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第五章 原子与原子核
学 习 目 标 物 理 与 STSE
1．掌握原子核的组成，知道核子的概念．(重点)
2．掌握质量数、电荷数和核子数间的关系．(重点)
3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．(重点、难点)
4．了解四种基本相互作
用，知道核力的特点．
5．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算(重点)
物理观念 1．质量数A等于中子数与质子数之和．
2．核子之间靠核力结合在一起成为原子核
B
90
8
B
90
8
e
0
实验
瑟福用a粒子
轰击氮原子核发
质子是原子核
现了质子
组成部分
想
实验
卢瑟福猜想原子查德威克通过中子是原子核
核内存在着质量实验验证
的组成部分
与质子相同的中子的存在
性粒子一中子
强相互作用卜
四短
弱相互作用的力程比
强力更短,为1018
种基本相互作用
弱相互作用
长
电磁力
在相同距离上,电磁
力大约比万有引力强
万有引力
035倍
质子的发现
原子核
发现
的组成
质子数、中子数、质量数的关系
定义
核反应
原子核的人工转变
定
核力
四种基本相互作用
结合能与质量亏损INCLUDEPICTURE"分级训练.tif" INCLUDEPICTURE "分级训练.tif" \* MERGEFORMAT
A级 合格达标
1．卢瑟福预想到原子核内除了有质子外，还有中子的事实依据是 ( )
A．电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
解析：质子数是质子数的2倍或2倍还多些．
答案：C
2．(多选)下列核反应中哪些是可能的 ( )
A.B＋α粒子→N＋H B.Al＋n→Mg＋质子
C.Be＋He→C＋n D.N＋He→O＋氘核
解析：根据核反应遵循质量数及电荷数守恒，写出方程式中相应粒子的符号，可判断B、C正确．
答案：BC
3．在下列判断中，正确的是 ( )
A．组成U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用
B．组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用
C．组成U核的核子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用
D．组成U核的核子中任何两个核子之间，除库仑斥力之外还都存在不可忽略的核力作用
解析：核力是短程力，只存在于两个相邻的核子之间，故A、B、D错误；库仑力是长程力，任何两个质子间都存在库仑斥力，C正确．
答案：C
4．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( )
A．一切原子核均具有结合能
B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．比结合能越大的原子核越稳定
解析：自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量，反之，将原子核分开为自由核子时需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子数多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，D正确．
答案：AD
5．原子质量单位为u，1 u相当于931 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是 ( )
A．(M－m1－m2)u×c2 J B．(m1＋m2－M)u×931 J
C．(m1＋m2－M)c D．(m1＋m2－M)×931 MeV
解析：由质能方程ΔE＝Δmc2知选项C错误；而Δm＝(m1＋m2－M)，即反应前总质量减反应后的总质量，故A、B错误，选项D正确．
答案：D
6．(多选)用质子轰击锂核(Li)生成两个α粒子，以此进行验证著名的爱因斯坦质能方程的实验．已知质子初动能是0.6 MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.007 3 u，4.001 5 u和7.016 0 u．已知1 u相当于931.5 MeV，则下列叙述中正确的是( )
A．此反应过程质量减少0.010 3 u
B．生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV，与实验相符
C．核反应中释放的能量是18.9 MeV，与实验相符
D．若生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV，与实验相符
解析：核反应前的质量为1.007 3 u＋7.016 0 u＝8.023 3 u，核反应后的质量为2×4.001 5 u＝8.003 0 u，此反应过程中质量减少了0.020 3 u，故A错误；根据质能方程ΔE＝Δm×931.5 MeV＝18.9 MeV，故核反应释放的核能为18.9 MeV，C正确；由反应过程中能量守恒知反应后两个α粒子的总动能E总＝18.9 MeV＋0.6 MeV＝19.5 MeV，故B错误，D正确．
答案：CD
B级 等级提升
7．(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是( )
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
E．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷
解析：密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，选项A正确；原子中存在原子核是卢瑟福通过α粒子散射实验发现的，选项B、D错误；居里夫妇发现的钋和镭是从沥青铀矿中分离出来的，选项C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，发现阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了其比荷，选项E正确.
答案：ACE
8．正电子发射计算机断层扫描(PET)，是借助于示踪剂(正电子放射性药物)可以聚集到病变部位的特点来发现疾病的．PET常用核素氧15做示踪剂，其半衰期仅有2分钟．对含有氧元素的物质用能量范围为20～50 MeV的X射线进行照射，激发其原子核边缘的中子，可以产生正电子核素氧15.下列说法正确的是( )
A．用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子
B．氧15发生正电子衰变时，生成的新核含有9个中子
C．经过10分钟，氧15的含量减小为原来的
D．将氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
解析：用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子，核反应方程为X＋O→O＋n，故A正确；氧15发生正电子衰变的核反应方程为O→e＋N，生成的新核有8个中子，故B错误；经过10分钟，即经过5个半衰期，剩余氧15的含量m＝m0＝m0，故C错误；改变元素所处的物理环境和化学状态，不改变其半衰期，故D错误．
答案：A
9．如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )
A．将原子核A分解为原子核B、C一定吸收能量
B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量
C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量
D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量
解析：因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可得B、D错误，C正确．
答案：C
10．(多选)下列说法中，正确的是 ( )
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是由静止质量变成运动质量
D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
解析：E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项正确；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误．
答案：BC
11．镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn，已知镭核Ra质量为226.025 4 u，氡核Rn质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量．
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能．
解析：(1)核反应(衰变)方程为Ra→Rn＋He.
(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV＝6.05 MeV.
(3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0，
又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则
ΔE＝mRnv＋mαv，
联立以上两式可得
Eα＝mαv＝×ΔE＝×6.05 MeV＝5.94 MeV.
则放出粒子的动能为5.94 MeV.
答案：(1)Ra→Rn＋He (2)6.05 MeV
(3)5.94 MeV
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