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(共39张PPT)
考向3　核能计算及核反应方程
研透真题·破题有方
(2020·全国Ⅱ卷)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
+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
C　6个氘核聚变可释放43.15
MeV能量,故1
kg海水中的氘核全部发生聚变释放
的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×
J,质量为M的标准煤燃烧释放的热量为
Q2=M×2.9×107
J,因Q1=Q2,解得M≈400
kg,C正确,A、B、D错误。
【真题解码】
(1)审题破题眼:
(2)命题点陷阱:
陷阱1:不能准确计算出1.0×1022个氘核发生聚变产生的能量
反应式中的43.15
MeV能量是6个氘核产生的,可先算出一个氘核产生的能量,也可计算1.0×1022包含多少组6。
陷阱2:未将两种情况的能量单位换算成统一的
题中所给的聚变释放能量的单位是MeV,煤燃烧释放能量的单位是J,计算时应换算成统一的单位。
必备知能·融会贯通
【核心必备】
核反应的四种类型
【考场秘技】
核反应方程的书写及核能的计算方法
1.核反应方程的书写
(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
H)、中子
n)、α粒子
He)、β粒子
e)、正电子
e)、氘核
H)、
氚核
H)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核反应方程
是否正确的依据,所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒。
(3)核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向,不
能用等号连接。
2.核能的计算方法
(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE=Δm×931.5
MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。
(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数。
1.(原子衰变)一个具有放射性的原子核A放射一个β粒子后变成原子核B,原子核B再放射一个α粒子后变成原子核C,可以肯定的是
(　　)
A.原子核A比原子核B多2个中子
B.原子核A比原子核C多2个中子
C.原子核为A的中性原子里的电子数比原子核为B的中性原子里的电子数少1
D.原子核为A的中性原子里的电子数比原子核为C的中性原子里的电子数少1
多维猜押·制霸考场
C　一个具有放射性的原子核A放射一个β粒子后变成原子核B,质量数不变,质子数增加1,中子数减1,原子核A比原子核B多1个中子少1个质子,原子核为A的中性原子中的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数少1;原子核B再放射一个α粒子后变成原子核C,质子数减2,质量数减4,原子核A比原子核C多1个质子,多3个中子;原子核为A的中性原子中的电子数比原子核为C的中性原子中的电子数多1,故选项C正确,A、B、D错误;故选C。
2.(衰变的应用)2019年1月3日,“嫦娥四号”探测器完成了人类历史上的首次
月背软着陆。“嫦娥四号”的核电池利用放射性同位素
Pu衰变供电;静止的
Pu衰变为铀核
U和X粒子,产生热能并放出频率为ν的γ光子。已知
Pu
U和X粒子的质量分别为mPu、mU和mX,普朗克常数为h,光速为c。则下列说法正
确的是
(　　)
A.X粒子是
He
B
U的比结合能比
Pu的大
C.释放出的γ光子能量为(mPu-mU-mX)c2
D.若γ光子照射到某金属并发生光电效应,则光电子的最大初动能为hν
B　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X粒子质量数为4,电荷数为2,为
He,选项A错误;较重的核分裂成较小的核,核子的比结合能会增加,选项B正确;
反应释放的总能量为(mPu-mU-mX)c2,因为有热量放出,则释放出的γ光子能量小
于(mPu-mU-mX)c2,选项C错误;若γ光子照射到某金属并发生光电效应,根据光电
效应方程可知,光电子的最大初动能小于hν,选项D错误。
3.(原子衰变)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
A　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=0.005
9×931
MeV≈5.49
MeV,选项B错误;
由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,又EkTh=
,Ekα=
,EkTh+Ekα=ΔE,所以钍核获得
的动能EkTh=
×5.49
MeV≈0.09
MeV,选项C、D错误。
4.(原子核裂变在磁场中的运动)(多选)如图所示,人工元素原子核
Nh开始静
止在匀强磁场B1、B2的边界MN上,某时刻发生裂变生成一个氦原子核
He和一个
Rg原子核,裂变后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的边界MN。氦原子核通过B1区
域第一次经过MN边界时,距出发点的距离为l,Rg原子核第一次经过MN边界距出
发点的距离也为l。则下列有关说法正确的是
(　　)
A.两磁场的磁感应强度之比B1∶B2=111∶141
B.两磁场的磁感应强度之比B1∶B2=111∶2
C.氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141
D.氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141
B、C　原子核裂变的方程为
Nh→
He+
Rg,由题意知带电粒子在匀强磁场中
做匀速圆周运动,偏转半径为r=
,由题意可知二者偏转半径相等,由于原子核
由静止裂变,动量守恒,即m1v1=m2v2,所以有q1B1=q2B2,易得
,故A错误,
B正确;又T=
,由前面可知,q1B1=q2B2,所以
,粒子在第一次经过MN边界
时,运动了半个周期,所以
,故C正确,D错误。
【提分组越过重本线】
1.(多选)氦原子被电离出一个核外电子后,形成类氢结构的氦离子。已知基态氦离子能量为E1=-54.4
eV,其能级的示意图如图所示,下列有关描述中正确的是(　　)
高考猜押竞技场
A.氦离子的能级是分立的
B.处于基态的氦离子能够吸收能量为43.2
eV
的光子而发生跃迁
C.一群处于n=3能级的氦离子自发向低能级跃迁时能发出3种不同频率的光子
D.若从n=3能级的氦离子向n=2能级跃迁时辐射的光能使某金属发生光电效应,则从n=4能级向n=3能级跃迁时辐射的光,一定能使该金属发生光电效应
A、C　由氦离子的能级图知其能量是不连续的,是分立的,A正确;原子或离子吸
收光子具有选择性,光子能量应为两个能级的能量差时方能被吸收,由能级图知
没有两个能级的能量差为43.2
eV,B错误;由
=3知一群氦离子能发出3种不同
频率的光子,C正确;由于3、4两个能级的能量差小于2、3两个能级的能量差,因
此从4能级向3能级跃迁时辐射的光不一定能使该金属发生光电效应,D错误。
2.分别用频率为ν和2ν的甲、乙两种单色光照射某金属,逸出光电子的最大初
动能之比为1∶3,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,电子电量为e。下列说法
正确的是
(　　)
A.用频率为2ν的单色光照射该金属,单位时间内逸出的光电子数目一定较多
B.用频率为
ν的单色光照射该金属也能发生光电效应
C.甲、乙两种单色光照射该金属,只要光的强弱相同,对应的光电流的遏止电压
就相同
D.该金属的逸出功为
hν
D　光照射金属,金属单位时间内逸出的光电子数目与入射光的光照强度有关;
用频率为2ν的单色光照射该金属,单位时间内逸出的光电子数目不一定多,故A
项错误;据爱因斯坦光电效应方程可得,Ek1=hν-W、Ek2=h·2ν-W,又
;联
立解得:W=
hν。频率为
ν的单色光光子能量
hνν的单色
光照射该金属不能发生光电效应,故B项错误,D项正确;甲、乙两种单色光照射
该金属,逸出光电子的最大初动能不同,对应的光电流的遏止电压不同,故C项错
误。
3.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率为ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)(　　)
B　发生光电效应时有Ek=nhν-W0(n=2,3,4…),在K、A间逐渐增大U,当光电流为
零时,由-eU=0-Ek得U=
(n=2,3,4…),故B项正确。
4.2020年我国将实施探月工程三期任务,实现月面无人采样返回。为应对月夜
的低温,“嫦娥五号”除了太阳能板之外,还有一块“核电池”,在月夜期间提
供不小于2.5
W的电功率,还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利
用了
Pu的衰变,衰变方程为
Pu→
X+
Y,下列说法正确的是
(　　)
A.m=92,n=4,
X比
Pu的中子数少2
B.一个
Pu衰变为
X释放的核能为(mPu-mX)c2
C.
Pu发生的是α衰变,α射线具有极强的穿透能力可用于金属探伤
D.
Pu衰变的速度会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响
A　根据质量数守恒与电荷数守恒
Pu→
X+
Y,则238=234+n,解得n=4,
则94=m+2,解得m=92,即
Pu→
X+
He,其质量数减少4,核电荷数减少2,故中子
数减少2,A正确;此核反应过程中的质量亏损为Δm=mPu-mX-mα,核反应的过程中
释放的能量E=(mPu-mX-mα)c2,B错误;根据质量数守恒与电荷数守恒
Pu→
X+
Y,即
Pu→
X+
He,即发生了α衰变,α射线具有极强的电离能
力,C错误
Pu衰变的速度不会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响,D错
误。
5.(多选)一座核电站反应堆产生的热功率为3
400
MW,发电功率为1
100
MW。
已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200
MeV,下列说法正确的是
(　　)
A.核裂变的反应方程为
U+
n→
Ba+
Kr+
n
B.核反应后总质量增加了
C.核电站的发电效率约为32%
D.每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变
C、D　根据质量数守恒和电荷数守恒,
核反应方程应为
U+
n→
Ba+
Kr+
n,
由于释放核能,据ΔE=Δmc2,总质量一定减小;
发电效率η=
×100%≈32%;
由Pt=nE,每秒发生裂变的铀核n=
J≈1.1×1020个。
6.氢原子的能级公式为En=
E1(n=1,2,3,…),其中基态能量E1=-13.6
eV,能级
图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态,由这些氢原子可能发出的所
有光子中,频率最大的光子能量为-0.960
3E1,则n和可能发出的频率最小的光子
能量分别为
(　　)
A.n=5,0.54
eV
B.n=5,0.31
eV
C.n=4,0.85
eV
D.n=4,0.66
eV
B　氢原子基态的能量为E1=-13.6
eV,
由这些氢原子可能发出的所有光子中,
频率最大的光子能量为-0.960
3E1,
即跃迁到最高能级能量E=0.039
7E1≈-0.54
eV,即处在n=5能级;
频率最小的光子的能量为ΔE′=-0.54
eV-(-0.85
eV)=0.31
eV,
故B正确,A、C、D错误。故选B。
【搏分组冲击双一流】
7.据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重
要突破。该反应堆以钍为核燃料,钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成
铀;铀的一种典型裂变产物是钡和氪,同时释放巨大能量。下列说法正确的是
(　　)
A.钍核
Th有90个中子,142个质子
B.铀核裂变的核反应方程为
U+
n→
Ba+
Kr+
n
C.放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关,由原子所处的化学状态和外
部条件决定
D.重核分裂成中等大小的核,核子的比结合能减小
B　钍核
Th有90个质子,142个中子,故A错误;根据反应前后质量数守恒,电荷
数守恒可知B正确;根据半衰期的特点可知,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,故C错误;较重
的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会
释放一定的能量,所以核子的比结合能都会增大,故D错误。
8.(多选)如图为氢原子的能级示意图,锌的逸出功是3.34
eV,下列对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是(　　)
A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象
B.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,能放出3种不同频率的光
C.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75
eV
D.用能量为10.3
eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B、C　从高能级向基态跃迁最小能量值为10.2
eV>3.34
eV,一定能产生光电效
应,A错;从n=3向基态跃迁时,辐射的光子频率种类为
=3种,B对;从n=3跃迁到
n=1辐射光子的能量为ΔE=E3-E1=12.09
eV,照射锌板最大初动能Ek=(12.09-
3.34)
eV=8.75
eV,C对;10.3
eV的光子能量不满足能级差公式,不会使基态的
氢原子跃迁,D错。
9.2019年夏天,中美贸易之争使国人了解了芯片的战略意义,芯片制作工艺非常复杂,光刻机是制作芯片的关键设备,其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源。常见光源分为可见光:436
nm;紫外光(UV):365
nm;深紫外光(DUV):KrF准分子激光:248
nm,ArF准分子激光:193
nm;极紫外光(EUV):10～15
nm。下列说法正确的是
(　　)
A.波长越短,可曝光的特征尺寸就越小,表示光刻的刀锋越锋利,刻蚀对于精度控制要求越高
B.光源波长越长,能量越大,曝光时间越短
C.如果紫外光不能让某金属发生光电效应,极紫外光也一定不能
D.由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时会出现波长更短的成分
A　波长越短,可曝光的特征尺寸就越小,就表示光刻的刀锋越锋利,刻蚀对于精度控制要求越高,选项A正确;光源波长越长,则频率就越小,能量越小,选项B错误;极紫外光的波长小于紫外光的波长,则频率较大,如果紫外光不能让某金属发生光电效应,极紫外光不一定不能使该金属发生光电效应,选项C错误;由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时能量变小,频率变小,则会出现波长更长的成分,选项D错误。
10.(多选
U是一种放射性元素,能够自发地进行一系列放射性衰变,如图所示,
下列说法正确的是
(　　)
A.图中a是84,b是206
B.
Pb比
U的比结合能大
C.Y和Z是同一种衰变
D.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
A、B、C　由
Po变到
Pb,质量数少4,所以发生了一次α衰变,则电荷数少2,
所以a=84,由
Bi变到
Tl,发生了一次α衰变,则b=206,选项A、C正确,选项D
错误;比结合能小的原子核结合或分裂成比结合能大的原子核时会出现质量亏
损,根据爱因斯坦质能方程得知,一定释放核能,因此核反应放出能量,则
Pb比
U的比结合能大,选项B正确。考向3　核能计算及核反应方程
(2020·全国Ⅱ卷)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HHe+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
(1)审题破题眼:
(2)命题点陷阱:
陷阱1:不能准确计算出1.0×1022个氘核发生聚变产生的能量
反应式中的43.15
MeV能量是6个氘核产生的,可先算出一个氘核产生的能量,也可计算1.0×1022包含多少组6。
陷阱2:未将两种情况的能量单位换算成统一的
题中所给的聚变释放能量的单位是MeV,煤燃烧释放能量的单位是J,计算时应换算成统一的单位。
核反应的四种类型
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
UThHe
β衰变
自发
ThPae
人工转变
人工控制
NHeOH(卢瑟福发现质子)
HeBeCn(查德威克发现中子)
AlHePn
约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
PSie
重核裂变
较容易控制
UnBaKr+n
实际应用:原子弹、核电站、核航母等
轻核聚变
很难控制
HHHen
实际应用:氢弹、某些恒星内核反应
核反应方程的书写及核能的计算方法
1.核反应方程的书写
(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H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)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核反应方程是否正确的依据,所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒。
(3)核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。
2.核能的计算方法
(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE=Δm×931.5
MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。
(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数。
1.(原子衰变)一个具有放射性的原子核A放射一个β粒子后变成原子核B,原子核B再放射一个α粒子后变成原子核C,可以肯定的是
(　　)
A.原子核A比原子核B多2个中子
B.原子核A比原子核C多2个中子
C.原子核为A的中性原子里的电子数比原子核为B的中性原子里的电子数少1
D.原子核为A的中性原子里的电子数比原子核为C的中性原子里的电子数少1
2.(衰变的应用)2019年1月3日,“嫦娥四号”探测器完成了人类历史上的首次月背软着陆。“嫦娥四号”的核电池利用放射性同位素Pu衰变供电;静止的Pu衰变为铀核U和X粒子,产生热能并放出频率为ν的γ光子。已知PuU和X粒子的质量分别为mPu、mU和mX,普朗克常数为h,光速为c。则下列说法正确的是
(　　)
A.X粒子是He
BU的比结合能比Pu的大
C.释放出的γ光子能量为(mPu-mU-mX)c2
D.若γ光子照射到某金属并发生光电效应,则光电子的最大初动能为hν
3.(原子衰变)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UThHe
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
4.(原子核裂变在磁场中的运动)(多选)如图所示,人工元素原子核Nh开始静止在匀强磁场B1、B2的边界MN上,某时刻发生裂变生成一个氦原子核He和一个Rg原子核,裂变后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的边界MN。氦原子核通过B1区域第一次经过MN边界时,距出发点的距离为l,Rg原子核第一次经过MN边界距出发点的距离也为l。则下列有关说法正确的是
(　　)
A.两磁场的磁感应强度之比B1∶B2=111∶141
B.两磁场的磁感应强度之比B1∶B2=111∶2
C.氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141
D.氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141
1.(多选)氦原子被电离出一个核外电子后,形成类氢结构的氦离子。已知基态氦离子能量为E1=-54.4
eV,其能级的示意图如图所示,下列有关描述中正确的是(　　)
A.氦离子的能级是分立的
B.处于基态的氦离子能够吸收能量为43.2
eV
的光子而发生跃迁
C.一群处于n=3能级的氦离子自发向低能级跃迁时能发出3种不同频率的光子
D.若从n=3能级的氦离子向n=2能级跃迁时辐射的光能使某金属发生光电效应,则从n=4能级向n=3能级跃迁时辐射的光,一定能使该金属发生光电效应
2.分别用频率为ν和2ν的甲、乙两种单色光照射某金属,逸出光电子的最大初动能之比为1∶3,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,电子电量为e。下列说法正确的是
(　　)
A.用频率为2ν的单色光照射该金属,单位时间内逸出的光电子数目一定较多
B.用频率为ν的单色光照射该金属也能发生光电效应
C.甲、乙两种单色光照射该金属,只要光的强弱相同,对应的光电流的遏止电压就相同
D.该金属的逸出功为hν
3.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率为ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)(　　)
A.U=-　　　　B.U=-
C.U=2hν-W0
D.U=-
4.2020年我国将实施探月工程三期任务,实现月面无人采样返回。为应对月夜的低温,“嫦娥五号”除了太阳能板之外,还有一块“核电池”,在月夜期间提供不小于2.5
W的电功率,还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了Pu的衰变,衰变方程为PuXY,下列说法正确的是
(　　)
A.m=92,n=4X比Pu的中子数少2
B.一个Pu衰变为X释放的核能为(mPu-mX)c2
CPu发生的是α衰变,α射线具有极强的穿透能力可用于金属探伤
DPu衰变的速度会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响
5.(多选)一座核电站反应堆产生的热功率为3
400
MW,发电功率为1
100
MW。已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200
MeV,下列说法正确的是
(　　)
A.核裂变的反应方程为UnBa+Kr+n
B.核反应后总质量增加了
C.核电站的发电效率约为32%
D.每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变
6.氢原子的能级公式为En=E1(n=1,2,3,…),其中基态能量E1=-13.6
eV,能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态,由这些氢原子可能发出的所有光子中,频率最大的光子能量为-0.960
3E1,则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为
(　　)
A.n=5,0.54
eV
B.n=5,0.31
eV
C.n=4,0.85
eV
D.n=4,0.66
eV
7.据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料,钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀;铀的一种典型裂变产物是钡和氪,同时释放巨大能量。下列说法正确的是(　　)
A.钍核Th有90个中子,142个质子
B.铀核裂变的核反应方程为UnBaKr+n
C.放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关,由原子所处的化学状态和外部条件决定
D.重核分裂成中等大小的核,核子的比结合能减小
8.(多选)如图为氢原子的能级示意图,锌的逸出功是3.34
eV,下列对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是(　　)
A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象
B.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,能放出3种不同频率的光
C.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75
eV
D.用能量为10.3
eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
9.2019年夏天,中美贸易之争使国人了解了芯片的战略意义,芯片制作工艺非常复杂,光刻机是制作芯片的关键设备,其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源。常见光源分为可见光:436
nm;紫外光(UV):365
nm;深紫外光(DUV):KrF准分子激光:248
nm,ArF准分子激光:193
nm;极紫外光(EUV):10～15
nm。下列说法正确的是
(　　)
A.波长越短,可曝光的特征尺寸就越小,表示光刻的刀锋越锋利,刻蚀对于精度控制要求越高
B.光源波长越长,能量越大,曝光时间越短
C.如果紫外光不能让某金属发生光电效应,极紫外光也一定不能
D.由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时会出现波长更短的成分
10.(多选U是一种放射性元素,能够自发地进行一系列放射性衰变,如图所示,下列说法正确的是
(　　)
A.图中a是84,b是206
BPb比U的比结合能大
C.Y和Z是同一种衰变
D.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
考向3
///研透真题·破题有方///
C　6个氘核聚变可释放43.15
MeV能量,故1
kg海水中的氘核全部发生聚变释放的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×J,质量为M的标准煤燃烧释放的热量为Q2=M×2.9×107
J,因Q1=Q2,解得M≈400
kg,C正确,A、B、D错误。
///多维猜押·制霸考场///
1.C　一个具有放射性的原子核A放射一个β粒子后变成原子核B,质量数不变,质子数增加1,中子数减1,原子核A比原子核B多1个中子少1个质子,原子核为A的中性原子中的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数少1;原子核B再放射一个α粒子后变成原子核C,质子数减2,质量数减4,原子核A比原子核C多1个质子,多3个中子;原子核为A的中性原子中的电子数比原子核为C的中性原子中的电子数多1,故选项C正确,A、B、D错误;故选C。
2.B　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X粒子质量数为4,电荷数为2,为He,选项A错误;较重的核分裂成较小的核,核子的比结合能会增加,选项B正确;反应释放的总能量为(mPu-mU-mX)c2,因为有热量放出,则释放出的γ光子能量小于(mPu-mU-mX)c2,选项C错误;若γ光子照射到某金属并发生光电效应,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能小于hν,选项D错误。
3.A　由题意可知,该核衰变反应方程为UThHe,选项A正确;质量亏损Δm=0.005
9
u,释放出的核能ΔE=0.005
9×931
MeV≈5.49
MeV,选项B错误;由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,又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。
4.B、C　原子核裂变的方程为NhHe+Rg,由题意知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,偏转半径为r=,由题意可知二者偏转半径相等,由于原子核由静止裂变,动量守恒,即m1v1=m2v2,所以有q1B1=q2B2,易得==,故A错误,B正确;又T=,由前面可知,q1B1=q2B2,所以=,粒子在第一次经过MN边界时,运动了半个周期,所以==,故C正确,D错误。
///高考猜押竞技场///
1.A、C　由氦离子的能级图知其能量是不连续的,是分立的,A正确;原子或离子吸收光子具有选择性,光子能量应为两个能级的能量差时方能被吸收,由能级图知没有两个能级的能量差为43.2
eV,B错误;由=3知一群氦离子能发出3种不同频率的光子,C正确;由于3、4两个能级的能量差小于2、3两个能级的能量差,因此从4能级向3能级跃迁时辐射的光不一定能使该金属发生光电效应,D错误。
2.D　光照射金属,金属单位时间内逸出的光电子数目与入射光的光照强度有关;用频率为2ν的单色光照射该金属,单位时间内逸出的光电子数目不一定多,故A项错误;据爱因斯坦光电效应方程可得,Ek1=hν-W、Ek2=h·2ν-W,又=;联立解得:W=hν。频率为ν的单色光光子能量hν3.B　发生光电效应时有Ek=nhν-W0(n=2,3,4…),在K、A间逐渐增大U,当光电流为零时,由-eU=0-Ek得U=-(n=2,3,4…),故B项正确。
4.A　根据质量数守恒与电荷数守恒PuXY,则238=234+n,解得n=4,则94=m+2,解得m=92,即
PuXHe,其质量数减少4,核电荷数减少2,故中子数减少2,A正确;此核反应过程中的质量亏损为Δm=mPu-mX-mα,核反应的过程中释放的能量E=(mPu-mX-mα)c2,B错误;根据质量数守恒与电荷数守恒PuXY,即PuXHe,即发生了α衰变,α射线具有极强的电离能力,C错误Pu衰变的速度不会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响,D错误。
5.C、D　根据质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程应为UnBaKr+n,由于释放核能,据ΔE=Δmc2,总质量一定减小;发电效率η=×100%≈32%;由Pt=nE,每秒发生裂变的铀核n=
J≈1.1×1020个。
6.B　氢原子基态的能量为E1=-13.6
eV,由这些氢原子可能发出的所有光子中,频率最大的光子能量为-0.960
3E1,即跃迁到最高能级能量E=0.039
7E1≈-0.54
eV,即处在n=5能级;频率最小的光子的能量为ΔE′=-0.54
eV-(-0.85
eV)=0.31
eV,故B正确,A、C、D错误。故选B。
7.B　钍核Th有90个质子,142个中子,故A错误;根据反应前后质量数守恒,电荷数守恒可知B正确;根据半衰期的特点可知,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,故C错误;较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量,所以核子的比结合能都会增大,故D错误。
8.B、C　从高能级向基态跃迁最小能量值为10.2
eV>3.34
eV,一定能产生光电效应,A错;从n=3向基态跃迁时,辐射的光子频率种类为=3种,B对;从n=3跃迁到n=1辐射光子的能量为ΔE=E3-E1=12.09
eV,照射锌板最大初动能Ek=(12.09-3.34)
eV=8.75
eV,C对;10.3
eV的光子能量不满足能级差公式,不会使基态的氢原子跃迁,D错。
9.A　波长越短,可曝光的特征尺寸就越小,就表示光刻的刀锋越锋利,刻蚀对于精度控制要求越高,选项A正确;光源波长越长,则频率就越小,能量越小,选项B错误;极紫外光的波长小于紫外光的波长,则频率较大,如果紫外光不能让某金属发生光电效应,极紫外光不一定不能使该金属发生光电效应,选项C错误;由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时能量变小,频率变小,则会出现波长更长的成分,选项D错误。
10.A、B、C　由Po变到Pb,质量数少4,所以发生了一次α衰变,则电荷数少2,所以a=84,由Bi变到Tl,发生了一次α衰变,则b=206,选项A、C正确,选项D错误;比结合能小的原子核结合或分裂成比结合能大的原子核时会出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程得知,一定释放核能,因此核反应放出能量,则Pb比U的比结合能大,选项B正确。

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