课件27张PPT。课件25张PPT。课件38张PPT。课件30张PPT。课件24张PPT。课件29张PPT。课时训练15 原子核的组成
一、综合题
1.下列哪些现象能说明射线来自原子核( )
A.三种射线的能量都很高
B.放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D.α射线、β射线都是带电的粒子流
答案:BC
解析:能说明放射线来自原子核的证据是,元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关,选项B、C正确。
2.关于质子与中子,下列说法正确的是( )
A.原子核(除氢核外)由质子和中子构成
B.质子和中子统称为核子
C.卢瑟福发现了质子,并预言了中子的存在
D.卢瑟福发现了中子,并预言了质子的存在
答案:ABC
解析:原子核内存在质子和中子,中子和质子统称为核子,卢瑟福只发现了质子,以后又预言了中子的存在。
3.有三种射线,射线a很容易穿透黑纸,速度接近光速;射线b可穿透几十厘米厚的混凝土,能量很高;用射线c照射带电的导体,可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是( )
A.a是α射线,b是β射线,c是γ射线
B.a是β射线,b是γ射线,c是α射线
C.a是γ射线,b是α射线,c是β射线
D.a是γ射线,b是β射线,c是α射线
答案:B
解析:由题意知,射线a贯穿能力较强,速度接近光速,故是β射线;射线b贯穿能力很强且能量高,是γ射线;射线c很容易使空气电离,从而将导体上的电荷中和,是α射线。
4.据最新报道,放射性同位素钬Ho可有效治疗癌症,该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )
A.32 B.67 C.99 D.166
答案:A
解析:根据原子核的表示方法得核外电子数=质子数=67,中子数为166-67=99,故核内中子数与核外电子数之差为99-67=32,故A对,B、C、D错。
5.氢有三种同位素,分别是氕H、氘H、氚H,则( )
A.它们的质子数相等
B.它们原子的核外电子数相等
C.它们的核子数相等
D.它们的中子数相等
答案:AB
解析:氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3,因为是同位素,质子数和原子核外电子数相同,都为1,中子数等于核子数减去质子数,故中子数各不相同,所以本题选项A、B正确。
6.如图所示,x为未知的放射源,L为薄铝片,若在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,则x可能是( )
A.α和β的混合放射源
B.纯α放射源
C.α和γ的混合放射源
D.纯γ放射源
答案:C
解析:此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力。在放射源和计数器之间加上薄铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透力很弱的粒子,即α粒子;在薄铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明穿过薄铝片的粒子中一定不含有β粒子,能穿透铝片打到计数器上的是γ粒子,x应是α粒子和γ光子的混合放射源。
7.如图是利用射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3 mm厚的铝板,那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得 些。?
答案:β 大
8.现在,科学家正在设法探寻“反物质”。所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的,“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量,但电荷的符号相反,据此,反α粒子的质量数为 ,电荷数为 。?
答案:4 -2
解析:α粒子是氦核,它是由两个质子和两个中子构成,故质量数为4,电荷数为2。而它的“反粒子”质量数也是4,但电荷数为-2。
课时训练16 放射性元素的衰变
一、综合题
1.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是( )
A.原子核全部衰变所需要的时间的一半
B.原子核有半数发生衰变所需要的时间
C.相对原子质量减少一半所需要的时间
D.元素质量减半所需要的时间
答案:BD
解析:放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期,它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同。放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核,原来的放射性元素原子核的个数不断减少;当原子核的个数减半时,该放射性元素的原子核的总质量也减半,故选项B、D正确。
2.一个放射性原子核,发生一次β衰变,则它的( )
A.质子数减少一个,中子数不变
B.质子数增加一个,中子数不变
C.质子数增加一个,中子数减少一个
D.质子数减少一个,中子数增加一个
答案:C
解析:β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子,故中子减少一个而质子增加一个。故A、B、D错,C对。
3.某放射性同位素样品,在21天里衰减掉,它的半衰期是( )
A.3天 B.5.25天
C.7天 D.10.5天
答案:C
解析:在21天里衰变掉,则剩余,故经历3个半衰期,因此半衰期为=7(天)。
4.表示放射性元素碘131I)β衰变的方程是( )
AISbHe
BIXee
CIIn
DITeH
答案:B
解析:原子核发生β衰变时,从原子核内部释放出一个电子,同时生成一个新核,选项B正确。
5.在存放放射性元素时,若把放射性元素①置于大量水中;②密封于铅盒中;③与轻核元素结合成化合物。则( )
A.措施①可减缓放射性元素衰变
B.措施②可减缓放射性元素衰变
C.措施③可减缓放射性元素衰变
D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变
答案:D
解析:放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定,与外界因素无关,所以选项A、B、C错误,选项D正确。
6.美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片作电池两极,外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是( )
A.镍63的衰变方程是NiCu
B.镍63的衰变方程是NiCu
C.外接负载时镍63的电势比铜片高
D.该电池内电流方向是从镍到铜片
答案:C
解析Ni的衰变方程为NiCu,选项A、B错。电流方向为正电荷定向移动方向,在电池内部电流从铜片到镍片,镍片电势高,选项C对,D错。
7.本题中用大写字母代表原子核。E经α衰变成为F,再经β衰变成为G,再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式:
EFGH
另一系列衰变如下:
PQRS
已知P是F的同位素,则( )
A.Q是G的同位素,R是H的同位素
B.R是E的同位素,S是F的同位素
C.R是G的同位素,S是H的同位素
D.Q是E的同位素,R是F的同位素
答案:B
解析:因为P是F的同位素,其电荷数设为Z,则衰变过程可记为
Z+2EFGH
ZPQRS
显然E和R的电荷数均为Z+2,则E和R为同位素,Q和G的电荷数均为Z+1,则Q和G为同位素,S、P、F的电荷数都为Z,则S、P、F为同位素,故选项B正确,选项A、C、D错误。
8.某些建筑材料可产生放射性气体——氡,氡可以发生α衰变。如果人长期生活在氡浓度过高的环境中,氡通过人的呼吸沉积在肺部,并大量放出射线,从而危害人体健康,原来静止的氡核Rn)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大小。
答案:(1RnPoHe (2)v
解析:(1)由质量数和电荷数守恒,可得衰变方程为
RnPoHe。
(2)由于衰变过程中满足动量守恒,则:mPov'+mαv=0
故v'=-=-v=-v。
课时训练17 探测射线的方法 放射性的应用与防护
一、综合题
1.下列关于一些物理学史的说法中,正确的是( )
A.卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说
B.汤姆孙在α粒子散射实验中发现了电子
C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D.爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说
答案:ACD
2.对放射性的应用,下列说法中正确的是( )
A.射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,对人体正常细胞不会有伤害作用
B.对有放射性的废料,要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里,而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
答案:BCD
解析:放疗杀伤癌细胞的同时对人的身体也是有害的,A选项错误。B、C、D关于放射性的防护的表述都是正确的。
3.有关放射性同位素P的下列说法,正确的是( )
A.P与X互为同位素
BP与其同位素有相同的化学性质
C.用P制成化合物后它的半衰期变长
DP能释放正电子,可用其作示踪原子,观察磷肥对植物的影响
答案:BD
解析:同位素有相同的质子数,不同的质量数,故A错;同位素有相同的化学性质,故B对;半衰期与物理、化学状态无关,故C错P为放射性同位素,可用作示踪原子,故D对。故正确选项为B、D。
4.α粒子轰击硼10后,生成氮13,放出X粒子,而氮13是不稳定的,它放出Y粒子后变成碳13,那么X粒子和Y粒子分别是( )
A.质子和中子 B.质子和正电子
C.中子和负电子 D.中子和正电子
答案:D
解析:根据题意可以写出核反应方程为Hee,所以选项D正确。
5.贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品,其主要成分为铀238,贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍,杀伤力极大,而且残留物可长期危害环境。下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )
A.由于爆炸后的弹片存在放射性,对环境产生长期危害
B.爆炸后的弹片不会对人体产生危害
C.铀238的衰变速率很快
D.铀的半衰期很长
答案:AD
解析:天然放射现象周期很长,会对环境和生物造成长期的影响,故选项A、D正确,选项B、C错误。
6.下表给出了四种放射性同位素的辐射线和半衰期。在医疗技术中,常用放射线治疗肿瘤,其放射线必须满足:①具有较强的穿透能力,以辐射到体内的肿瘤处;②在较长时间内具有相对稳定的辐射强度。为此所选择的放射源应为( )
同位素
钋210
锝99
钴60
锶90
辐射线
α
γ
γ
β
半衰期
138天
6小时
5年
28年
A.钋210 B.锝99
C.钴60 D.锶90
答案:C
解析:因放射线要有较强的穿透能力,所以应为γ射线,要使其在较长时间具有相对稳定的辐射强度,放射源应具有较长的半衰期,故选项C正确。
7.如图所示,带电粒子在“云室”中运动时,可呈现其运动径迹,将“云室”放在匀强电场中,通过观察分析带电粒子的径迹,可以研究原子核发生衰变的规律。现将一静止的放射性14C放入上述装置中,当它发生衰变时,可能放出α粒子或电子。所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直,a、b均表示长度)。则:
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是 。?
(2)14C发生衰变时所放射出粒子的运动轨迹是 (选填“①”或“②”)。?
(3)14C的衰变方程是 。?
答案:(1)α粒子 (2)② (3BeHe
解析:(1)由轨迹可以看出,反冲核与放出的射线的受力方向均与电场方向相同,所以放出的粒子为α粒子。
(2)由动量守恒知,α粒子的动量与反冲核的动量相同,α粒子的质量小,速度必然大,在相等时间内垂直电场方向上的位移大,故②为α粒子的径迹。
(3)据质量数守恒和电荷数守恒可得BeHe。
8.自然界中的铀和钴都有同位素。
(1)铀主要以三种同位素的形式存在,三者的原子百分含量分别为U 0.005%U 0.72%U 99.275%。请写出计算铀元素近似相对原子质量的计算式(不必算出具体数值): 。?
(2)放射性同位素钴60能够产生γ射线。高速运动的γ射线作用于DNA,能够产生氢键断裂、碱基替换等效应,从而有可能诱发生物产生 ,使生物体出现可遗传的变异,从而选择和培育出优良品种。此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏,这是因为γ射线能 。在进行照射生物或食品的操作时,需要注意人体保护。操作完毕后,人体 (选填“可以”或“不可以”)直接接触射线处理过的材料。?
答案:(1)(234×0.005+235×0.72+238×99.275)×10-2 (2)基因突变 杀菌 可以
解析:(1)铀元素的相对原子质量等于每种同位素的质量数与其百分含量乘积之和,即(234×0.005+235×0.72+238×99.275)×10-2。(2)γ射线的照射强度增大到一定程度会诱发生物体的基因突变。由于经过放射性同位素照射过的物体并不存在放射性,所以人体可以直接接触。如利用γ射线照射食品杀菌后,利于贮藏,贮藏后的这些食品照样可以食用。
课时训练18 核力与结合能
一、综合题
1.对于核力,以下说法正确的是( )
A.核力是弱相互作用,作用力很小
B.核力是强相互作用的表现,是强力
C.核子之间的距离小于0.8×10-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起
D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.8×10-15m时核力的变化规律更清楚
答案:BC
解析:核力是强相互作用的一种表现,它的作用范围在1.5×10-15m之内,核力比库仑力大得多。因此,选项B正确,A错误。核力在大于0.8×10-15 m时表现为吸引力,且随距离增大而减小;在距离小于0.8×10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,所以选项C正确。人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们奋力攻克的堡垒,故D项不正确。
2.下面关于结合能和比结合能的说法中,正确的是( )
A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也越大
C.重核与中等质量的原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大
D.中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
答案:D
3.氦原子核由两个质子与两个中子组成,这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力,则三种力从大到小的排列顺序是( )
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
答案:D
解析:核力是核子之间的一种强相互作用,其相互作用力巨大,两质子之间的万有引力极其微小,所以我们在平时的计算中不考虑。
4.关于质能方程,下列说法中正确的是( )
A.质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量
B.物体获得一定的能量,它的质量也相应地增加一定值
C.物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
答案:BD
解析:质能方程E=mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的,当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时,它的质量也相应增加一定值,并可根据ΔE=Δmc2进行计算,所以选项B、D正确。
5.为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E=mc2,科学家用中子轰击硫原子,分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量,然后进行比较,精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为m1,捕获中子后的原子质量为m2,被捕获的中子质量为m3,核反应过程放出的能量为ΔE,则这一实验需验证的关系式是( )
A.ΔE=(m1-m2-m3)c2
B.ΔE=(m1+m3-m2)c2
C.ΔE=(m2-m1-m3)c2
D.ΔE=(m2-m1+m3)c2
答案:B
解析:反应前的质量总和为m1+m3,质量亏损Δm=m1+m3-m2,核反应释放的能量ΔE=(m1+m3-m2)c2,选项B正确。
6.某核反应方程为He+X。已知H的质量为2.013 6 uH的质量为3.018 0 uHe的质量为4.002 6 u,X的质量为1.008 7 u。则下列说法中正确的是( )
A.X是质子,该反应释放能量
B.X是中子,该反应释放能量
C.X是质子,该反应吸收能量
D.X是中子,该反应吸收能量
答案:B
解析:由题目所给核反应方程式,根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律,可得:
HeX,X是中子,在该反应发生前反应物的总质量m1=2.013 6 u+3.018 0 u=5.031 6 u,反应后产物总质量m2=4.002 6 u+1.008 7 u=5.011 3 u,总质量减少,出现了质量亏损,根据爱因斯坦的质能方程可知,该反应释放能量。故B正确。
7.已知质子的质量是1.008665 u、中子的质量也是1.008665 u,氢原子的质量是1.007825 u,碳原子的原子量是12.000000 u,12个核子结合成碳原子核时,质量亏损是 ,碳原子核的比结合能是 。?
答案:0.098 940 u 7.68 MeV
解析:碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成,
质量亏损:
Δm=6×1.007825 u+6×1.008665 u-12.000000 u
=0.098 940 u
比结合能为:
=≈7.68 MeV。
8.铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核,已知铍核Be质量为9.012190 u,α粒子质量为4.002600 u,中子质量为1.008665 u。
(1)写出核反应方程;
(2)算出释放的能量。
答案:(1BeHen (2)5.71 MeV
解析:(1)核反应方程式:
BeHen。
(2)由题意得质量亏损Δm=(9.012 190 u+4.002600 u)-(12.00000 u+1.008665 u)=0.006125 u
由ΔE=Δm×931.5 MeV得
释放的能量:ΔE=0.006 125×931.5 MeV=5.71 MeV。
课时训练19 核裂变
一、综合题
1.下列关于重核裂变的说法中,正确的是( )
A.核裂变反应是一个吸能反应
B.核裂变反应是一个放能反应
C.核裂变反应的过程质量亏损
D.核裂变反应的过程质量增加
答案:BC
2.为了安全核反应堆要用厚厚的混凝土将其完全封闭。这里的混凝土层所起的作用是防止( )
A.核爆炸 B.射线外泄
C.核燃料外泄 D.快中子外泄
答案:BCD
3.原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要由哪四部分组成( )
A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B.原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
答案:A
解析:通过学习,我们知道核反应堆的构成分四部分:原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统。
4.2009年12月28日,我国首批三代核电AP1000自主化依托项目——中国电力投资集团公司山东海阳核电项目一期工程正式开工。山东海阳核电站位于海阳市留格庄镇原冷家庄和董家庄,地处三面环海的岬角东端,占地面积2 256亩,海阳核电站全部建成之后,将成为迄今为止中国最大的核能发电项目。关于海阳核电站能量来自于( )
A.天然放射性元素衰变放出的能量
B.人工放射性同位素衰变放出的能量
C.重核裂变放出的能量
D.化学反应放出的能量
答案:C
解析:世界上现在和平利用核能均采用重核裂变释放的能量。
5.裂变反应中释放出的能量来自于( )
A.核子消失转化为能量
B.原子中电子与原子核的电势能减小
C.入射的中子消失转化为能量
D.原子核的比结合能变大,释放出能量
答案:D
解析:发生核反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A错误;能量来自于原子核内部,因重核分裂为中等质量的核时,比结合能增加而释放出能量,D正确。
6.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U+n→Sr+n,则下列叙述正确的是( )
A.X原子核中含有86个中子
B.X原子核中含有141个核子
C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加
D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少
答案:A
解析:X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140,B项错误。中子数为140-(92-38)=86,A项正确。裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,所以C、D项错误。
7.某核反应堆每小时消耗浓缩铀(铀235的含量占5%)200 g,假定每个铀核裂变时释放的能量是200 MeV,核反应堆的效率为90%,求该核反应堆的输出功率。
答案:2.0×108W
解析:200 g浓缩铀中铀235的含量为m=200 g×5%=10 g,则10 g铀235中含有的原子数为n=NA=×6.02×1023≈2.56×1022。这些铀在1 h内释放的能量为Q=nΔE=2.56×1022×200×106×1.6×10-19J≈8.19×1011J,则此核反应堆的输出功率为P= W≈2.0×108W。
8.我国现有核电站6个,现役核电机组有11个。其中最早建设的浙江嘉兴的秦山核电站位于杭州湾畔,一期工程是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。秦山三期核电站采用加拿大成熟的坎杜6重水堆核电技术。已知铀核U)裂变生成钡Ba)和氪Kr)。已知Ba、Kr以及中子的质量分别是235.0439 u、143.9139 u、88.8973 u和1.0087 u。我国秦山核电站一期工程的功率为30×104 kW,假如U能够完全发生裂变,其中有一半核能转化为电能。则电站一年要消耗多少U?(已知1 u=1.66×10-27kg)
答案:231.1 kg
解析:核裂变方程为BaKr+n。
则一个U裂变释放出来的核能ΔE=(235.043 9 u-143.9139 u-88.8973 u-2×1.0087 u)×c2=0.215 3×1.66×10-27×(3×108)2J=3.21×10-11J
每年核电站产生的总能量:E=Pt=30×107×365×24×3 600 J=9.461×1015 J
所以每年消耗的铀核个数为
N=个=5.894×1026个
因此每年需要铀的总质量为:m=
m=·mmol=×235×10-3 kg=231.1 kg。
课时训练20 核聚变 粒子和宇宙
一、综合题
1.关于聚变,以下说法正确的是( )
A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量
B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
答案:BD
解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故A错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功,故C错误,D正确。
2.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )
A.夸克、轻子、胶子等粒子
B.质子和中子等强子
C.光子、中微子和电子等轻子
D.氢核、氘核、氦核等轻核
答案:A
解析:宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再之后是中子和质子组成氘核,并形成氢核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确,B、C、D的产生都在A之后,故B、C、D错误。
3.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→He。关于He聚变,下列表述正确的是( )
A.聚变反应不会释放能量
B.聚变反应产生了新的原子核
C.聚变反应没有质量亏损
D.目前核电站都采用He聚变反应发电
答案:B
解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。
4.下面是一核反应方程He+X。用c表示光速,则( )
A.X是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘c2
B.X是中子,核反应放出的能量等于中子质量乘c2
C.X是质子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和,再乘c2
D.X是中子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和,再乘c2
答案:D
解析:由质量数守恒及电荷数守恒可得X为n(中子),再根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积,故D项正确。
5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A.1036 kg B.1018 kg
C.1013 kg D.109 kg
答案:D
解析:根据爱因斯坦的质能方程,Δm=kg=4.4×109kg,D正确。
6.已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的,它们的带电荷量如下表所示,表中e为元电荷。
π+
π-
u
d
带电荷量
+e
-e
+e
-e
-e
+e
下列说法正确的是( )
A.π+由u和组成
B.π+由d和组成
C.π-由u和组成
D.π-由d和组成
答案:AD
解析:根据电荷量关系可知,由于π+介子带有+e的电荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克组成,根据题意可知π+介子(+e)应由一个u夸克(+e)和反d夸克(+e)合成,同理π-介子由d夸克和反u夸克构成。
7.天文观测表明,几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度(称为退行速度)越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比,即v=Hr。式中H为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。
(1)由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?
(2)根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/秒·光年,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?
答案:(1)T= (2)1×1010年
解析:(1)由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得:T=。
(2)T=年=1×1010年。
8.两个中子和两个质子结合成一个氦核,同时释放一定的核能,若已知中子质量为1.0087u,质子质量为1.007 3 u,氦核质量为4.002 6 u。试计算用中子和质子生成1 kg氦时要释放的核能。
答案:6.59×1014 J
解析:计算核能的步骤一般是:首先,写出核反应方程;其次,计算质量亏损Δm;然后根据质能方程ΔE=Δmc2计算核能。若Δm以原子质量单位(u)为单位,可直接用ΔE=Δm(u)×931.5MeV计算,此法较快且常用。
两个质子和两个中子结合成氦核的反应为He
质量亏损Δm=(2×1.0087+2×1.007 3-4.002 6) u=0.029 4 u
放出的核能
ΔE=0.0294×931.5MeV=27.386 MeV
生成1 kg氦释放的总核能
E=×6.02×1023×27.386×106×1.6×10-19 J=6.59×1014 J。
