专题27核反应和核能-2024高考物理真题分类汇编（全国版 含解析）

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2024高考物理真题分项解析
专题27 核反应和核能
1. （2024年6月浙江省物理选考）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　）
A. 核反应方程中的X为
B. 衰变方程中的Y为
C. 中子的质量数为零
D. 钚238的衰变吸收能量
【答案】A
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可知X为，Y为，故A正确，B错误；
中子的质量数为1，电荷数为零，故C错误；衰变过程中质量亏损，释放能量，故D错误。
2. （2024年高考海南卷）人工核反应中的X是（　　）
A. 中子 B. 质子
C. 电子 D. α粒子
【答案】A
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的电荷数为0，质量数为1，则X是中子。故选A。
3. （2024高考甘肃卷）2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素，核反应方程如下：该方程中X是（　　）
A. 质子 B. 中子
C. 电子 D. 粒子
【答案】B
【解析】
根据反应前后质量数和电荷数守恒得X是，故选B。
4. （2024年高考广东卷）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是（　　）
A. Y
B. Y为
C. Y为为
D. Y为
【参考答案】C
【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知Y的电荷数为24，质量数为54，A=54+243-2×1=295，所以C正确。
5. （2024高考江苏卷）用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是，粒子X为（　　）
A. 正电子 B. 中子
C. 氘核 D. 氦核
【答案】B
【解析】
根据质量数守恒可知X的质量数为
根据电荷守恒可知X的电荷数为
可知X为中子。故选B。
6. （2024高考山东卷）2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为29年；衰变为的半衰期约87年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是（　　）
A. 衰变为时产生α粒子
B. 衰变为时产生β粒子
C. 50年后，剩余数目大于的数目
D. 87年后，剩余的数目小于的数目
【答案】D
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生电子，即β粒子，故A错误；
根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生，即α粒子，故B错误；
根据题意可知的半衰期大于的半衰期，现用相同数目的和各做一块核电池，经过相同的时间，经过的半衰期的次数多，所以数目小于的数目，故D正确，C错误。
7. （2024高考广西卷）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇（）和钨（）。若锇经过1次衰变，钨经过1次衰变（放出一个正电子），则上述两新核素衰变后的新核有相同的（　　）
A. 电荷数 B. 中子数
C. 质量数 D. 质子数
【答案】C
【解析】
锇经过1次衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，钨经过1次衰变后质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。故选C。
8. （2024高考理综甲卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　）
A. ， B. ，
C. ， D. ，
【答案】C
【解析】
根据反应前后质量数和电荷数守恒可得
解得， ，故选C。
9. （2024年1月浙江选考·7）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　）
A. 核反应方程式为
B. 氘核的比结合能比氦核的大
C. 氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变
D. 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为
【参考答案】D
【名师解析】核反应方程式为，A错误；氘核的比结合能比氦核的小，B错误；氘核与氚核它们间的距离达到以内，才能发生核聚变反应，C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损，根据质能方程，聚变反应释放的能量是
氘完全参与聚变释放出能量，数量级为，D正确。
10 （2024高考北京卷）已知钍234的半衰期是24天.1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为（ ）
A．0g B．0.25g C．0.5g D．0.75g
【参考答案】B
【名师解析】1g钍234经过48天（2个半衰期）后，剩余钍234的质量为原来的1/4，即剩余钍234的质量为0.25g，B正确。
2023高考题
1. （2023高考福建卷）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s）
【参考答案】 ①. 92 ②. 56 ③. 9 × 1013
【名师解析】
根据核反应前后质量数守恒有1＋235 = 141＋A＋3，解得A = 92。
根据核反应前后电荷数守恒有92 = Z＋36，解得Z = 56。
根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为
E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J
2．（2023年6月高考浙江选考科目）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（ ）
A．衰变方程中的X等于233
B．的穿透能力比γ射线强
C．比的比结合能小
D．月夜的寒冷导致的半衰期变大
【参考答案】.C
【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X=238-4=234，A错误；γ射线的穿透能力比α射线穿透能力强，B错误；根据原子核衰变的产物的比结合能大于放射性原子核可知，Pu比U的比结合能小，C正确；半衰期与原子核所处的物理化学状态无关，D错误。
3. （2023高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中
X+N→Y+O
Y+Li→2X
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
A. Z=1，A=1，
B. Z=1，A=2，
C. Z=2，A=3，
D. Z=2，A=4，
【参考答案】D
【命题意图】本题考查核反应方程及其相关知识点。
【解题思路】设Y的电荷数为Z’, 质量数为A’，根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，Z+7=Z’+8，A+14=A’+17，Z’+3=2Z，A’+7=2A，联立解得：Z=2，A=4，Z’=1，A’=1，即Y为质子，X为氦核，D正确。
4. （2023高考全国乙卷） 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 。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）
A. B.
C. D.
【参考答案】C
【命题意图】本题考查质能方程及其相关知识点。
【解题思路】1s时间内释放的能量为△E=1.6×1046J，由质能方程可得△E=△mc2，解得△m=1029kg，C正确。
【易错提醒】注意1分钟释放的能量要转化为1s时间内释放的能量。
5. （2023学业水平等级考试上海卷）单光子能量为8eV的一种光的波长是 ；下一代超高精度原子钟中，发生如下核反应：U→Th+ 。已知普朗克常数h=6.63×10-34Js，e=1.6×10-19C。
【参考答案】1.55×10-7m He。
【名师解析】先把单光子能量8eV变换成8×1.6×10-19 J=12.8×10-19J，由E=hc/λ得出光的波长λ=1.55×10-7m。根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知释放出的粒子为质量数4，电荷数2的氦核。
6.（2023高考海南卷） 钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（ ）
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
【参考答案】C
【名师解析】
放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流。其中β粒子是电子，C正确。
7. （2023高考湖南卷）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A. 相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B. 氘氚核聚变的核反应方程为
C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235
D. 核聚变反应过程中没有质量亏损
【参考答案】A
【名师解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为，B错误；核裂变的核反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C错误；根据质能方程，任何释放能量的核反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。
9. （2022天津学业水平选择性考试）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：，下列说法正确的是（ ）
A. X是中子 B. 该反应有质量亏损
C. 比的质子数多 D. 该反应是裂变反应
【参考答案】B
【命题意图】本题考查核反应及其相关知识点。
【名师解析】根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，可知X是质子，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，D错误；与的质子数相同，均为2个质子，故C错误。
10. （2022新高考福建卷）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（　　）
A. 衰变产生的射线来自于原子的核外电子
B. 该反应前后质量亏损
C. 放射性元素发生的衰变为衰变
D. 经过16天，75%的原子核发生了衰变
【参考答案】D
【命题意图】此题考查放射性元素衰变、质量亏损、半衰期及其相关知识点。
【名师解析】
根据题述，放射性元素的衰变方程为，释放出的是电子，所以放射性元素发生的衰变为衰变，选项C错误；发射β衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，选项A错误；该反应前后质量亏损为，选项B错误；
由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，没有衰变的放射性元素只剩下1/4,即75%的原子核发生了衰变，故D正确。
11．（2023高考北京卷）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】A
【名师解析】根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知A选项括号中为2个中子，B选项括号中为氦核，C选项括号中为质子，D选项括号中为电子，A正确。
11．（2023广东卷）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响．下列说法正确的是（ ）
A．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
B．Y是粒子，射线电离能力比射线强
C．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
D．Y是粒子，射线电离能力比射线强
【参考答案】D
【名师解析】根据核反应方程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知Y是粒子，由于α粒子带两个正电荷，所以射线射线电离能力比射线强，D正确。
12. （2023天津卷）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（　　）
A. 核聚变需要在高温下进行
B. 核聚变中电荷不守恒
C. 太阳质量不变
D. 太阳核反应方程式：
【参考答案】A
【名师解析】
因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；
因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误；太阳中的核聚变的方程为，题中D选项核反应为核裂变方程，故D错误。
13. （2023高考福建卷）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s）
【参考答案】 ①. 92 ②. 56 ③. 9 × 1013
【名师解析】
根据核反应前后质量数守恒有1＋235 = 141＋A＋3，解得A = 92。
根据核反应前后电荷数守恒有92 = Z＋36，解得Z = 56。
根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为
E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J
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