【物理】2020届一轮复习人教版第十三章第2讲原子核学案

【物理】2020届一轮复习人教版第十三章第2讲原子核学案

第 2 讲　原子核 [考试标准] 知识内容 考试要求 说明 原子核的组成 a 放射性元素的衰变 c 探测射线的方法 a 放射性的应用与防护 a 核力与结合能 c 核裂变 c 核聚变 c 粒子和宇宙 a 1.不要求识记反映三种放射线穿透能力的数据. 2.不要求知道威尔逊云室、气泡室的工作原理. 3.不要求知道盖革—米勒计数器的技术细节. 4.不要求了解比结合能概念以及比结合能曲线. 5.不要求了解核电站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚变中的技术问题. 7.不要求识记新粒子以及各种夸克的名称. 8.不要求识记宇宙与恒星演化的细节. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、原子核的组成 1.天然放射现象 (1)天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复 杂的结构. (2)三种射线 名称 构成 符号 电离 能力 贯穿 本领 α 射线 氦核 42He 最强 最弱 β 射线 电子 　 0-1e 较弱 较强 γ 射线 光子 γ 最弱 最强 2.原子核的组成 (1)原子核由质子(11H)和中子(10n)组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电. (2)基本关系 ①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数. ②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数. (3)X 元素的原子核的符号为 AZX，其中 A 表示质量数，Z 表示核电荷数. (4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互 称为同位素. 自测 1 　与原子核内部变化有关的现象是(　　) A.α 粒子散射现象 B.光电效应现象 C.电离现象 D.天然放射现象 答案　D 二、放射性元素的衰变 1.原子核的衰变 (1)原子核放出 α 粒子或 β 粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变. (2)分类 α 衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He β 衰变：AZX→　 AZ + 1Y＋ 0-1e 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 α 衰变，有的发生 β 衰变，同时伴随着 γ 辐射. (3)两个典型的衰变方程 α 衰变：23892 U→23490 Th＋42He β 衰变：23490 Th→23491 Pa＋ 0－1e. 2.半衰期 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. 自测 2 　表示放射性元素碘 131(13153 I)β 衰变的方程是(　　) A. 13153 I→12751 Sb＋42He B.13153 I→13154 Xe＋ 0-1e C. 13153 I→13053 I＋10n D.13153 I→13052 Te＋11H 答案　B 三、探测射线的方法 威尔逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器. 四、放射性的应用与防护 1.应用射线：工业上可以使用射线来测厚度、医疗方面可以放射治疗、利用 γ 射线照射种子 来培育优良品种等. 2.示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子. 3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用.要防止 放射性物质对水源、空气、用具等的污染. 自测 3 　医学界通过 14C 标记的 C60 发现了一种 C60 的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断 裂 DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，则 14C 的用途是(　　) A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 答案　A 五、核裂变 1.典型的裂变反应方程： 23592 U＋10n→8936Kr＋14456 Ba＋310n. 2.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程. 3.临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量. 4.裂变的应用：原子弹、核反应堆. 六、核聚变 1.典型的聚变反应方程： 21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV 2.人工转变： (1)卢瑟福发现质子：147 N＋42He→178 O＋11H. (2)查德威克发现中子：94Be＋42He→126 C＋10n. 自测 4 　(多选)下列说法正确的是(　　) A.重核裂变时放出能量，而轻核聚变时吸收能量 B.轻核聚变必须在很高的温度下才能进行 C.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 D.人类制成了原子弹，从而实现了用人工方法控制链式反应的速度，和平利用核能 答案　BC 命题点一　原子核的衰变及半衰期 1.衰变规律及实质 (1)α 衰变、β 衰变的比较 衰变类型 α 衰变 β 衰变 衰变过程 AZX→A－4Z－2Y＋42He AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合成一个整 1 个中子转化为 1 个质子和 体射出 1 个电子 211H＋210n→42He 10n→11H＋ 0－1e 匀强磁场中 轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 (2)γ 射线：γ 射线经常伴随着 α 衰变或 β 衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生 α 衰变 或 β 衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子. 2.确定衰变次数的方法 因为 β 衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定 α 衰变的次数，然后再根据衰变规 律确定 β 衰变的次数. 3.半衰期 (1)公式：N 余＝N 原(1 2) ，m 余＝m 原(1 2) . (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状 态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关. 例 1 　一静止的铀核放出一个 α 粒子衰变成钍核，衰变方程为23892 U→23490 Th＋42He，下列说法 正确的是(　　) A.衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的时间 D.衰变后 α 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 答案　B 解析　静止的铀核在 α 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 pTh＋pα＝0， 即钍核的动量和 α 粒子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确；根据 Ek＝ p2 2m可知，选项 A 错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个 α 粒子不适用，选项 C 错误；铀核在衰变过程中， 伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后 α 粒子与钍核的质量之 和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误. 变式 1 　(多选)(2018·台州市 3 月选考)关于天然放射现象，下列说法正确的是(　　) A.23592 U 经过 7 次 α 衰变和 4 次 β 衰变后得到 20782 Pb B.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，其半衰期不变 C.β 衰变所释放的电子是原子核内的质子转变成中子时产生的 D.在 α、β、γ 这三种射线中，α 射线的电离能力最强，γ 射线的穿透能力最强 t T t T 答案　ABD 变式 2 　放射性元素 A 经过 2 次 α 衰变和 1 次 β 衰变后生成一新元素 B，则元素 B 在元素周 期表中的位置较元素 A 的位置向前移动了(　　) A.1 位 B.2 位 C.3 位 D.4 位 答案　C 解析　原子核经过一次 α 衰变，电荷数减小 2，所以经过 2 次 α 衰变后电荷数减小 4；同时， 经过一次 β 衰变，电荷数增加 1；所以元素 A 经过 2 次 α 衰变和 1 次 β 衰变后电荷数减小 3， 则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移 3 位，故 C 正确，A、B、D 错误. 变式 3 　在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是(　　) A.α 射线、β 射线和 γ 射线都是电磁波 B.在 α、β、γ 三种射线中，γ 射线的电离能力最强 C.氡的半衰期为 3.8 天，4 个氡原子核经过 7.6 天后一定只剩下 1 个氡原子核 D.放射性元素发生 β 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 答案　D 解析　α 射线是高速 42He 核流，β 射线是高速电子流，γ 射线是能量很高的电磁波，A 项错误. 在 α、β、γ 三种射线中，α 射线的电离能力最强，γ 射线的电离能力最弱，B 项错误.半衰期 是对大量原子核的衰变行为作出的统计规律，对于少数原子核无意义，C 项错误. 命题点二　核反应及核反应类型 1.核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 α 衰变 自发 23892 U→23490 Th＋42He 衰变 β 衰变 自发 23490 Th→23491 Pa＋ 0－1e 147 N＋42He→178 O＋11H(卢瑟福发现质子) 42He＋94Be→126 C＋10n(查德威克发现中子) 2713Al＋42He→3015P＋10n 人工 转变 人工控制 3015P→3014Si＋ 0＋1e 约里奥－居里夫妇发现放射 性同位素，同时发现正电子 23592 U＋10n→14456 Ba＋8936Kr＋310n重核 裂变 容易控制 23592 U＋10n→13654 Xe＋9038Sr＋1010n 轻核 聚变 很难控制 21H＋31H→42He＋10n 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、α 粒子 (42He)、β 粒子( 0－1e)、正电子( 0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等. (2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依 据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向. (3)核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒. 例 2 　(多选)(2017·浙江 11 月选考·14)下列说法正确的是(　　) A.核聚变反应方程可能为 21H＋31H→42He＋210n B.铀核裂变的核反应方程可能为 23592 U＋10n→14054 Xe＋9438Sr＋210n C.发生 β 衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分 D.中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为 Δm，则氘核的结合能为 Δmc2 答案　BD 解析　选项 A 的核反应方程为 21H＋31H→42He＋10n，选项 A 错误；根据重核裂变的核反应方程 配平方式可知，选项 B 正确；β 衰变时原子核内部中子衰变为质子时释放出高速电子，电子 并不是原子核的组成部分，选项 C 错误；根据 ΔE＝Δmc2 可知，选项 D 正确. 变式 4 　(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　) A.23892 U→23490 Th＋42He 是 α 衰变 B.147 N＋42He→178 O＋11H 是 β 衰变 C.21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变 D.8234Se→8236Kr＋2 0－1e 是重核裂变 答案　AC 解析　A 为 α 衰变，B 为原子核的人工转变，C 为轻核聚变，D 为 β 衰变，故 A、C 正确. 变式 5 　(多选)一静止的铝原子核 2713Al 俘获一速度为 1.0×107 m/s 的质子 p 后，变为处于激 发态的硅原子核 2814Si*.下列说法正确的是(　　) A.核反应方程为 p＋2713Al→2814Si* B.核反应过程中系统动量守恒 C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 答案　AB 解析　根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为 p＋2713Al→2814Si*，A 正确；核反应过程中 释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B 正确，C 错误；由于反应过程中，要释放大 量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D 错误. 变式 6 　(多选)现有如下两个核反应方程分别为： X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV 21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV 下列表述正确的是(　　) A.X 是质子 B.Y 的质子数是 3，中子数是 3 C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应 答案　BD 解析　根据核反应方程：21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV，X 的质量数：A1＝2＋3－4＝1，核电 荷数：Z1＝1＋1－2＝0，所以 X 是中子，故 A 错误；根据核反应方程：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV，X 是中子，所以 Y 的质量数：A2＝4＋3－1＝6，核电荷数：Z2＝2＋1－0＝3，所以 Y 的质子数是 3，中子数是 3，故 B 正确；根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出 来，所以一定都有质量亏损，故 C 错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量 比较大的新核，所以是核聚变反应，故 D 正确. 命题点三　质量亏损及核能的计算 1.根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损 Δm. 2.根据爱因斯坦质能方程 ΔE＝Δmc2 计算核能. 质能方程 ΔE＝Δmc2 中 Δm 的单位用“kg”，c 的单位用“m/s”，则 ΔE 的单位为“J”. 3.ΔE＝Δmc2 中，若 Δm 的单位用“u”，则可直接利用 ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算 ΔE，此时 ΔE 的单位为“MeV”，即 1 u＝1.660 6×10－27 kg，对应的能量为 931.5 MeV，这个结论可在计算 中直接应用. 例 3 　(多选)(2018·温州市期中)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，并用于“嫦 娥三号”的着陆器和月球车上，核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释 放出的能量转变为电能.“嫦娥三号”采用放射性同位素23994 Pu，静止的 23994 Pu 衰变为铀核 23592 U 和 α 粒子，并放出频率为 ν 的 γ 光子，已知 23994 Pu、23592 U 和 α 粒子的质量分别为 mPu、mU、 mα.下列说法正确的是(　　) A.23994 Pu 的衰变方程为 23994 Pu→23592 U＋42He＋γ B.此核反应过程中质量亏损为 Δm＝mPu－mU－mα C.释放出的 γ 光子的能量为(mPu－mU－mα)c2 D.反应后 23592 U 和 α 粒子结合能之和比 23994 Pu 的结合能大 答案　ABD 解析　根据质量数守恒与电荷数守恒可知，23994 Pu 的衰变方程为 23994 Pu→23592 U＋42He＋γ，故 A 正 确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，为 Δm＝mPu－mU－mα，故 B 正确； 核反应的过程中释放的能量：E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为 新核与 α 粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故 C 错误；23994 Pu 衰变成 23592 U 和 α 粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子 变得更稳定，所以反应后 23592 U 和 α 粒子结合能之和比 23994 Pu 的结合能大，故 D 正确. 变式 7 　(多选)(2018·七彩阳光联盟期中)裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 23592 U 为燃料的反应堆中，当 23592 U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一 种可表示为(　　) 　23592 U　　＋　10n　　→　　13954 Xe　　＋　9438Sr＋X 235.043 9　　1.008 7　　138.917 8　　93.915 4 反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位 u 为单位)，已知 1 u 的 质量对应的能量为 9.3×102 MeV，则(　　) A.此反应方程式中的 X 是 210n B.此反应释放出的能量约为 1.8×102 MeV C.此反应前后能量守恒 D.此反应前后动量不守恒 答案　BC 变式 8 　(多选)目前核电站都是利用铀核裂变释放大量核能进行发电，其发生的核反应方程 是 23592 U＋10n→14156 Ba＋9236Kr＋X10n，一座发电功率为 P＝1.00×106 kW 的核电站，核能转化为电 能的效率 η＝50%，每次核反应过程中放出的核能 ΔE＝2.78×10 －11 J，铀核的质量 mU＝ 390×10－27 kg，则下列说法正确的是(　　) A.X＝3 B.每年核电站消耗 23592 U 的能量约为 6.3×1016 J C.每年消耗 23592 U 的数目约为 2.27×1024 个 D.每年消耗 23592 U 的质量约为 885 kg 答案　ABD 解析　根据核反应方程遵循质量数和电荷数守恒知，X＝3，A 正确；因核电站发电效率为 50%， 则核电站每年消耗 23592 U 的能量为 W＝P′t＝1.00 × 106 × 103 50% ×365×24×3 600 J≈6.3×1016 J， B 正确；产生这些能量消耗的铀核的数目：n＝ W ΔE＝ 6.3 × 1016 2.78 × 10－11≈2.27×1027(个)，C 错误； 每年消耗 23592 U 的质量为 M＝nmU＝2.27×1027×390×10－27 kg≈885 kg，D 正确. 1.(多选)下列应用是把放射性同位素作为示踪原子的是(　　) A.利用钴 60 治疗肿瘤等疾病 B.γ 射线探伤 C.利用含有放射性碘 131 的油检测地下输油管的漏油情况 D.把含有放射性元素的肥料施给农作物用以研究农作物吸收养分的规律 答案　CD 2.(多选)下列说法正确的是(　　) A.天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构 B.α 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 C.原子核发生 β 衰变生成的新核原子序数增加 D.氢原子从能级 3 跃迁到能级 2 辐射出的光子的波长小于从能级 2 跃迁到基态辐射出的光子 的波长(氢原子的能级公式 En＝ 1 n2E1，n＝1,2,3，…) 答案　AC 解析　天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A 正确.α 粒子散射实验说明原子具有 核式结构，B 错误.根据电荷数守恒、质量数守恒知，β 衰变放出了一个电子，新核的核电荷 数增加 1，即原子序数增加，C 正确.氢原子从能级 3 跃迁到能级 2 辐射出的光子的频率小于 从能级 2 跃迁到基态辐射出的光子的频率，故从能级 3 跃迁到能级 2 辐射出的光子的波长大 于从能级 2 跃迁到基态辐射出的光子的波长，D 错误. 3.(多选)(2018·温州市 3 月选考)下列说法正确的是(　　) A.全息照片的拍摄利用了光的干涉原理 B.观看立体电影的 3D 眼镜，利用了光的偏振原理 C.原子核发生一次 β 衰变，该原子外层就失去一个电子 D.在核反应堆中，为了使快中子的速度减慢，可用普通水作为慢化剂 答案　ABD 4.(多选)(2019 届书生中学月考)铀核裂变是核电站核能的重要来源，下列说法正确的是(　　) A.铀 238 是核电站的燃料 B.铀核裂变反应中有中子放出 C.铀核的链式反应可人工控制 D.铀块体积对链式反应的发生无影响 答案　BC 解析　核电站的主要燃料是铀 235，选项 A 错误；重核裂变时也会产生一些中子，链式反应 属于可控裂变反应，选项 B、C 正确；要发生链式反应除了有中子外，还需要铀块体积达到 临界体积，选项 D 错误. 5.(多选)(2018·台州中学统练)下列有关说法正确的是(　　) A.铀核发生 α 衰变时，释放出 α 粒子和一定的能量，目前核电站利用的就是这一自发释放的 能量 B.如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应 C.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子 D.机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性 答案　CD 解析　核电站利用的是铀核的裂变反应释放的能量，选项 A 错误；紫光的频率大于红光，如 果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，则改用红光不一定能发生光电效应，有可能发 生光电效应，选项 B 错误；氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子， 选项 C 正确；机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，选项 D 正确. 6.(多选)下列说法正确的是(　　) A.分别用 X 射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用 X 射线照射时光电子的最 大初动能较小 B.用升温、加压或发生化学反应的方法不能改变放射性元素的半衰期 C.以 mD、mp、mn 分别表示氘核、质子、中子的质量，则 mD＝mp＋mn D.天然放射现象中的 γ 射线是原子核受激发产生的 答案　BD 解析　分别用 X 射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，由光电效应方程：Ek＝hν －W0，则用频率比较大的 X 射线照射时光电子的最大初动能较大，故 A 错误；放射性元素 的半衰期与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故 B 正确；质子和中子结合成氘核，有 质量亏损，可知 mD＜mp＋mn，故 C 错误；天然放射现象中的 γ 射线是原子核受激发产生的， 故 D 正确. 7.(多选)(2018·绍兴市选考诊断)人类对微观世界进行探索的过程中，下列说法正确的是(　　) A.G.P.汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象，说明实物粒子也具有波动性 B.查德威克用 α 粒子轰击铍核发现中子的核反应为 42H＋94Be→01n＋126 C C.有些元素的半衰期会随外界温度和压强的改变而略微改变 D.一般化学反应只是核外电子的改变，而核反应则是原子核的改变.所以一般化学反应能量改 变比核反应小 答案　AD 8.(多选)下列关于近代物理学的叙述中，说法正确的是(　　) A.卢瑟福提出了原子的核式结构模型 B.已知铀 238 的半衰期为 4.5×109 年，则 100 个铀 238 原子经过 9×109 年后未发生衰变的有 25 个 C.β 衰变释放出的是电子流，且这些电子不是原子核外的电子 D.爱因斯坦的光子说以及光电效应方程，说明光子具有波动性 答案　AC 解析　卢瑟福根据 α 粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，选项 A 正确；半衰期是对 大量原子核的衰变行为作出的统计规律，对少量原子不成立，选项 B 错误；β 衰变释放的电 子流，来自于原子核内部，选项 C 正确；爱因斯坦的光子说以及光电效应说明光子具有粒子 性，选项 D 错误. 9.(多选)下列说法正确的是(　　) A.德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短 B.γ 射线是频率极高的电磁波，其在云室中穿过会留下清晰的径迹 C.根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能将增大 D.太阳辐射能量的主要来源与核电站发生的核反应一样，都是重核裂变 答案　AC 解析　依据德布罗意波长公式 λ＝h p可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故 A 正确；γ 射线是频率极高的电磁波，但其电离本领最弱，在云室中穿过不会留下清晰的径迹， 故 B 错误；根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量 较低的定态轨道，电子绕核运动的动能增大，故 C 正确；太阳辐射能量的主要来源是轻核聚 变，故 D 错误. 10.(多选)14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约为 5 700 年，已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少，现通过测量得知，某古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是(　　) A.该古木的年代距今约 5 700 年 B.12C、14C 具有相同的中子数 C.14C 衰变为 14N 的过程中放出 β 射线 D.增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变 答案　AC 解析　放射性元素经过一个半衰期剩下的原子核的质量是原来的一半，故该古木的年代距今 约为 5 700 年，A 正确；12C 和 14C 互为同位素，具有相同的质子数、不同的中子数，B 错误； 14C 衰变为 14N，电荷数增加 1，说明放出了电子，发生了 β 衰变，C 正确；半衰期由原子核 本身决定，与外界因素无关，D 错误. 11.如图 1 所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证， 这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　) 图 1 A.21H＋31H→42He＋10n B.147 N＋42He→178 O＋11H C.42He＋2713Al→3015P＋10n D.23592 U＋10n→14456 Ba＋8936Kr＋310n 答案　A 解析　21H＋31H→42He＋10n 是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于 聚变反应，故 A 正确；147 N＋42He→178 O＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次 实现原子核的人工转变，属于人工核反应，故 B 错误；42He＋2713Al→3015P＋10n 属于原子核的人 工转变，故 C 错误；23592 U＋10n→14456 Ba＋8936Kr＋310n 是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故 D 错误. 12.(多选)(2018·浙江 4 月选考·14)下列说法正确的是(　　) A.组成原子核的核子越多，原子核越稳定 B.23892 U 衰变为 22286 Rn 经过 4 次 α 衰变，2 次 β 衰变 C.在 LC 振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大 D.在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大 答案　BD 解析　原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故 A 错误；23892 U 衰变为 22286 Rn，质量数 减少 16，电荷数减少 6，由于原子核经过一次 α 衰变，质子数减少 2，质量数减少 4，经过 一次 β 衰变，质子数增加 1，质量数不变.所以有：α 衰变次数 m＝238－222 4 ＝4；β 衰变次数 n＝8－(92－86) 1 ＝2，故 B 正确；当线圈两端电势差最大时，电流变化率最大，此时电流为 0，故 C 错误；在电子的单缝衍射实验中，狭缝越窄，屏上中央亮条纹越宽，即能更准确地 测得电子的位置.根据不确定性关系 ΔxΔp≥ h 4π，电子动量的不确定量变得更大，故 D 正确. 13.(多选)(2018·新高考研究联盟联考)如图 2 所示的几幅图的有关说法中正确的是(　　) 图 2 A.甲图中少数 α 粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在 一个很小的核上 B.乙图中射线丙由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，射线乙不带电，一定是高速运 动的中子流 C.丙图中强黄光和弱黄光曲线交于 U 轴同一点，说明对于同种颜色的光发生光电效应时最大 初动能与光的强度无关 D.丁图为粒子通过气泡室时的照片，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况 答案　ACD 解析　题图甲中少数 α 粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量 集中在一个很小的核上，选项 A 正确；题图乙中射线丙向右偏转，由左手定则可知，它由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，射线乙不偏转，故不带电，是 γ 射线，选项 B 错误； 根据 eUc＝Ek＝hν－W0，强黄光和弱黄光曲线交于 U 轴同一点，说明对于同种颜色的光发生 光电效应时最大初动能与光的强度无关，选项 C 正确；根据粒子通过气泡室时的照片可以分 析粒子的动量、能量及带电情况，选项 D 正确. 14.(多选)“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放(如图 3 所示)，核燃料是铀棒， 在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子. 碳核的质量是中子的 12 倍，假设中子与碳核是弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是 E0， 碳核都是静止的，则(　　) 图 3 A.链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 B.镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目 的 C.经过一次碰撞，中子失去的动能为 48 169E0 D.在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层是用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 答案　ACD 解析　链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代持续下去的过程，选项 A 正确； 核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，选项 B 错误；根据动量守恒有 mv0＝ mv1＋12mv2，依据能量守恒有 1 2mv02＝1 2mv12＋1 2×12mv22，联立可得 v1＝－11 13v0，所以中子损 失的动能为 48 169E0，选项 C 正确；水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的射线，选项 D 正 确. 15.(多选)下列说法中正确的是(　　) A.卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程为：42He＋147 N→178 O＋11H B.铀核裂变的核反应是 23592 U→14156 Ba＋9236Kr＋210n C.质子、中子、α 粒子的质量分别为 m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个 α 粒子，所释 放的核能为 ΔE＝(m1＋m2－m3)c2 D.原子从 a 能级跃迁到 b 能级时发射波长为 λ1 的光子；原子从 b 能级跃迁到 c 能级时吸收波 长为 λ2 的光子，已知 λ1>λ2，那么原子从 a 能级跃迁到 c 能级时将要吸收波长为 λ1λ2 λ1－λ2的光子 答案　AD 解析　卢瑟福用 α 粒子轰击氮核发现了质子，A 正确；铀核要用中子轰击才会引发裂变，裂 变方程不能把轰击的中子与裂变后放出的中子合并抵消，所以铀核裂变的核反应方程为 23592 U ＋10n→14156 Ba＋9236Kr＋310n，B 错误；两个质子与两个中子结合成一个 α 粒子，所释放的核能为 ΔE ＝(2m1＋2m2－m3)c2，C 错误；光的波速与波长、频率关系为 c＝λν，光子的能量为 E＝hν＝ hc λ ，原子从 a 能级跃迁到 b 能级放出的光子能量 E1＝hc λ1，原子从 b 能级跃迁到 c 能级时，吸 收的光子能量 E2＝hc λ2，设原子从 a 能级跃迁到 c 能级时吸收的光的波长为 λ3，则hc λ3＝hc λ2－hc λ1， 解得 λ3＝ λ1λ2 λ1－λ2，D 正确. 16.(多选)用中子(10n)轰击铀核(23592 U)产生裂变反应，会产生钡核(14456 Ba)和氪核(8936Kr)并释放出中 子(10n)，当达到某些条件时可发生链式反应.一个铀核( 23592 U)裂变时，释放的能量约为 200 MeV(1 eV＝1.6×10－19 J).以下说法正确的是(　　) A.23592 U 的裂变方程为 23592 U→14456 Ba＋8936Kr＋210n B.23592 U 的裂变方程为 23592 U＋10n→14456 Ba＋8936Kr＋310n C.23592 U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D.一个 23592 U 裂变时，质量亏损约为 3.6×10－29 kg 答案　BC 解析　铀核在裂变过程中需要中子的轰击，产生链式反应，选项 A 错误，B 正确.而链式反应 在进行过程中，还需要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，选项 C 正确. 根据释放出来的核能，结合质能方程 ΔE ＝Δmc2 可知，反应过程中，亏损质量为 Δm ＝ 200 × 106 × 1.6 × 10－19 (3 × 108)2 kg≈3.6×10－28 kg，选项 D 错误. 17.(多选)2017 年 11 月 6 日“华龙一号”核电项目首台发电机已通过了“型式试验”，全部指 标达到和优于设计要求，标志着我国“华龙一号”首台发电机自主研制成功.“华龙一号”是 利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电的，23592 U 是核电站常用的核燃料.23592 U 受一个 中子轰击后裂变成 14156 Ba 和 9236Kr 两部分，并产生 3 个中子.要使链式反应发生，裂变物质的体 积要大于等于它的临界体积.已知 23592 U、14156 Ba、9236Kr 和中子 10n 的质量分别是 235.043 9 u、 140.913 9 u、91.897 3 u 和 1.008 7 u.已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，则下列说法正确的是 (　　) A.该核反应方程为：23592 U→14156 Ba＋9236Kr＋210n B.该核反应方程为：23592 U＋10n→14156 Ba＋9236Kr＋310n C.因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少 D.一个 23592 U 裂变时放出的能量约为 200.55 MeV 答案　BD 解析　23592 U 受一个中子轰击后裂变成 14156 Ba 和 9236Kr 两部分，并产生 3 个中子，根据质量数守 恒，则有：23592 U＋10n→14156 Ba＋9236Kr＋310n，故 A 错误，B 正确；该核反应过程中发生质量亏损， 释放能量，但是反应前后总质量数保持不变，故 C 错误；由质能方程 ΔE＝Δmc2，1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，代入数据，解得放出的能量约为 200.55 MeV，故 D 正确.