高中物理选修3核裂变与核聚变计算题专项训练姓名：__________班级：__________考号：__________
一、计算题（共16题）
1、镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发地放出α凿子而变成新核Rn，已知的质量为M1=3.7533×10－25kg，新核Rn的质量为M2=3.6867×10－25kg，α粒子的质量为m=6.6466×10－27kg，现有一个静止的核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s，求（计算结果保留两位有效数字）.
??（1）写出该核反应的方程；
??（2）此反应过程中放出的能量；
??（3）反应后新核Rn的速度大小.
2、太阳能来源于太阳内部的热核反应．太阳能的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，其总效果为4个质子聚变为1个新核并生成2个正电子()，试写出其核反应方程并指出新核的名称．
3、受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出能量。已知核质量为m1，核质量为m2，核质量为m3，中子质量为m0，真空中的光速为c.
（1）写出核反应方程；
（2）试计算该反应放出的核能。
4、一个氢原子的质量为1.6736×10-27kg，一个锂原子的质量为11.6505×10-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，
（1）写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？
（2）1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？
5、中子与锂核以等值反向的动量相碰，生成氚核和粒子，并放出4．9MeV的能量，
则
(1)氚粒与粒子的动能之比是多少????
(2)粒子的动能多大?
6、某实验室工作人员，用初速为v0=0.09c（c为真空中的光速）的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核Na，产生了质子。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1：10，已知质子质量为m。
（1）写出核反应方程；
（2）求出质子的速度v（结果保留两位有效数字）。
7、(选修3-5)
(1)2011年3月11日，日本发生9.0级大地震，导致核电站安全壳破损，使全球遭受核污染.世界绝大多数地方都从大气中检测到了的碘(I)一131，就是核原料一铀钚混合氧化物裂变的主要产物之一.碘一131的原子核内有78个中子，具有放射性。它发生衰变时，发射出β、γ射线，生成氙（Xe)—131，若所发射的β、γ射线的能量分别为0.6065MeV和0.3640MeV，下列说法中正确的是
A．戴口罩可以防止碘一131的辐射
B.。铀钚混合氧化物中，铀与钚的半衰期都发生了变化
C．碘一131发生衰变时，核反应方程是
D．碘一131发生衰变时，有1.745×l0-30kg的质量转化为能量
(2)用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率．得到图象如图．根据图像求出该金属的截止频率γc=????，普朗克恒量h=???J·s。(已知电子电量)
(3)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0,氧核的质量为m3，不考虑相对论效应．①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？
②求此过程中释放的核能．
8、（选修模块3-5）
（1）一个质子以1.0×10７m/s的速度撞入一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝核的质量是质子的27倍，硅核的质量是质子的28倍，则下列判断中正确的是????。
A．核反应方程为Al＋H→Si????B．核反应方程为Al＋n→Si
C．硅原子核速度的数量级为10７m/s，方向跟质子的初速度方向一致
D．硅原子核速度的数量级为10５m/s，方向跟质子的初速度方向一致
(2)目前，日本的“核危机”引起了全世界的瞩目，核辐射放出的三种射线超过了一定的剂量会对人体产生伤害。三种射线穿透物质的本领由弱到强的排列是?????
A．α射线，β射线，γ射线???B．β射线，α射线，γ射线
C．γ射线，α射线，β射线???D．γ射线，β射线，α射线
（3）太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核（H）结合成1个氦核（He），同时释放出正电子（e）。已知氢核的质量为mP，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c。计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能。
9、受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出能量．已知每个铀核裂变释放的平均能量为200MeV．
（1）写出核反应方程；
（2）现在要建设发电功率为5×105kW的核电站，用作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗多少千克？（阿伏加德罗常数取6.0×1023mol-1）。
10、太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.
(1)写出这个核反应方程；并计算这一核反应能释放多少能量？
(2)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少？
(3)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年.(太阳质量M＝2×1030kg,mp＝1.0073u，mHe＝4.0015u，me＝0.00055u，1u=931.5Mev?)
11、已知氘核()质量为2.0136u，中子()质量为1.0087u，氦核()质量为3.0150u，1u相当于931MeV???
(1)写出两个氘核聚变成；He的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)；
(3)若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应后生成的氦核()和中子()的速度大小之比是多少?
12、天文学家测得银河系中氨的含量约为25%。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2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。
(l）把氢核聚变反就简化为4个氢核（）聚变成氦核（)，同时放出2个正电子（）和2个中微子（)，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）研究表明，银河系的年龄约为t=3.8×1017s，每秒钟银河系产生的能量约为
(即。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。（可能用到数据：银河系质量约为，原子质量单位，1u相当于的能量，电子质量，氦核质量氢核质量，中微气质量为零）
13、用质子轰击锂核，生成两个粒子。已知质子的初动能是E1=0.6Mev，质子、粒子和锂核的质量分别为=1.0073u,ma=4.0015u,mLi=7.0160u。
??（1）写出核反应方程。??
??（2）核反应前后的质量亏损△m=？
??（3）核反应中释放的能量△E=？
??（4）核反应释放的能量全部增加了两个粒子的动能，则核反应后两个粒子具有的总动能Ek是多少？
14、一个原来静止的锂核()俘获一个速度为7.7×104m／s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103m/s，方向与中子的运动方向相反。
(1)试写出核反应方程；
(2)求出氦核的速度；
(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时，可产生一个氦核同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量。(已知氘核质量为=2.014102，氚核质量为=3．016050，氦核的质量=4．002603，中子质量=1．008665，1=1．6606×10-27kg)
15、某实验室工作人员，用初速度v0=2.7×107m/s的α粒子，轰击静止的氮原子核N，产生了质子H。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1：20，已知质子的质量为m。
??（1）写出核反应方程。
??（2）求出质子的速度
16、某些建筑材料可产生放射性气体一氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并大量放出射线，从而危害人体健康原来静止的氡核（86222Rn）发生一次α衰变生成新核钋（Po）。已知放出的α粒子速度为v.
（1）写出衰变方程；
（2）求衰变生成的钋核的速度.
============参考答案============
一、计算题
1、（1）
（2）
（3）
2、4???+2，????氦核或α粒子
3、（1）???ΔE=Δmc2=（m1-m2-m3-2m0）c2?
4、⑴H+Li→2He??
由质能方程ΔE=Δmc2??????
得释放核能ΔE=2.76×10-12J?????
⑵1mg锂原子含锂原子个数为10-6÷11.6505×10-27，每个锂原子对应的释放能量2.76×10-12J，所以共释放2.37×108J核能。
5、解：(1)设氚核的质量为，粒子的质量为
由动量守恒定律得：
?
?(2)
6、（1）He+Na→Mg+H??
（2）α粒子、新核的质量分别为4m、26m，质子的速率为v，对心正碰，由动量守恒定律得：
?????
???解出：v=0.23c?
7、(1)C
(2)5.0×1014?6.4×10-34
(3)解：①设复核的速度为v，由动量守恒定律得?????????????????????解得??????????????????
??????②核反应过程中的质量亏损?????????????
??????反应过程中释放的核能????????
8、（1）AD（4分）
（2）A?（4分）
（3）(2分)；?????(2分)
9、解：（1）核反应方程+→++3+200MeV．
（2）电站一天发出的电能E1=Pt????①
设每天消耗为mkg，核裂变释放的能量为
E2=m×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235???????②
由能量转化得E1=ηE2????????③
由①②③式得m=1.06kg．
10、解析:(1)
(2)Δm＝4×1.0073u－(4.0015＋2×0.00055)u＝0.0266u
ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV＝24.78MeV＝4×10－12J.
(3)太阳每秒钟释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒钟减少的质量为
(4)太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为
(年).答案:(1)略(2)4×10－12J
(3)0.4×1010kg(4)5×109年
11、解：(1)核反应方程为：
(2)质量亏损为△m=2.0136u×2一(3.0150u+1.0087u)=0.0035u??
释放的核能为△E=△mc2=931×0.0035MeV=3.26MeV?
(3)由动量守恒：???
??得
12、解：(1)
（2）
氦的含量：
（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。
13、（1）
（2）
（3）
（4）
14、解：(1)??
(2)由动量守恒定律：
?
(3)质量亏损为：
?
根据爱因斯坦质能方程??
????
15、解：（1）He+N??O+H
（2）α料子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，对心正碰，由动量守恒定律得
?解出v=5.84×107m/s
16、解：（1）衰变方程为：
（2）放出的α粒子速度方向为正方向，设钋核和α粒子的质量分别为M、m
由动量守恒定律得
方向与α粒子速度方向相反
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
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