(共58张PPT)
真题回顾
知识网络>●●。。
质子的发现:N+He→O)+团
人工|中子的发现:Be+He→C+hm
转变
放射性同位素:
He→x35P+
P
0
e
质能方程:E
Ic
核能
重核裂变:U十bn
46
B
9
Kr3
x轻核聚变:H+H→He+bn
基础落实>●。●
考点突破>●●。。
限时训练>●。。第2讲 原子核
【p73】
—
—
【p73】
1．原子核的衰变
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X―→Y＋He
X―→Y＋e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一整体射出
核内的中子转化成了一个质子和一个电子
2H＋2n―→He
n―→H＋e
衰变规律
__电荷数__守恒、__质量数__守恒
2.半衰期是统计规律，对少数原子核无意义，它由原子核内部因素决定，与原子核所处的__物理、化学__状态无关．
3．核反应方程遵循__质量数__、__电荷数__守恒，但核反应前后的总质量会变化，会发生__质量亏损__且释放出核能．
【p73】
考点一 原子核的衰变与半衰期
例1
(多选)下列关于原子核衰变的说法中正确的是( )
A．放射性元素发生β衰变时所释放出的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
B．有6个放射性元素的原子核，当有3个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期
C．Th钍发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
【解析】β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时产生一个电子，这个电子以β射线的形式释放出去，同时辐射出γ光子，故A正确；半衰期具有统计规律，对个别的原子没有意义，故B错误．α衰变质量数减小4，质子数减小2，所以中子数减少2个，故C错误．铀核(U)衰变为铅核(Pb)时，质量数减小：238－206＝32，α衰变质量数减小4，则经过了＝8次α衰变；质子数减小10，α衰变质量数减小4，质子数减小2，对于β衰变质量数不变，质子数增加1，所以要经过6次β衰变．故D正确．
【答案】AD
【方法总结】1.衰变次数的确定方法：
方法一：依据两个守恒规律，设放射性元素
X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素
Y，则表示该核反应的方程为X→Y＋nHe＋me.根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，由以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z，由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．
方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．
2．半衰期
(1)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关．
(2)半衰期公式：N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
变式训练1(2020·全国卷Ⅲ)(多选)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→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e，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
【解析】设X和Y的质子数分别为n1和n2，质量数分别为m1和m2，则反应方程为
He＋Al→m1
n1X＋n
，m1
n1X→m2
n2Y＋e
根据反应方程质子数和质量数守恒，有
2＋13＝n1
，n1＝n2＋1
4＋27＝m1＋1
，m1＝m2＋0
解得n1＝15
，n2＝14
，m1＝30
，m2＝30，X的质量数(m1＝30)与Y的质量数(m2＝30)相等，比Al的质量数多3，故A正确，D错误；X的电荷数(n1＝15)比Y的电荷数(n2＝14)多1，比Al的电荷数多2，故B错误，C正确；故选AC.
【答案】AC
考点二 核反应方程与核能计算
例2(2020·浙江卷)(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自于聚变反应．在聚变反应中，一个质量为1
876.1
MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(H)和一个质量为2
809.5
MeV/c2的氚核(H)结合为一个质量为3
728.4
MeV/c2的氦核(He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6
MeV)的能量．下列说法正确的是( )
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为939.6
MeV/c2
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
4.4×109
kg
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6
MeV/c2
【解析】由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；根据能量关系可知mnc
2＝1
876.1＋2
809.5－3
728.4－17.6，解得mn＝939.6
MeV/c2，选项B正确；太阳每秒放出的能量E＝Pt＝4×1026
J，损失的质量Δm＝＝
kg≈4.4×109
kg，选项C正确；因为E＝4×1026
J＝
eV＝2.5×1045
eV＝2.5×1039
MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm＝＝2.5×1039
MeV/c2，选项D错误．故选BC.
【答案】BC
【方法总结】1.利用质能方程计算核能：
(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＝1.6606×10－27
kg，相当于931.5
MeV，这个结论可在计算中直接应用．
2．利用比结合能计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．
变式训练2一个静止的铀核U(质量为232.037
2
u)放出一个α粒子(质量为4.002
6
u)后衰变成钍核Th(质量为228.028
7
u)．已知1
u相当于931
MeV的能量．下列说法正确的是( )
A．该核衰变反应方程为U→Th＋He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059
MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017
MeV
【解析】由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.005
9
u，释放出的核能ΔE＝Δm×931
MeV＝0.005
9×931
MeV≈5.49
MeV，选项B错误；由于该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝×ΔE＝×5.49
MeV≈0.09
MeV，选项C、D错误．
【答案】A
考点三 原子核综合问题分析
例3两个氘核(H)聚变时产生一个氦核(He，氦的同位素)和一个中子，已知氘核的质量为M，氦核(He)的质量为m，中子的质量为m0.以上质量均指静质量，不考虑相对论效应．
(1)请写出核反应方程并求两个氘核聚变反应释放的核能ΔE；
(2)为了测量产生的氦核(He)的速度，让氦核垂直地射入磁感应强度为B的匀强磁场中，测得氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R，已知氦核的电荷量为q，氦核的重力忽略不计，求氦核的速度v及氦核做圆周运动的周期T；
(3)要启动这样一个核聚变反应，必须使氘核(H)具有足够大的动能，以克服库仑斥力而进入核力作用范围之内．选无穷远处电势能为零，已知当两个氘核相距为r时，它们之间的电势能Ep＝k(k为静电力常量)．要使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到r0，氘核的重力忽略不计．那么，两个氘核从无穷远处以大小相同的初速度相向运动发生聚变，氘核的初速度v0至少为多大？
【解析】(1)由题，该聚变的核反应方程：
2H→He＋n；
核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2M－(m＋m0)
释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝(2M－m－m0)c2
(2)氦核在磁场中运动的过程中洛伦兹力提供向心力，则：qvB＝
所以：v＝
周期：T＝＝
(3)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动量为0，发生核反应时的动能全部转化为电势能，则：
反应前后总能量守恒，得：Mv×2＝
所以：v0＝
【答案】(1)2H→He＋n (2M－m－m0)c2
(2) (3)
【方法总结】在原子物理中，原子核的衰变、人工转变、核裂变、核聚变等核反应都对应有一定的核能和其他形式能量的转化，运用能的转化和守恒定律并结合动量守恒定律可以非常方便地处理核反应中涉及的动量和能量等综合性问题．
变式训练3
(多选)在匀强磁场中，一个静止的铀原子核U经α衰变后变成一个新核Th，衰变方程为U→Th＋He，结果得到的径迹为两个相切圆1和2，径迹照片如图所示．已知两个相切圆半径分别为r1、r2，且r1＜r2，则下列说法正确的是( )
A．衰变后Th核的动量与α粒子的动量不相同
B．半径为r1的圆为放出α粒子的运动轨迹
C．衰变后Th核的质量与α粒子的质量之和等于衰变前铀核U的质量
D．若铀元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2
kg的U核中有1.5
kg已经发生了衰变
【解析】衰变前，铀核U的动量为零，根据动量守恒定律可知，新核Th与α粒子的动量大小相等，方向相反，所以二者动量不同，故A正确；新核Th与α粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得：r＝＝.由于p、B都相等，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于放出α粒子的电荷量，所以新核的轨道半径小于放出α粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为新核的运动轨迹，半径为r2的圆为放出α粒子的运动轨迹，故B错误；铀核衰变的过程中，存在质量亏损，导致衰变后Th核的质量与α粒子的质量之和小于衰变前铀核U的质量，故C错误；2
kg的U核衰变，符合统计规律，经过2τ的时间，即2个半衰期的时间，已有1.5
kg发生衰变，故D正确．
【答案】AD
真题回顾
【p75】
1．(2020·全国卷Ⅰ)(多选)下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有( )
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.U＋n→Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
【解析】α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He.故选BD.
【答案】BD
2．(2020·全国卷Ⅱ)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6H→2He＋2H＋2n＋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
【解析】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6H→2He＋2H＋2n＋43.15
MeV
则平均每个氘核聚变释放的能量为ε＝＝
MeV
1
kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为E0＝Nε，由Q＝mq可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量m＝＝≈400
kg
【答案】C
3．(2020·山东卷)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
【解析】根据I＝＝，可得产生的电子数为n＝＝＝1016个；因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个．
【答案】B
4.
(2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63
eV～3.10
eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为( )
A．12.09
eV
B．10.20
eV
C．1.89
eV
D．1.51
eV
【解析】由题意可知，基态(n＝1)氢原子被激发后，至少被激发到n＝3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63
eV～3.10
eV的可见光．故ΔE＝－1.51
eV－(－13.60)eV＝12.09
eV.故本题选A.
【答案】A
5．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300
nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19
J，已知普朗克常量为6.63×10－34
J·s，真空中的光速为3.00×108
m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014
Hz
B．8×1014
Hz
C．2×1015
Hz
D．8×1015
Hz
【解析】根据光电效应方程：Ekm＝hν－W0，光速、波长、频率之间关系为：ν＝
将数据，代入上式，则有：
W0＝hν－Ekm＝6.63×10－34
J·s×
s－1－1.28×10－19
J＝5.35×10－19
J
根据逸出功W0＝hν0，得：
ν0＝＝Hz≈8×1014
Hz.
【答案】B【p147】
A组
1．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是( )
A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象
B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象
C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
D．含铀的矿物质自发向外放出β射线(高速电子流)的现象
【解析】A为光电效应现象，原子核外层电子吸收光子能量后从金属表面逸出；B为α粒子的散射实验，少数粒子发生大角度偏转说明了原子的核式结构；C中氢原子光谱不连续是其原子的能量状态不连续导致的；D中含铀的矿物质自发向外放出的β射线叫β衰变，它来自原子核内部，是原子核内中子转变成质子时放出的．故答案选D.
【答案】D
2．新冠肺炎疫情期间，测温枪和CT是筛查、诊断新冠肺炎的重要手段，下列有关说法正确的是( )
A．医院CT检查时使用的是β射线，β射线是由原子核外电子电离产生
B．医院CT检查时使用的是γ射线，γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
C．测温枪接收到人体辐射的红外线而测温，红外线比红光光子能量大所以热效应显著
D．红外线是横波，红外线能发生反射、折射、衍射和干涉等现象
【解析】医院CT检查时使用的是X射线，X射线原子核外的内层电子跃迁产生的，β射线实际上是原子核中的中子转变成质子和电子，电子释放出来就成为β射线，而γ射线是由原子核受到激发后跃迁产生的，故AB错误；测温枪接收到人体辐射的红外线而测温，红外线比红光光子能量小，具有明显的热效应，故C错误；由于红外线属于电磁波，故红外线是横波，反射、折射、衍射和干涉都是波特有的现象，故D正确．
【答案】D
3．下列有关课本中插图的说法正确的是( )
A．图甲中的γ射线可能是原子中的内层电子跃迁时产生的
B．图乙中原子核衰变放出β粒子，说明β粒子是组成原子核的一种粒子
C．图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚
D．图丁中氡的半衰期是3.8天，说明20个氡原子核经过7.6天，还剩下5个未衰变
【解析】图甲中的γ射线是伴随放射性元素的衰变产生的，故A错误；图乙原子核衰变放出β粒子，是由于发生β衰变产生的，β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，但β粒子不是组成原子核的一种粒子，故B错误；γ射线具有较强的穿过本领，图丙的γ射线测厚装置，若探测器测得的射线越弱，说明金属板厚度越厚，故C正确；半衰期是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．对应个别的放射性原子不能适用，故D错误．
【答案】C
4．钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代核能系统之一．其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪．以下说法正确的是( )
A．题中铀核裂变的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定
C．钍核Th经过2次β衰变可变成镤Pa
D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小
【解析】根据质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程为：U＋n→Ba＋Kr＋3n，选项A正确；原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故B错误；钍核(Th)经过1次β衰变可变成镤(Pa)，选项C错误；重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大，故D错误．
【答案】A
5．国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为He＋X→Be＋γ，方程中X表示某种粒子，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是( )
A．X粒子是He
B．若使Be的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的Be占开始时的
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为He，选项A正确；温度不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；经过2T，一定质量的Be占开始时的，选项C错误；“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误．
【答案】A
6．(多选)下列说法正确的是( )
A．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的
B．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8
次α衰变和6次β衰变
C．一个氢原子从量子数n＝3
的激发态跃迁到基态时最多可辐射2
种不同频率的光子
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小
E．考古专家发现某一骸骨中C14
的含量为活着的生物体中C14
的，已知C14
的半衰期为5
730
年，则确定该生物死亡时距今约11
460
年
【解析】原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，故选项A错误；铀核衰变为铅核的过程中，质量数减少32，所以经过8次α衰变，电荷数应该减少16，而实际上只减少10，故有6次β衰变，故选项B正确；一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射2种不同频率的光子，先从3到2，再从2到1，故选项C正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的频率太小，与光的强度无关，故选项D错误；根据半衰期与放射性元素的质量之间的关系：m＝m0()n，当m＝m0时，知n＝2，即该生物死亡时间距今为两个半衰期，为5
730×2＝11
460年，故选项E正确．
【答案】BCE
7．医学影像诊断设备PET/CT是诊断COVID－19的一种有效手段，其原理是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病．示踪剂常利用同位素C作示踪原子标记，其半衰期仅有20
min.C由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得，则下列说法正确的是( )
A．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出中子
B．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出α粒子
C．1
g的C经40
min后，剩余C的质量为0.2
g
D．将C置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒知，该核反应方程为，N＋H→C＋He，故A错误，B正确；由题意知半衰期τ为20
min，经40
min，则发生了2个半衰期；剩余碳11的质量为m0＝()2m＝0.25
g，故C错误；半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关，因此其半衰期不可能变化，故D错误．
【答案】B
8．(多选)中国散裂中子源项目由中国科学院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市大朗镇，截止到2019年8月23日正式投入运行1年．散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具，如一台“超级显微镜”，可以研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构．下列关于中子的说法正确的是( )
A．卢瑟福预言了中子的存在，并通过实验发现了中子
B．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定
C．散裂中子源中产生的强中子束流可以利用电场使之慢化
D．若散裂中子源中的中子束流经慢化后与电子显微镜中的电子流速度相同，此时中子的物质波波长比电子的物质波波长短
【解析】卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，故A错误；中子不带电与原子核中的其他核子不存在库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定，故B正确；由于中子不带电，不可以利用电场使之慢化，故C错误；若中子束流慢化后和电子显微镜中的电子流速度相同，因中子质量大于电子质量，根据p＝mv知中子的动量大于电子的动量，根据德布罗意波长表达式λ＝知中子物质波的波长比电子物质波的波长短，故D正确．
【答案】BD
9．在某恒星内发生着剧烈的核反应，其中一个核反应是三个α粒子(He)结合成一个碳核(C)，参照“比结合能－质量数”图象，下列说法正确的是( )
A．该反应是原子弹爆炸的基本原理
B．按照质量守恒定律，三个氦核(He)的质量之和等于一个碳核(C)的质量
C．三个氦核(He)的结合能之和大于一个碳核(C)的结合能
D．碳核(C)比氦核(He)更稳定
【解析】原子弹爆炸是核裂变反应，故A错误；由图知He的比结合能比C的小，所以三个氦核(He)的结合能小于一个碳核的结合能，在核反应中存在质量亏损，放出能量，故BC错误；比结合能越大的核子原子核越稳定，所以碳核(C)比氦核(He)稳定，故D正确．
【答案】D
B组
10．(多选)“氦－3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”．普通水中含有质量约0.0150%的“重水”(普通水H2O的两个氢中的一个被氘核取代)，使两个氘核通过反应H＋H→He＋n发生聚变产生“氦－3”，已知氘核的质量是3.343
6×10－27kg，“氦－3”的质量是5.006
4×10－27kg，中子的质量是1.674
9×10－27kg，19
g“重水”含有的氘核数目为6.02×1023个，若一天内“烧”掉1
L普通水中的所有氘核，则( )
A．发生聚变反应后比结合能减小
B．聚变反应当前广泛应用于核电站中
C．两个氘核聚变后释放的能量约为3.3
MeV
D．所有氘核聚变后可获得约14.6
kW的平均功率
【解析】发生聚变反应后生成的核更稳定，比结合能增大，故A错误；现代核电站主要采用核裂变获得能量，故B错误；两个氘核聚变前后释放的能量为：ΔE＝Δmc2＝(2×3.343
6×10－27－5.006
4×10－27－1.674
9×10－27)×(3×108)2
J＝5.31×10－13
J＝3.318
75×106
eV≈3.3
MeV，故C正确；1
L水普通水的质量为1
kg，含有重水的质量约为1
kg×0.015
0%＝1.5×10－4kg＝0.15
g，1
L普通水中含有氘核的个数为：N＝×0.15个≈4.75×1021个，1
L普通水所有氘核发生聚变释放的能量为：E＝ΔE＝×5.31×10－13
J＝1.261
125×109
J，所有氘核聚变后可获得平均功率为：P＝＝
W≈145
96
W＝14.596
kW≈14.6
kW，故D正确．
【答案】CD
11．2020年3月5日消息，我国自主知识产权三代核电“华龙一号”首堆——福清5号机组建设顺利，预计今年并网发电．下列关于核电站的说法中正确的是( )
A．核反应方程可能是：U→Ba＋Kr＋2n
B．核反应过程中质量和质量数都发生了亏损
C．任意体积的核原料中均能发生链式反应
D．在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响
【解析】核电站是核裂变的一种应用，其反应方程式是：U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误；核反应中，质量数不变，但质量会发生亏损，从而释放出核能，故B错误；要发生链式反应，核原料必须大于“临界体积”，故C正确；在核反应中，核反应速度由参与反应的中子数目决定，控制棒通过插入的深度来调节中子的数目以控制链式反应的速度，故D错误．
【答案】C
12．K－介子的衰变方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负电，π0介子不带电．如图，匀强磁场的方向垂直纸面向外，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K－介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π－介子和π0介子的运动轨迹可能是( )
【解析】带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径：r＝，由题可知，K－介子和π－介子带等量的负电，所以动量大的半径大．由图可知，K－介子沿垂直于磁场的方向沿圆弧虚线进入磁场，由于K－介子带负电，则根据左手定则让磁感线穿过掌心，四指所指负电荷的运动方向，大拇指所指方向的反方向即为洛伦兹力的方向，可知K－介子运动的方向向右上．K－介子衰变后，π0介子不带电，因此做匀速直线运动，由图A可知π0介子运动的方向与K－介子的方向相反；由动量守恒可知，π－介子的动量大于K－介子的动量，π－介子带负电，运动方向与K－介子方向相同，应为内切圆，故A错误；结合A的选项可知，π－介子带负电，运动方向与K－介子方向相同，应为内切圆，故B错误；由图C可知，K－介子沿垂直于磁场的方向
沿圆弧虚线进入磁场，K－介子衰变后，π0介子不带电，因此沿原方向做匀速直线运动，若π－介子和π0介子的运动的运动方向与K－介子运动方向相同，由动量守恒定律可知，π－介子和π0介子的动量都小于K－介子的动量，由r＝可知π－介子的半径小，由左手定则可知，π－介子的轨迹与K－介子的轨迹为内切圆，故C正确，D错误．
【答案】C
13．浩瀚宇宙，等待同学们的探索．现在让你对银河系中氦的主要生成途径作出判断．目前已知的线索：①天文学家测得银河系中氦的含量约为25%；②有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．(可能会用到的数据：银河系的质量约为M＝3×1041
kg，原子质量单位1
u＝1.66×10－27
kg，1
u相当于1.5×10－10
J的能量，电子质量me＝0.000
5
u，氦核质量mα＝4.002
6
u，氢核质量mp＝1.007
8
u，中微子νe质量可忽略不计且不带电)
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量．
(2)最新研究表明，银河系的年龄约为t＝4×1017
s，每秒银河系产生的能量约为1×1037
J(即P＝1×1037
J/s)，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字)
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断，并简要说明理由．
【解析】(1)由质量数与核电荷数守恒可知，
核反应方程式为：4H→He＋2e＋2νe，
核反应中的质量亏损：Δm＝4mp－mα－2me，
释放出的核能：ΔE＝Δmc2＝4.14×10－12
J；
(2)核反应产生的氦的质量：m＝×mα＝6.4×1039
kg，
氦的含量k＝＝≈2%；
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．
【答案】(1)4H→He＋2e＋2νe 4.14×10－12
J (2)2%
(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的
