高中物理爱因斯坦质能方程试题

2011年3月11日，日本发生里氏9.0级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有和两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射，其中的衰变方程为 ，其半衰期为8天。下列说法正确的是(    )

A．该核反应是衰变

B．原子核中含有78个中子

C．经过16天，75％的原子核发生了衰变

D．虽然该反应出现质量亏损，但核反应前后的原子核总质量数不变

核聚变能量种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u， 1u=1.66×10^－27kg。
（1）写出氘和氚聚合的反应方程；
（2）试计算这个核反应释放出来的能量；
（3）若建一座功率为3.0×10⁵kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×10⁷s计算，光速c=3.0×10⁸m/s，结果取二位有效数字）

(5分)一群处于激发态n=4的氢原子，跃迁时可能发出       种频率的光子；核反应方程中的X是     ，若的质量为m_u、的质量为m_T、X的质量为m_X，若光在真空中的传播速度为c，则该核反应释放的能量为        。

大科学工程"人造太阳"主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是： ${}_1{}^{2}H+{}_1{}^{2}H\to {}_2{}^{3}He+{}_0{}^{1}n$ ，已知 ${}_1{}^{2}H$ 的质量为 $2.0136u$ ， ${}_2{}^{3}He$ 的质量为 $3.0150u$ ， ${}_0{}^{1}n$ 的质量为 $1.0087u$ ， $1u=931\mathit{MeV}/c^2$ ． 氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）

A．

3.7MeV

B．

3.3MeV

C．

2.7MeV

D．

0.93MeV

卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反应为：。已知氮核质量为m_N=14.00753u，氧核的质量为m_O=17.00454u，氦核质量m_He=4.00387u，质子（氢核）质量为m_p=1.00815u。（已知：1uc²=931MeV，结果保留2位有效数字）求：
（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？
（2）若入射氦核以v₀=3×10⁷m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1:50。求氧核的速度大小。

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，核反应方程是，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为、、，真空中的光速为c.下列说法中正确的是

A．方程中的X表示中子（）

B．方程中的X表示正电子（）

C．这个核反应中质量亏损

D．这个核反应中释放的核能

氮核N俘获一个速度为2.3×10⁷ m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8.0×10⁶ m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．
(1)写出此核反应的方程式，求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
(2)此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据．

2011年3月11日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯137（Cs）对核辐射的影响最大，其半衰期约为30年。
①请写出铯137（Cs）发生衰变的核反应方程    [已知53号元素是碘（I），56号元素是钡（Ba）]
②若在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为    （真空中的光速为c）。
③泄露出的铯l37约要到公元      年才会有87．5％的原子核发生衰变。

以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是（填正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）（  ）

A．卢瑟福用实验得出原子核具有复杂的结构

B．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定

C．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损

D．自然界中含有少量的^14C,^14C具有放射性，能够自发地进行β衰变，因此在考古中可利用^14C测定年代

E．光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关

(4分)氢弹的工作原理是利用氢核聚变放出巨大能量。在某次聚变中，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核．已知氘核的比结合能是1.09 MeV；氚核的比结合能是2.78 MeV；氦核的比结合能是7.03 MeV.则氢核聚变的方程是________；一次氢核聚变释放出的能量是________MeV.

(6分)铀振裂变的一种方式是U＋n―→Nd＋Zr＋3n＋8X，该反应的质量亏损为0.2 u，已知1 u相当于931.5 MeV的能量。
①X代表的粒子是________。
②该反应放出的能量是________J。(结果保留三位有效数字)。

太阳向空间辐射太阳能的功率大约为3.8×10²⁶W，太阳的质量为2.0×10³⁰Kg。太阳内部不断发生着四个质子聚变为一个氦核的反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳能源。（M_p=1.0073u,M_α="4.0292u," M_e="0.00055u," 1u=931MeV）。试求：
（1）写出这个核反应的核反应方程。
（2）这一核反应释放出多少能量？
（3）太阳每秒钟减少的质量为多少？

(9分)某些建筑材料可产生放射性气体——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，并放出大量的射线，从而危害人体健康。原来静止的氡核(R_n)发生一次α衰变生成新核钋(P_o)，并放出一个能量为E₀＝0.09 MeV的光子。已知放出的α粒子动能为E_α＝5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u ＝931.5 MeV/ c² 。
①写出衰变的核反应方程；
②衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)。

钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和粒子，而铀核激发态 立即衰变为铀核，并放出能量为0.097MeV的光子。衰变放出的光子的动量可忽略.已知：、和粒子的质量分别为=239.0521u、=235.0439u和="4.0026u" ，1u相当于931.5MeV
①写出的衰变方程
②求铀核和粒子刚产生时动能大小之比
③求粒子的动能(计算结果保留三位有效数字)

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H＋C→N＋Q₁， H＋N→C＋X＋Q₂，方程中Q₁、Q₂表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

原子核	H	He	He	C	N	N
质量/u	1.007 8	3.016 0	4.002 6	12.000 0	13.005 7	15.000 1

则X是____，Q₂____Q₁（填“大于”、“等于”或“小于”）．