2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--第五章　原子核拔高练

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
综合拔高练
五年高考练
考点1　衰变及半衰期
1.(2024山东,1)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Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,下列说法正确的是 (　　)
ASr衰变为Y时产生α粒子
BPu衰变为U时产生β粒子
C.50年后,剩余的Sr数目大于Pu的数目
D.87年后,剩余的Sr数目小于Pu的数目
2.(2023重庆,6)原子核U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核Pb,在该过程中,可能发生的β衰变是 (　　)
AFrRae　　　　BBiPoe
CRaAce　　　　DPoAte
3.(2023浙江1月选考,9)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应N+CH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年。利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是　 (　　)
AC发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
4.(2022全国甲,17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0,在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N,在t=2t0时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为 (　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.
5.(2021全国乙,17)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其-t图线如图所示。从图中可以得到113Sn的半衰期为 (　　)
A.67.3 d　　　　B.101.0 d
C.115.1 d　　　　D.124.9 d
6.(2020山东,2)氚核H发生β衰变成为氦核He。假设含氚材料中H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2×104 s 时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A。已知电子电荷量为1.6×10-19 C,在这段时间内发生β衰变的氚核H的个数为 (　　)
A.5.0×1014　　　　B.1.0×1016
C.2.0×1016　　　　D.1.0×1018
考点2　核裂变　核聚变
7.(2023湖南,1)2023年4月12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HHHee
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
8.(2021湖北,1)20世纪60年代,我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年,我国第一颗原子弹试爆成功;1967年,我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹,下列说法正确的是 (　　)
A.原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B.原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C.原子弹是根据核裂变原理研制的,氢弹是根据核聚变原理研制的
D.原子弹是根据核聚变原理研制的,氢弹是根据核裂变原理研制的
9.(多选题)(2021浙江1月选考,14)如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月,该装置实现了1×108 ℃等离子体运行等多项重大突破,为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变,下列说法正确的是 (　　)
A.聚变又叫热核反应
B.太阳就是一个巨大的热核反应堆
C.高温能使原子核克服核力而聚变
D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多
考点3　核反应方程
10.(2024河北,1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应。其中一种核反应方程为CHLi+H+X,式中的X为(　　)
An　　　　Be　　　　Ce　　　　DHe
11.(2024广西,4)近期,我国科研人员首次合成了新核素锇-160Os)和钨-156W)。若锇-160经过1次α衰变,钨-156经过1次β+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
12.(2023广东,1)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C+YO的影响。下列说法正确的是 (　　)
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
13.(2023浙江6月选考,5)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为PuUHe,则 (　　)
A.衰变方程中的X等于233
BHe的穿透能力比γ射线强
CPu比U的比结合能小
D.月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
14.(2022湖北,1)上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即Bee→Xνe。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是 (　　)
A.原子核X是Li
B.核反应前后的总质子数不变
C.核反应前后总质量数不同
D.中微子νe的电荷量与电子的相同
15.(多选题)(2021浙江6月选考,14)对四个核反应方程(1UThHe;(2Th→Pa+e;(3NHe→H;(4H+He+n+17.6 MeV,下列说法正确的是(　　)
A.(1)(2)式核反应没有释放能量
B.(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
16.(多选题)(2020课标Ⅲ,19)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为He+Al→n。X会衰变成原子核Y,衰变方程为X→Ye。则 (　　)
A.X的质量数与Y的质量数相等
B.X的电荷数比Y的电荷数少1
C.X的电荷数比Al的电荷数多2
D.X的质量数与Al的质量数相等
考点4　核能的计算
17.(2024浙江1月选考,7)已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g·mol-1,1 u相当于931.5 MeV。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HHHen
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
18.(2023全国乙,16)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1048 J。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3×108 m/s) (　　)
A.1019 kg　　　　B.1024 kg　　　　C.1029 kg　　　　D.1034 kg
19.(多选题)(2022浙江1月选考,14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是 (　　)
A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D.反应堆中存在UnBaKr+n的核反应
20.(2021海南,5)1932年,考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验,验证了质能关系的正确性。在实验中,锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核,随后又蜕变为两个原子核,核反应方程为LiHBe→2X。已知HLi、X的质量分别为m1=1.007 28 u、m2=7.016 01 u、m3=4.001 51 u,光在真空中的传播速度为c,则在该核反应中(　　)
A.质量亏损Δm=4.021 78 u
B.释放的核能ΔE=(m1+m2-2m3)c2
C.铍原子核内的中子数是5
D.X表示的是氚原子核
21.(2020课标Ⅱ,18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式
H→He+H+n+43.15 MeV
表示。海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV=1.6×10-13 J,则M约为 (　　)
A.40 kg　　　　　B.100 kg　
C.400 kg　　　　　D.1 000 kg
三年模拟练
应用实践
1.(2024山东德州模拟预测)如图,一个原子核X经历图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,下列说法正确的是 (　　)
A.原子核X生成原子核Y,共经历了11次α衰变和12次β衰变
B.原子核X生成原子核Y,共经历了8次α衰变和6次β衰变
C.原子核X生成更稳定原子核Y,原子核结合得更牢固,所以Y原子核的结合能较大
D.原子核X生成更稳定原子核Y,原子核结合得更牢固,所以Y原子核核子的平均质量较大
2.(2024吉林一模)研究表明原子核核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。一般认为质量数大于铁原子核质量数(56)的原子核为重核,小于的则是轻核。下列对该图像的理解正确的是(　　)
A.从图中可以看出,Fe原子核最稳定
B.从图中可以看出,重核A裂变成原子核B和C时,需要吸收能量
C.从图中可以看出,轻核D和E发生聚变生成原子核F时,需要吸收能量
D.从图中可以看出,重核的比结合能随原子序数的增加而变大
3.(多选题)(2024河北保定一模)人体暴露于强烈的中子辐射中会在血浆中产生钠24,可以通过测量钠24的数量来确定患者吸收的辐射剂量。钠24具有放射性,某次研究其放射特性的实验中,将孤立钠24原子静置于匀强磁场中,衰变后在磁场中形成两条圆周径迹,如图所示,下列说法中正确的是 (　　)
A.小圆对应的粒子的运动方向为逆时针方向
B.钠24发生了β衰变
C.小圆和大圆的半径之比为1∶12
D.两条轨迹对应的粒子的质量之和等于衰变前钠24的质量
4.(2024浙江模拟预测)将放射性同位素氟18F)注入人体参与人体的代谢过程,如图甲所示,氟18在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的医学图像。氟18的衰变规律如图乙所示,其中纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与t=0时刻的原子数之比,设正、负电子的质量均为m,光速为c,普朗克常量为h。则 (　　)
　
A.氟18衰变的方程为FeNe
B.上述一对光子由氟18直接产生并释放
C.上述一对光子波长为
D.经5小时人体内氟18的残留量是初始时的33.3%
5.(2024浙江金华三模)某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为XYZ,并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z的速度大小为v,以下结论正确的是(　　)
A.Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍
B.Y原子核的速度大小为v
C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c1为光速)
D.秦山核电站产生核能的核反应与该核反应属于同种类型
6.(2024山东淄博二模)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为HC→X+Q1HNCHe+Q2,方程式中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见表。以下推断正确的是 (　　)
原子核 H He C N N
质量/u 1.007 8 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
A.X是N,Q2>Q1　　　　B.X是N,Q2>Q1
C.X是N,Q27.(多选题)(2024河南南阳期末)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像,通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能,如O的核子平均结合能约为8 MeVHe的核子平均结合能约为7 MeV,根据该图像判断下列说法不正确的是 (　　)
A.中等大小的原子核的平均结合能最大,最稳定
B.中等大小的原子核的核子平均质量最大
C.把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约16 MeV的能量
D.把O分成4个He要提供约16 MeV的能量
迁移创新
8.(2024河北唐山阶段练习)太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和HHe等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核H)聚变成氦核He),同时放出两个正电子e)。已知光速c=3×108 m/s,氢核质量mp=1.672 6×10-27 kg,氦核质量mα=6.645 8×10-27 kg,正电子质量me=0.9×10-30 kg。要求计算结果保留一位有效数字。则:
(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程;
(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能;
(3)已知地球的半径R=6.4×106 m,日地中心距离r=1.5×1011 m,忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失,每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P=1.8×1017 J,求每秒钟太阳辐射的正电子个数。
答案与分层梯度式解析
1.D 2.A 3.D 4.C 5.C 6.B 7.A
8.C 9.ABD 10.D 11.C 12.D 13.C 14.A
15.CD 16.AC 17.D 18.C 19.CD 20.B 21.C
1.D　根据质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生β粒子Pu衰变为U时产生α粒子,A、B错误Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年,半衰期越短,说明衰变得越快,所以相同数目的Sr和Pu经过相同时间后Sr的数目小于Pu的数目,C错误,D正确。
2.A　原子核U衰变成为稳定的原子核Pb质量数减小了28,一共经过了7次α衰变(破题关键),中间生成的新核的质量数可能为231,227,223,219,215,211,则B、C、D都错误;根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知,A正确。故选A。
3.D　由CNe可知C发生β衰变的产物是N,A错误;β衰变辐射出的电子是碳原子核内的中子转化为质子时产生的,B错误;放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关,C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,这是经过了2个半衰期,则该古木距今约为5 730×2=11 460(年),D正确。故选D。
考情分析
半衰期是原子物理学部分的高考热点内容,重点考查对半衰期的理解、半衰期公式的应用。
4.C　设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2,则N=N1+N2,因为N余=·N原,所以t=2t0时刻,=N1·+N2·,联立解得N1=N,N2=N,故t=4t0时刻,N余'=N1+N2=,C项正确。
5.C　
图形剖析
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期。从图中可以看出,质量为m0的113Sn衰变时,从 m0衰变一半到 m0所用时间为t=182.4 d-67.3 d=115.1 d,所以半衰期为115.1 d,选项C正确,选项A、B、D错误。
6.B　设在这段时间内,产生的电子的个数为n,由电流的定义,有I=,即n==1.0×1016;由β衰变规律可知该核反应方程为H→e,即产生一个电子e)需要发生β衰变的氚核H的个数也为一个(破题关键),故在这段时间内需要发生β衰变的氚核H个数为1.0×1016,故B正确。
7.A　核聚变中平均每个核子放出的能量比核裂变中平均每个核子放出的能量大3~4倍,因此相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,A选项正确;由于核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒,则B项核反应方程中的电子应该改成中子,B选项错误;铀235是核裂变的核反应燃料,C选项错误;根据ΔE=Δmc2可知,任何释放核能的核反应过程都有质量亏损,D选项错误。
8.C　原子弹是利用重核裂变的链式反应能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的,发生可控的链式反应的是核电站,不可控链式反应的是原子弹。氢弹则是利用轻核聚变原理制成的。C正确。
9.ABD　核聚变也叫热核反应,故A正确;太阳的主要成分是氢,中心温度高达1.6×107 K,不断进行着氢核聚变成氦核的反应,是一个巨大的热核反应堆,故B正确;高温能使原子核克服库仑斥力而聚变(易错点),故C错误;轻核聚变平均每个核子放出的能量比重核裂变平均每个核子放出的能量大3~4倍,故对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,D正确。
10.D　根据质量数守恒和电荷数守恒,可知X的质量数是A=12+1-7-2×1=4,电荷数是Z=6+1-3-2×1=2,即式中的X为He,故选D。
11.C　根据质量数守恒和电荷数守恒可知,锇-160经过1次α衰变后产生的新核质量数为156,质子数为74,钨-156经过1次β+衰变后产生的新核质量数为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。
12.D　根据质量数守恒和电荷数守恒可知,Y是α粒子He),A、B错误;α、β、γ三种射线的穿透能力,γ射线最强,α射线最弱,C错误;三种射线的电离能力,α射线最强,γ射线最弱,D正确。故选D。
13.C　根据质量数守恒可知,X=234,选项A错误He核即α粒子,α射线的穿透能力远小于γ射线的,选项B错误;原子核的半衰期与温度无关,由原子核内部自身的因素决定,选项D错误;比结合能越大原子核越稳定,根据题意,衰变过程中释放出核能,则U的比结合能更大,选项C正确。
14.A　根据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知X是Li,A正确,C错误;核反应前的质子数即Be的质子数为4,核反应后的质子数即Li的质子数为3,核反应前后的质子数发生了变化,B错误;中微子νe的电荷量为0,而电子的电荷量为-e,D错误。
15.CD　(1)(2)两式是原子核衰变方程,在原子核衰变过程中,有质量亏损,会释放能量,A错误;(3)式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转变的方程,不是衰变方程,B错误,C正确;要使轻核发生聚变,必须使它们的间距达到核力作用的范围,即要给轻核很高的能量,用激光引发是正在尝试的技术之一,D正确。
16.AC　由核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知X为P(磷核),用α粒子轰击铝箔的核反应方程为HeAlPn,而P不稳定,会衰变成Si,其衰变方程为PSie,则X与Y的质量数相等,而X的质量数比Al多3,选项A正确,D错误;X的电荷数比Y多1,比Al多2,选项B错误,C正确。
17.D　根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知,核反应方程式应为HHHen,A错误;氘核的比结合能比氦核的小,B错误;氘核与氚核发生核聚变,它们间的距离须达到10-15 m以内,C错误;一个氘核与一个氚核发生聚变反应,质量亏损为Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7) u=0.018 9 u,反应释放的能量是ΔE=Δm×931.5 MeV,4 g氘完全参与聚变释放出的能量E= mol×NA×ΔE≈2.11×1025 MeV,数量级为1025 MeV,D正确。故选D。
教材溯源
本题是教材131页复习与提高B组第3题的改编题,考查核反应方程、比结合能、核能的计算等知识。
18.C　根据质能方程E=mc2,可知每秒质量减少m= kg≈1.85×1029 kg,选C。
19.CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,A错误;由于发电效率一定小于100%,则核能大于发电量(易错点),Δm=> kg≈27.6 kg,B错误;核电站反应堆中的镉棒可以吸收中子,通过中子的数量控制链式反应的速度,C正确;反应堆利用铀235裂变,存在UnBaKr+n的核反应,D正确;故选C、D。
20.B　由核反应方程可得:质量数A=7+1=8,核电荷数Z=3+1=4,核反应方程为LiHBe→He,故铍原子核内中子数为8-4=4,X表示的是氦原子核,故C、D错误;质量亏损Δm=m1+m2-2m3,代入数据得Δm=0.020 27 u,故A错误;释放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-2m3)c2,故B正确。
21.C　由1 kg海水中的氘核聚变释放的能量与质量为M的标准煤燃烧释放的热量相等,有2.9×107 J/kg×M=×43.15×1.6×10-13 J,解得M≈400 kg,故C选项正确。
三年模拟练
1.B 2.A 3.ABC 4.C 5.A 6.A 7.BC
1.B　原子核X的质量数为238,电荷数为92,原子核Y的质量数为206,电荷数为82,设共经历了m次α衰变和n次β衰变,根据质量数守恒得4m+206=238,得m=8,根据电荷数守恒得92-2m+n=82,得n=6,A错误,B正确。原子核X生成更稳定的原子核Y,放出能量,原子核结合得更牢固,所以Y原子核的比结合能较大;组成原子核的核子越多,它的结合能越大,故原子核X的结合能较大,C错误。衰变过程释放核能,存在质量亏损,Y原子核核子的平均质量较小,D错误。故选B。
2.A　从图中可以看出,Fe原子核核子的平均质量最小(平均每个核子的质量亏损最大),比结合能最大(破题关键),则Fe原子核最稳定,A正确;重核A裂变成原子核B和C时,核子平均质量减小,裂变过程存在质量亏损,需要释放能量,B错误;轻核D和E发生聚变生成原子核F时,核子平均质量减小,聚变过程存在质量亏损,需要释放能量,C错误;由图可知,随原子序数的增加,重核核子平均质量变大,比结合能减小,D错误。故选A。
3.ABC　将孤立钠24原子静置于匀强磁场中,钠24衰变过程中动量守恒,因此衰变后的两部分动量等大反向,在磁场中运动的轨迹相切于一点,由洛伦兹力充当向心力有Bqv=m,可得R=∝,可知,电荷量越大,其运动轨迹半径越小,由此可知小圆对应的粒子所带电荷量更大,且其所带电荷为正电荷,根据左手定则,小圆对应的粒子的运动方向为逆时针方向,则大圆对应的粒子的运动方向为顺时针方向,由左手定则可知大圆对应的粒子带负电,可确定该衰变为β衰变,A、B正确;钠24衰变方程为Na→e,产生的新核与β粒子的电荷量之比为12∶1,根据R=可知,小圆和大圆的半径之比为1∶12,C正确;衰变过程有能量释放,存在质量亏损,两条轨迹对应的粒子的质量之和小于衰变前钠24的质量,D错误。故选A、B、C。
4.C　根据质量数守恒与电荷数守恒,可得氟18的衰变方程为FOe,A错误;一对光子由正、负电子相遇湮灭产生,方程为ee=2γ,不是由氟18直接产生并释放,B错误;正、负电子相遇湮灭释放能量,由质能方程,可得ΔE=Δmc2=2mc2,又ΔE=2hν=2h,联立解得光子波长λ=,C正确;由乙图可知氟18的半衰期为T=100 min,由N=N0,又t=5×60 min=300 min,解得=12.5%,D错误。故选C。
5.A　根据题意,由动量守恒定律有mYvY=mZv,设原子核Y、Z的动量大小为p,根据Ek=,可得==,即Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍,A正确;Y原子核的速度大小为vY=v=v,B错误;因反应放出核能,可知该反应有质量亏损,则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小Δm=(c1为光速),C错误;秦山核电站产生核能的核反应是重核裂变反应,用中子轰击铀核产生链式反应,与该核反应不属于同种类型,D错误。故选A。
6.A　根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X是N,前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,根据质能方程E=Δmc2可知,Q2>Q1,A正确。故选A。
7.BC　由图可知,中等大小的原子核的比结合能(平均结合能)最大,最稳定,因此中等大小的原子核平均每个核子的质量亏损最大,从而平均质量最小,A正确,B错误;根据结合能及比结合能的定义可知,把O分成8个质子和8个中子需要提供的能量约为ΔE1=16×8 MeV=128 MeV,将2个质子和2个中子结合成1个He所放出的能量约为ΔE2=4×7 MeV=28 MeV,所以把O分成4个He需要提供的能量约为ΔE3=ΔE1-4×ΔE2=(128-4×28) MeV=16 MeV,D正确;把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供的能量约为ΔE1-ΔE3=(128-16) MeV=112 MeV,C错误。故选B、C。
8.答案　(1)HHe+e　(2)4×10-12 J　(3)2×1038个
解析　(1)根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒,可知聚变的核反应方程为
HHe+e
(2)每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能为
ΔE=Δmc2=(4mp-mα-2me)c2
代入数据可得
ΔE=(4×1.672 6×10-27-6.645 8×10-27-2×0.9×10-30)×(3×108)2 J≈4×10-12 J
(3)设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N,则每秒钟发生核聚变的次数为(破题关键),太阳辐射的能量是以球面波的形式传播,根据能量守恒定律有
P·=·ΔE
可得N=
代入数据可得N≈2×1038(个)
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