波 长小于后者答案：3某核反应方程为 12H 13H 24HeX .已知 12H 的质量为 2.0136 u,13H 的质量为 3.0180 u,24He 的质量为 4.0026 u，X 的质量为 1.0087 u则(1)X 是什么粒子？(2)该反应释放能量还是吸收能量？解析：根据核反应前后质量数及电荷数守恒可得 X 为 01n(中子)反应前的总质量为 m12.0136 u3.0180 u5.0316
22、 u，反应后的总质量为 m24.0026 u1.0087 u 5.0113 u，由于 m1m 2，故反 应过程中 释放能量答案：(1)中子( 01n) (2) 释放能量6一个静止的氡核 86222Rn，放出一个 粒子后衰变为钋核 84218Po，同时放出能量为 E0.26 MeV 的光子假设放出的核能完全转变为钋核与 粒子的动能，不计光子的动量已知 M 氡 222.08663 u、m 4.0026 u、M 钋 218.0766 u，1 u 相当于 931.5 MeV的能量(1)写出上述核反应方程；(2)求出发生上述核反应放出的能量；(3)确定钋核与 粒子的动能解析：(1) 86222Rn 84
23、218Po 24He(2)质量亏损 m222.08663 u4.0026 u218.0766 u0.00743 uEmc 26.92 MeV(3)设 粒子、钋 核的动能分别为 Ek、Ek 钋 ，动量分别为 p、p 钋 ，由能量守恒定律得： EE kE k 钋 E不计光子的动量，由动量守恒定律得：0p p 钋又 Ekp22m故 EkE k 钋 2184联立上面式子解得Ek 钋 0.21 MeV ，Ek6.54 MeV.答案：见解析(全国卷 1)14原子核 经放射性衰变变为原子 ，继而经放射性衰变变为原子核 ，再238923490Th23491Pa经放射性衰变变为原子核 。放射性衰变、和依次为23
24、49A 衰变、 衷变和 衰变 B 衰变、 衷变和 衰变 C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变【答案】A【解析】 ，质量数少 4,电荷数少 2，说明为 衰变 。 ,质238234990UTh238234990UThHe2342349091hPa子数加 1，说明为 衰变，中子转化成质子 。 ，质子数加 1，说明343409091ThPae12a为 衰变，中子转化成质子 。2342911PaUe【考点】考查根据原子核的衰变反应方程，应用质量数与电荷数的守恒分析解决问题。（全国卷 2）14原子核 AZX与氘核 21H反应生成一个 粒子和一个质子。由此可知AA=2 ， Z=1 B. A=2
25、，Z=2 C. A=3，Z=3 D. A=3，Z=2【答案】D【解析】核反应方程为 ，应用质量数与电荷数的守恒 A+2=4+1，Z+1=2+1 ，解得2411AZeA=3，Z=2 ，选项 D 正确。【考点】核反应方程，质量数与电荷数的守恒（广东卷）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有A 是 衰变 B 是 衰变238234990UThHe1417728NHeOC 是轻核聚变 D 是重核裂变1120n8034361SKr【答案】AC【解析】B 选项的核反应方程是卢瑟福发现质子的核反应方程，B 错误。选项 D 核反应方程是 衰变，D 错误（上海卷）1卢瑟福提出原子的核式结构模型。这一模型建立的
26、基础是（ ）（A）粒子的散射实验 （B）对阴极射线的研究（C）天然放射性现象的发现 （D）质子的发现【答案】A.【解析】卢瑟福根据 粒子的散射实验结果，提出了原子的核式结构模型：原子核聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转。4现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）（A）天然放射性元素放出的能量 （B）人工放射性同位素放出的能量（C）重核裂变放出的能量 （D）化学反应放出的能量【答案】C【解析】核电站发电的能量来自于重核的裂变，选项 C 正确。8某放射性元素经过 114 天有 7/8 的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为（ ）（A）11.4 天 （B）7.6 天 （C）5.7
27、天 （D）3.8 天【答案】D【解析】根据 ， ，因为 天，所以 天，选项 D 正确。t1()283t1.4t1.438（四川卷）15.下列说法正确的是A 粒子大角度散射表明 粒子很难进入原子内部B氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C裂变反应有质量亏损，质量数不守恒D 射线是一种波长很短的电磁波【答案】D【解析】 粒子散射实验现象表明大多数 粒子不发生偏转，说明穿过了原子，少数 粒子发生偏转，说明无法穿过原子核，A 错误。光只有从光密介质进入光疏介质才可能发生全反射，空气和水比较水是光密介质，B 错误。裂变反应有质量亏损是由于核子的平均密度变化引起的，但核子的总数不变，即质量数守恒，C 错误。 射线是频率很大、波长很短的电磁波，D 正确。
