本册综合能力测试题
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(山东师大附中2014～2015学年高二下学期检测)下面是历史上的几个著名实验的装置图，其中发现电子的装置是( )
答案：A
解析：汤姆孙利用气体放电管研究阴极射线，发现了电子。
2．如图所示，光滑水平面上有一小车，小车上有一物体，用一细线将物体系于小车的A端，物体与小车A端之间有一压缩的弹簧，某时刻线断了，物体沿车滑动到B端粘在B端的油泥上。则下述说法中正确的是( )
①若物体滑动中不受摩擦力，则全过程机械能守恒
②若物体滑动中有摩擦力，则全过程系统动量守恒
③小车的最终速度与断线前相同
④全过程系统的机械能不守恒
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②③④
答案：B
解析：取小车、物体和弹簧为一个系统，则系统水平方向不受外力(若有摩擦，则物体与小车间的摩擦力为内力)，故全过程系统动量守恒，小车的最终速度与断线前相同。但由于物体粘在B端的油泥上，即物体与小车发生完全非弹性碰撞，有机械能损失，故全过程机械能不守恒。
3．关于核反应方程H＋H→He＋X，以下说法中正确的是( )
A． X是n，该核反应属于聚变
B． X是H，该核反应属于裂变
C．X是n，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料
D．X是H，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料
答案：A
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒知X是n，此核反应属于聚变，A正确B错误。当前核电站采用的燃料是铀235，C、D错误。
4．(河北邢台一中2014～2015学年高二下学期检测)氢原子的能级如图所示，下列说法不正确的是( )
A．一个氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出6种不同频率的光子，这时电子动能减少，原子势能减少
B．已知可见光的光子能量范围约为1.62eV－3.11eV，处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
C．有一群处于n＝4能级的氢原子，如果原子n＝2向n＝1跃迁所发生的光正好使某种金属材料产生光电效应，则这群氢原子发出的光谱中共有3条谱线能使该金属产生光电效应
D．有一群处于n＝4能级的氢原子，如果原子n＝2向n＝1跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应，从能级n＝4向n＝1发出的光照射该金属材料，所产生的光电子的最大初动能为2.55eV
答案：A
解析：根据C＝6知，一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，它们向较低能级跃迁时可能辐射出6种不同频率的光子，这时动能增大，电势能减小，故A错误；可见光的光子能量范围约为1.62eV－3.11eV，则紫外线的能量高于3.11eV，而n＝3能级的氢原子能量为－1.51eV，因此处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离，故B正确。根据光电效应产生条件，原子n＝4向n＝1，n＝3向n＝1，n＝2向n＝1跃迁所发生的光，能使其发生光电效应，故C正确；由C选项分析，结合光电效应方程Ekm＝hν－W，可知，从能级n＝4向n＝1发出的光照射时，辐射能量为E＝13.6eV－0.85eV＝12.75eV，原子n＝2向n＝1跃迁所发出的光的能量为E′＝13.6eV－3.4eV＝10.2eV，则产生的光电子的最大初动能为Ekm＝12.75eV－10.2eV＝2.55eV，故D正确。
5．如图所示，为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )
A．加大照射光的强度
B．换用波长短的光照射
C．将P向b滑动
D．将电源正、负极对调
答案：B
解析：电表无偏转，说明没有发生光电效应现象，即入射光的频率小于极限频率，要能发生光电效应现象，只有增大入射光的频率，即减小入射光的波长。
6．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成 Bi，下列论述中正确的是( )
A．核Bi比核Np少28个中子
B．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
C．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
D．发生β衰变时，核内中子数不变
答案：B
解析：Bi的原子核比Np少93－83＝10个质子，质子数和中子数总共少237－209＝28，故Bi的原子核比Np少18个中子，故A错误；设Bi变为Np需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93＝2x－y＋83,4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故B正确，C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子释放一个电子，所以中子数减少，故D错误。故选B。
7.2013年12月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大。关于He，下列说法正确的是( )
A．He的原子核内有三个中子两个质子
B．He的原子核内有一个中子两个质子
C．He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D．He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
答案：BC
解析：He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起，D错误。
8．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法中正确的是( )
A．卢瑟福通过实验发现了质子，其核反应方程为He＋N→O＋H
B．铀核裂变的核反应是：U→Ba＋Kr＋2n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3。质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是：(m1＋m2－m3)c2
D．如图，原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
答案：AD
解析：卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，故A正确；B选项不是裂变反应，故B错误；质子和中子结合成一个α粒子的核方程为：2H＋2n→He，故释放能量为：(2m1＋2m2－m3)c2，故C错误；bc能级之间能量等于ac能级与ab能级之间能量之和，即有：＝＋，故从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为：λ3＝的光子，故D正确，故选AD。
9．a、b两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如图所示。用a、b两束光( )
A．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此确定光是横波
B．先后照射某金属，a光照射时恰能逸出光电子，b光照射时不能逸出光电子
C．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b光不能进入空气，则a光也不能进入空气
D．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a光的反射角比b光的反射角大
答案：BC
解析：不论是横波还是纵波都能发生干涉现象，选项A错误；根据光路可逆原理，结合折射图象知，折射率na>nb，其光子能量Ea>Eb，当a光恰能逸出光电子，b光则不能发生光电效应，选项B正确；由全反射知识sinC＝知，临界角Ca10．一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示。若两圆半径之比为44:1，则( )
A．发生的是α衰变
B．轨迹2是反冲核的径迹
C．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动
D．该放射性元素的原子序数是90
答案：BC
解析：由动量守恒可知：m1v1＝m2v2，而R＝，故q1·BR1＝q2·BR2；半径越小，则q越大，故轨迹1是放出粒子的轨迹，轨迹2是反冲核的径迹，故B正确；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则放出的粒子速度向上，由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生β衰变，故A错C对；由q1R1＝q2R2及β衰变公式可知，放射性元素的原子序数为43，D错。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(5分)人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程。请按要求回答下列问题。
(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献。请选择其中的两位，指出他们的主要成绩。
①__________________________________。
②__________________________________。
(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，下图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途。
________________________________________________________________________
答案：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型；玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律；查德威克发现了中子
(2)2为γ射线；利用γ射线的贯穿本领，工业用来探伤。
解析：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型(或其他成就)。
玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律(或其他成就)。
查德威克发现了中子(或其他成就)。
(2)1为α粒射线；利用α射线的电离作用消除有害静电。
或：2为γ射线；利用γ射线很强的贯穿本领，工业用来探伤。
或：3为β射线；利用β射线自动控制铝板厚度。
12．(6分)如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放电器、电磁继电器等几部分组成。
(1)示意图中，a端应是电源________极。
(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时，________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列________说法正确。
A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大
B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大
答案：(1)正 (2)阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化，将衔铁N吸住。无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M。 (3)B
13．(7分)(黑龙江大庆一中2015～2016学年高二下学期检测)用如图甲所示的气垫导轨来验证动量守恒定律，用频闪照相机闪光4次拍得照片如图乙所示，已知闪光时间间隔为Δt＝0.02s，闪光本身持续时间极短，已知在这4次闪光的时间内A、B均在0～80cm范围内且第一次闪光时，A恰好过x＝55cm处，B恰好过x＝70cm处，则由图可知：
(1)两滑块在x＝________cm处相碰。
(2)两滑块在第一次闪光后t＝________s时发生碰撞。
(3)若碰撞过程中满足动量守恒，则A、B两滑块的质量比为________。
答案：(1)60 (2)0.01s (3)2:3
解析：(1)碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间，碰撞后B静止，故碰撞发生在x＝60cm处。
(2)碰撞后A向左做匀速运动，设其速度为vA′，
所以vA′·Δt＝20，
碰撞到第二次闪光时A向左运动10cm，时间为t′
有vA′·t′＝10，
第一次闪光到发生碰撞时间为t，
有t＋t′＝Δt，得t＝＝0.01s
(3)碰撞前，A的速度大小为：vA＝10m/s；B的速度大小为vB＝20m/s；
碰撞后，A的速度v′A＝20m/s，取向左为正方向，
则由动量守恒定律可知：mAv′A＝mBvB－mAvA
解得：mA:mB＝2:3
三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：
(1)氢原子可能发射几种频率的光子？
(2)氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？
(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
4.1
答案：(1)6种 (2)2.55eV (3)铯；0.65eV
解析：(1)可发射6种频率的光子
(2)由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为E＝E4－E2，代入数据得E＝2.55eV
(3)E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应。根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ekm＝E－W
代入数据得，Ekm＝0.65eV(或1.0×10－19J)
15．(10分)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3u，中子质量mn＝1.008 7u，氚核质量m＝3.018 0u。
(1)写出聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
答案：(1)H＋2n→H
(2)6.24MeV (3)2.08MeV
解析：(1)聚变方程H＋2n―→H
(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u
释放的核能
ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5MeV≈6.24MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为
E＝＝MeV＝2.08MeV。
16．(11分)(河北衡水中学2015～2016学年高二下学期期中)如图甲所示，物块A、B的质量分别是mA＝4.0kg和mB＝3.0kg。用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块B右侧与竖直墙相接触。另有一物块C从t＝0时以一定速度向右运动，在t＝4s时与物块A相碰，并立即与A粘在一起不再分开，物块C的v－t图象如图乙所示。求：
(1)物块C的质量？
(2)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能EP?
答案：(1)2kg (2)9J
解析：(1)由图知，C与A碰前速度为v1＝9m/s，碰后速度为v2＝3m/s，
C与A碰撞过程动量守恒，以C的初速度为正方向，
由动量守恒定律得：mCv1＝(mA＋mC)v2，
解得：mC＝2kg；
(2)12s末B离开墙壁，之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒，且当AC与B速度v4相等时弹簧弹性势能最大。
根据动量守恒定律，有：
(mA＋mc)v3＝(mA＋mB＋mC)v4
根据机械能守恒定律，有：
(mA＋mc)v＝(mA＋mB＋mC)v＋EP
解得EP＝9J。
17．(12分)一个静止的氮核N俘获了一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比RB:RC＝11:30，求：
(1)C核的速度大小；
(2)根据计算判断C核是什么；
(3)写出核反应方程。
答案：(1)3×106m/s (2)氦原子核
(3)N＋n―→B＋He
解析：氮核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统，在反应过程前后都不受外界的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这一点，可求出C核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类，写出核反应方程。氮核俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒
mnvn＝mBvB＋mCvC①
根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4
由此解得vC＝3×106m/s
再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R＝可得：
＝＝＝②
qB＋qC＝7③
将②③联立可得，qC＝2，而mC＝4，则C核是氦原子核，核反应方程式是N＋n―→B＋He
课件40张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章章末小结第十九章一、核反应及其规律
1．核反应
原子核的变化叫做核反应。
2．规律
在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们提供了解决核反应中电荷、质量、能量、动量变化问题的方法和依据。概括为：(1)五个守恒
①质量数守恒；
②质子数(电荷数)守恒；
③质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)；
④能量守恒；
⑤动量守恒。
(2)两个方程
①质能方程：E＝mc2，m指物体的质量；
②核能：ΔE＝Δmc2。4.核反应的四种类型
解析：(1)衰变是原子核自发地放出α或β粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现α或β粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核。综上所述中，A、C正确。
(2)①人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核。箭头的右边也是常见元素的原子核。D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程。A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程。
②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88。
答案：(1)AC (2)①D，B，A ②144,88
(4)如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。在这种情况下计算核能的主要依据是：
①核反应过程中只有内力作用，故动量守恒。
②反应前后总能量守恒。
常见的反应类型的能量计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能。
从近几年的高考试题来看，本章内容是高考的热点，所考查知识有原子核的放射现象、衰变、核反应、核能等，考查形式有选择、填空、计算，以选择题为主，常以最新的科技发展为背景出题。应引起师生的高度重视。解析：核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误；硅原子质量约是质子质量的28倍，由动量守恒定律知，m0v0＝28m0v，所以硅原子核速度数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致，E项正确。
答案：ABE
点评：本题考查核反应方程、动量守恒等知识点，意在考查考生对核反应特点及动量守恒定律的理解能力。A．a为电源正极，到达A板的为α射线
B．a为电源正极，到达A板的为β射线
C．a为电源负极，到达A板的为α射线
D．a为电源负极，到达A板的为β射线答案：B
解析：A、B项，根据核反应方程两边满足电荷数守恒、质量数守恒，可求得X的电荷数为0，质量数为1，则X为中子；Y的电荷数为3，质量数为6，中子数为3，故A项正确，B项错误。C项，两个核反应都释放了能量，都有质量亏损，故C项错误。D项，氘和氚的核反应符合核聚变反应的定义，故D项正确。解析：因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误；故选A、C。答案：AC
答案：C AB E F
解析：一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变。第十九章 第一节
基础夯实
一、选择题(1～5题为单选题，6题为多选题)
1．(陕西西安一中2015～2016学年高二下学期期末)下面与原子核内部变化有关的现象是( )
A．天然放射现象 B．光电效应现象
C．电离现象 D．α粒子散射现象
答案：A
解析：与原子核内部变化有关的现象是天然放射现象。
2．(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是( )
A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
答案：A
解析：天然放射现象是原子核发生衰变而产生的，说明原子核内部是有结构的，故A正确。电子的发现使人们认识到原子具有复杂结构，但不能说明原子具有核式结构，故B错误。α粒子散射实验的重要发现是原子的核式结构，而不是电荷的量子化，故C错误。密立根油滴实验测出了电子的电荷量，发现了电荷量的量子化，不能说明核外电子的轨道是不连续的，故D错误。故选A。
3．关于质子与中子，下列说法错误的是( )
A．原子核由质子和中子构成
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：D
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。
4．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对Th的原子来说( )
A．x＝90，y＝90，z＝234
B．x＝90，y＝90，z＝144
C．x＝144，y＝144，z＝90
D．x＝234，y＝234，z＝324
答案：B
解析：在Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项对。
5．人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为( )
A．He B．He
C．He D．He
答案：B
解析：氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故可写作He，因此B正确，A、C、D错。
6．如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向外的匀强磁场，则下列说法中正确的有( )
A．打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线
B．α射线和β射线的轨迹都是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹都是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
答案：AC
解析：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向下，β粒子受的洛伦兹力向上，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，选A、C两项。
二、非选择题
7．现在，科学家正在设法探寻“反物质”。反谓的“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”。
8．如图所示，R是放射源，虚线方框是匀强磁场，L是厚纸板，M是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两处有亮斑，则磁场方向、到达O点和P点的射线，属于表中哪种情况？说明理由。
选项
磁场方向
O点
P点
A
β
α
B
α
β
C
×
γ
β
D
·
γ
α
答案：C 因为α射线是氦原子核流，它的贯穿本领很小，所以它不能穿透厚纸板；β射线是高速电子流，它的贯穿本领很强，可以穿透厚纸板而到达荧光屏；γ射线是波长极短的光子流，是贯穿本领最强的，但它在磁场中不偏转，所以γ射线射到O点、β射线射到P点，根据左手定则便可确定磁场是垂直纸面向里的。
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．(济南市2014～2015学年高二下学期五校联考)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
答案：C
解析：α带正电，β带负电，γ不带电，γ射线在磁场中一定不偏转，②⑤为γ射线；如左图所示的电场中，α射线向右偏，β射线向左偏，①为β射线，③为α射线；在如右图所示磁场中，由左手定则判断，α射线向左偏，β射线向右偏，即④为α射线，⑥为β射线，故正确选项是C。
2．以下说法正确的是( )
A．Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234
B．Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
答案：D
解析：A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错，D对。
3．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，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此，放射源可能是α和γ的混合放射源。
4．以下说法中正确的是( )
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的质子数，一定与核外电子数相等
C．用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子
答案：CD
解析：原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错。对于中性原子来说，原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B错。正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确。因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比，才确定原子核内必还有别的中性粒子， 故D正确。故正确答案为C、D。
5．下面说法正确的是( )
A．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子
B．红外线的波长比X射线的波长长
C．α粒子不同于氦原子核
D．γ射线的贯穿本领比α粒子的强
答案：BD
解析：由电磁波谱知红外线的波长比X射线波长要长。另外，β射线是电子流，α粒子是氦核，从α、β、γ三者的穿透本领而言，γ射线最强，α粒于最弱，故B、D对。
二、非选择题
6．在茫茫宇宙间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大威胁，现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)。
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线。
(2)余下这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域，画出β和γ射线在进入如图所示磁场区域后轨迹的示意图。
答案：(1)用一张纸挡在α射线经过处 (2)见解析
解析：(1)可以利用三种射线的穿透能力不同来解决。由于α粒子的穿透性很弱，所以用一张纸放在射线经过处，即可除去α射线。
(2)γ射线不带电，垂直磁场进入磁场中不会受到洛伦兹力，故不偏转。由左手定则可判断出β射线进入磁场中时受竖直向上的洛伦兹力。轨迹示意图如下图所示。
7．在暗室的真空管装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源，从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示，在与放射源距离为H高处水平放置两张叠放着的涂药面朝下的显影纸(比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后使两张显影纸显影。
(1)上面的显影纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？
(2)下面的显影纸显出3个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比；
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β 射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？(已知mα＝4u，mβ＝u，vα＝，vβ＝c)
答案：(1)2个暗斑，分别是β、γ射线的痕迹
(2)sα:sβ＝5:184
(3)Bα:Bβ＝10:1
解析：(1)一张显影纸即可挡住α射线。
(2)s＝at2，而a＝qE/m，t＝，故s＝，
即sα:sβ＝:＝5:184
(3)qE＝qvB，所以B＝∝ ，
故Bα:Bβ＝vβ:vα＝10:1。
课件47张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第一节 原子核的组成第十九章1919年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示)，叫质子。原子核只由质子组成吗？1．放射性
物质__________的性质。
2．放射性元素
具有_______的元素。
3．天然放射现象
放射性元素自发地__________的现象。天然放射现象发射射线放射性发出射线三种射线的本质及特征氦核较差电子99%较强较弱电磁波很弱1．质子的发现原子核的组成2．中子的发现3．原子核的组成
(1)原子核由_______和_______组成，组成原子核的_______和_______通称为核子。
(2)质子带一个单位的_____电荷，中子不带电，质子和中子质量几乎_______，都等于一个质量单位。
(3)核电荷数＝质子数(Z)＝元素的__________＝核外电子数。质子中子质子中子正相等原子序数质子数中子数同一位置
一、天然放射现象
1．发现者
1896年，法国物理学家贝克勒尔。
2．放射性
铀和含铀的矿物质都能够发出看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。物体放射出射线的性质叫做放射性。
3．具有放射性的元素叫做放射性元素
放射性并不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性，元素这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象，现在用人工的方法也可以制造放射性同位素。特别提醒：
如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。二、射线到底是什么
1．研究方法
让放射线通过电场或磁场来研究其性质
用匀强电场分离时，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图所示；用匀强磁场分离时，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图所示。2．三种射线的比较特别提醒：
β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的。
答案：D
解析：根据三种射线的贯穿本领，可知①为α射线，②为β射线，③为γ射线，α射线的电离作用最强是高速氦核流，β射线是高速电子流，γ射线是光子流(高频电磁波)，综上所述D正确。2．对核子数、电荷数、质量数的理解
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数。
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数。答案：不能。质子是原子核的组成部分。原子核的组成及同位素解析：原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得：
(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。
答案：(1)88 138 (2)1.41×10－17C (3)88
点评：核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。三种射线在电磁场中的判别方法
点评：知道α、β的带电性及γ的不带电性，就能准确判断出α、β、γ在磁场及电场中的偏转轨迹。答案：A射线的应用
解析：α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响，而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板β射线的强度发生较明显变化，所以是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板太薄了，应将两个轧辊间的距离调节得大些。
答案：β；大答案：AC
解析：γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小。
γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处汇聚，利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞，综上所述，正确选项为A、C。
易错分析：认为三种射线都是从核中发出的，所以原子核中含有α、β和γ粒子，而错选A、B、C。
正确解答：原子核是由带正荷的质子和不带电的中子组成的，故只有选项D正确。
正确答案：D第十九章 第二节
基础夯实
一、选择题(单选题)
1．(河北冀州中学2015～2016学年高二下学期期中)下列说法正确的是( )
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量
答案：C
解析：α射线不是电磁波，A错；β射线是原子核的衰变产生的，B错；半衰期不随其物理、化学状态而改变，C对；由衰变方程可知，D错。
2．(江苏徐州市2015～2016学年高二下学期期末)关于天然放射现象，下列说法不正确的是( )
A．天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将不变
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强
D．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个
答案：D
解析：由放射现象的本质特征可知A、C正确；半衰期与物质所处的物理、化学状态无关，B正确；半衰期只适用于大量原子核，D错。
3．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗石等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．氡的半衰期3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了
B．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度
C．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越大
D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可以减小衰变速度
答案：C
解析：4个氡原子核，不是大量原子核，半衰期不适用，A错。因半衰期决定于原子核的内部因素，与化学状态、外部条件无关，故B、D均错。半衰期短，则衰变快，C对。
4．据媒体报道，叛逃英国的俄罗期前特工利特维年科在伦敦离奇身亡。英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素(Po)。Po的半衰期为138天，经过α衰变生成稳定的铅(Pb)，经过276天，100g Po已衰变的质量为( )
A．25g B．50g
C．75g D．100g
答案：C
解析：100g PO经1个半衰期衰变的质量为50g，再经过1个半衰期衰变的质量为25g，所以经过2个半衰期衰变的质量为75g，C正确。
5．某放射性元素的原子核X连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y，则该新核的正确写法是( )
A．Y B．Y
C．Y D．Y
答案：D
解析：新核的质量数为M′＝M－12，故A、B错误。
电荷数Z′＝Z－6＋2＝Z－4，故C错D对。
二、非选择题
6．A、B原子核静止在同一匀强磁场中，一个放出α粒子，
一个放出β粒子，运动方向均与磁场垂直，它们在磁场中的运动径迹及两个反冲核的径迹如图所示，则可以判定径迹________为α粒子，径迹________为β粒子。
答案：1 3
解析：在衰变过程中，α粒子和β粒子与剩余核组成的系统动量守恒，即放射出的粒子与反冲核动量大小相等，方向相反，由r＝mv/Bq可知，r与q成反比，由此可知两图中小圆径迹为反冲核的径迹，又根据左手定则可以判知，左侧外切圆是α衰变，右侧内切圆是β衰变，故本题应依次填1和3。
7．天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(Th)和另一个原子核。
(1)请写出衰变方程；
(2)若衰变前铀(U)核的速度为v，衰变产生的钍(Th)核速度为，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度。
答案：(1)见解析 (2)v
解析：(1)U→Th＋He
(2)设另一新核的速度为v′，铀核质量为238m，由动量守恒定律得：238mv＝234m＋4mv′得：v′＝v
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量。下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )
答案：C
解析：设衰变周期为T，那么任意时刻14C的质量m＝()m0，可见，随着t的增长物体的质量越来越小，且变化越来越慢，很显然C项图线符合衰变规律，故选C。
2．一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为( )
A．222g B．8g
C．2g D．4g
答案：D
解析：衰变前氡的质量为444g，摩尔质量为222g/mol，故共2mol氡。经过一个半衰期，有1mol氡衰变，放出1mol α粒子，则左盘质量减少了4g，故应从右盘中取出4g砝码。
3．(湖北黄冈中学2014～2015学年高二下学期期中)下列说法正确的是( )
A．根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构
B．放射性元素的半衰期会随着压力、温度、化合物种类变化而变化
C．铀(U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(Pb)的过程中，有6个中子转变成质子
D．一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，则2g氡经过7.6天衰变，剩余氡的质量是1g
答案：C
解析：由α粒子散射实验的实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型，故选项A错误；放射性元素的半衰期与物理因素无关，故选项B错误；衰变方程U→Pb＋8He＋6e，故有6个中子变为质子，选项C正确；半衰期是指有一半粒子衰变，故剩余的质量为2×()2＝0.5g，故选项D错误。
4．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是( )
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
答案：BD
解析：该题综合考查了衰变规律和同位素的相关问题，原子核中不包含β射线，A错；γ光子的能量大于可见光光子的能量，B正确；铯137的半衰期长，衰变更慢，C不正确；铯133和铯137是同位素，含有相同的质子数，D选项正确。
5．(河北承德一中2014～2015学年高二下学期检测)天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列论断中正确的是( )
A．铅核比钍核少24个中子
B．铅核比钍核少8个质子
C．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变
D．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变
答案：BD
解析：铅核核子数比钍核核子数少24个，而不是中子数少24个，A项错；铅核质子数为82，钍核质子数为90，故铅核比钍核少8个质子，B项对；钍核的衰变方程为
Th―→Pb＋xHe＋ye，
式中x、y分别为α和β的衰变次数
由质量数守恒和电荷数守恒有
4x＋208＝232，
2x－y＋82＝90，
解得x＝6，y＝4。
即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，C项错而D项对。
综上所述，本题正确选项为B、D。
二、非选择题
6．完成衰变方程。
(1)β衰变：Bi―→________＋e，Po―→At＋________，
Th―→Pa＋________，
(2)α衰变：Th―→________＋He，U―→Th＋________，Cu―→Co＋________。
(3)其中Th衰变成Pa的半衰期为1.2min，则64gTh经过6min还有________g未衰变。
答案：(1)、(2)见解析 (3)2
解析：(1)Bi―→Po＋e，Po―→At＋e，
Th―→Pa＋e。
(2)Th―→Ra＋He，U―→Th＋He，
Cu―→Co＋He。
(3)由半衰期公式得m＝m0()
得m＝64×()g＝2g
7．测得某矿石中铀、铅比例为1.15:1，若开始时此矿石中只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206，且铀衰变成铅的半衰期是4.5×109年，求此矿石的年龄。
答案：4.5×109年
解析：设开始时矿石中有m0千克铀238，经过n个半衰期后，剩余的铀238为m，则由半衰期公式，m＝m0()n，而已经衰变掉的铀238质量为Δm＝m0－m＝m0[1－()n]，设这些铀衰变成铅的质量为x，则有
＝，
即＝，得
x＝m0[1－()n]，
根据题意，有＝，即
＝
解此方程得n＝1，即t＝T＝4.5×109年，所以矿石的年龄为4.5×109年。
课件42张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第二节 放射性元素的衰变第十九章你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？1．定义
原子核放出________或________，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成________原子核。
2．衰变的类型
一种是________，另一种是________，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。原子核的衰变α粒子β粒子另一种α衰变β衰变电荷数质量数1．定义
放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间，叫作半衰期。
2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由原子核_______因素决定的，跟原子所处的__________ (如温度、压强)或__________ (如单质、化合物)无关。半衰期半数内部物理状态化学状态
3．适用条件
半衰期是一个统计概念，是对_______的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，_______确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于______________。大量无法大量的原子核一、对α衰变和β衰变的实质的正确理解
1．原子核的衰变
原子核放出α粒子或β粒子后就变成了新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变。α粒子、β粒子及γ射线都是从原子核里发射出来的，但不能认为原子核是由这些粒子组成的，原子核是由质子和中子组成的。
2．α衰变的实质
是原子核中的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的。3．β衰变的实质
是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，从而放出高速电子流。
4．γ射线
是伴随α衰变或β衰变产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出γ光子。特别提醒：
(1)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。
(2)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。
(3)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。(1)当原子核发生α 衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？
(2)当发生β 衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
解析：(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起发射出来的。
(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。
3．适用条件
半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。
4．应用
利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。衰变规律的应用分析：(1)可根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒求解；
(2)根据每发生一次α衰变原子核的质子数和中子数均少2，每发生一次β衰变原子核的中子数少1，质子数多1来推算；
(3)根据(1)的解答结果写方程。
点评：写核反应方程的基本原则是质量数守恒和电荷数守恒，依据这两个原则列方程就可确定α衰变和β衰变的次数，根据每发生一次α衰变新核的质子数和中子数均比原来的核少2，每发生一次β衰变中子数少1，质子数多1，就可计算多次衰变后的核与原来核的质子数和中子数的差值，也可根据其核电荷数和核质量数进行推算。半衰期的应用
点评：找出每分钟衰变次数与其质量成正比这一隐含条件是解决本题的关键。现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影。心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有无病变，并判断病变位置。答案：B
解析：如果半衰期太短，则在放射期内，放射性物质的注射液尚未均匀地分布在血液中而无法完成检测工作，再则因放射强度较大而对人体造成伤害。如果半衰期太长，放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害。对比四个选项中的时间，应以10小时为宜，故正确选项应为B。易错分析：不明确半衰期的真正含义，认为发生衰变的核的个数为一半指核的质量数变为一半，半数核发生衰变经历的时间指全部核衰变所经历时间的一半，而错选A、C项。不明确半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核的衰变规律的总结，而错选D。
正确解答：放射性元素的核从个数上看有半数发生衰变所经历的时间叫半衰期，A、C错，B正确；半衰期只适用于大量的原子核，D错误。
正确答案：B第十九章 第三节 第四节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．下列关于盖革—米勒计数器的说法错误的是( )
A．射线的电离作用使计数器计数
B．α射线的电离作用强，而γ射线电离作用弱，故计数器只能记录α粒子
C．无论是α、β、γ射线都能用计数器计数
D．计数器不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子
答案：B
解析：根据盖革—米勒计数器的计数原理可知，当射线进入管内时，它使管内气体电离，产生的电子在电场中加速到达阳极，正离子到达阴极，产生脉冲放电，使计数器计数。选项A、C正确，B错误；两个射来的粒子如果时间间隔小于200μs，计数器不能区分，故选项D正确。
2．用中子轰击氧原子核的核反应方程式O＋n→N＋X，对式中X、a、b的判断正确的是( )
A．X代表中子，a＝17，b＝1
B．X代表正电子，a＝17，b＝－1
C．X代表正电子，a＝17，b＝1
D．X代表质子，a＝17，b＝1
答案：C
解析：根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为e，为正电子，故C项正确。
3．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )
A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走
B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病
D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子
答案：D
解析：γ射线的电离作用很弱，应利用α射线的电离作用，A错误，γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B、C错误。同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测到，D正确。
4．(江西南昌二中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法正确的是( )
A．研制核武器的钚239(Pu)由铀239(U)经过4次β衰变而产生
B．发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n
C．20g的U经过两个半衰期后其质量变为15g
D．U在中子轰击下，生成Sr和Xe的核反应前后，原子核的核子总数减少
答案：B
解析：经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239(Pu)由铀239(U)经过2次β衰变而产生，A错误；发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n，B正确；根据公式m＝m0()知，20g的U经过两个半衰期后其质量变为5g，C错误；核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误；故选B。
5．关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是( )
A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹
B．威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线
C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线
D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
答案：AB
解析：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路径排列，显示出射线的径迹，故A正确；由于α粒子的电离本领大贯穿本领小，故α粒子在云室中的径迹直而粗，即B正确；γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细而弯曲的是β射线，所以C错误；把云室放到磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误。
6．以色列对加沙地带的哈马斯组织发动了代号为“铸铅”的军事打击行动，轰炸了加沙的大型工程设施，据报道，以色列在为期20多天的以巴军事战争中使用了白磷弹和贫铀弹。其中贫铀弹是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀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．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，对环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
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A、D两项正确，B、C两项错误。
二、非选择题
7．(黑龙江绥化市肇东一中2015～2016学年高二下学期期中)1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现________。图中A为放射源发出的________粒子，B为________。
答案：质子 α 氮气
解析：卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的α粒子，B为氮气。
8．过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。
(1)1945年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹，当日炸死了二十万人。另有无数的平民受到辐射后患有各种疾病，使无辜的平民痛不欲生。
(2)1986年前苏联切尔诺贝尔利核电站的泄露造成了大量人员的伤亡，至今大片土地仍是生物活动的禁区。
(3)美国在近几年的两次地区冲突(海湾地区、科索沃地区)中大量使用了含有放射性的炸弹，使许多人患有莫名其妙的疾病。
如何对放射线进行有效的防护？
答案：应该避免接触有放射性的材料，远离放射源，使用放射性材料时要选用半衰期短的，核电站核反应堆外层用厚厚的水泥防护层防止放射线外泄，用过的核废料要放在厚金属箱内，深埋在深海等。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题)
1．(上海理工大学附中2015～2016学年高二下学期期中)如图所示是发现中子的实验过程，关于“不可见射线”的性质和从石蜡中“打出的粒子”的名称，下述说法中正确的是( )
A．这种“不可见射线”是质子流，从石蜡中“打出的粒子”是中子
B．这种“不可见射线”是中子流，从石蜡中“打出的粒子”是质子
C．这种“不可见射线”是γ射线，从石蜡中“打出的粒子”是中子
D．这种“不可见射线”是β射线，从石蜡中“打出的粒子”是质子
答案：B
解析：用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流。所以“不可见射线”为中子，“打出的粒子”为质子，所以B正确，A、C、D错误，故选B。
2．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：
①H＋X1→He＋n
②N＋He→O＋X2
③Be＋He→C＋X3
④Mg＋He→Al＋X4
以下判断中正确的是( )
A．X1是质子 B．X2是中子
C．X3是电子 D．X4是质子
答案：D
解析：由质量数和电荷数守恒可知：X1是H(氘核)；X2是H(质子)；X3是n(中子)；X4是H(质子)；故选项D正确。
3．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)某实验室工作人员，用初速度为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。若某次碰撞可看做对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，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。则( )
A．该核反应方程是He＋Na→Mg＋H
B．该核反应方程是He＋Na→Mg＋n
C．质子的速度约为0.225c
D．质子的速度为0.09c
答案：AC
解析：新原子核的质量数：m＝23＋4－1＝26，核电荷数：z＝11＋2－1＝12
核反应方程：He＋Na→Mg＋H。故A正确，B错误；质子质量为m，α粒子、新核的质量分别为4m、26m，设质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得：
4mv0＝26m－mv
解出v＝0.225c，故C正确，D错误，故选A、C。
4．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象。则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A．O在人体内衰变方程是O→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e→2γ
C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
答案：ABC
解析：由题意知，A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错。
二、非选择题
5．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的
A．B＋He―→N＋( )
B．Be＋( )―→C＋n
C．Al＋( )―→Mg＋H
D．N＋He―→O＋( )
E.U―→Th＋( )
F.Na＋( )―→Na＋H
G.Al＋He―→n＋( )
P―→Si＋( )
解析：A．B＋He―→N＋n
B．Be＋He―→C＋n此核反应使查德威克首次发现了中子。
C．Al＋n―→Mg＋H
D．N＋He―→O＋H此核反应是卢瑟福首次发现了质子。
E.U―→Th＋He
F.Na＋H―→Na＋H
G.Al＋He―→n＋P(磷30放射性同位素)，P―→Si＋e(正电子)，此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子。
6．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的。许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1500种以上，而且大多数是人工制造的。
(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)。已知Th(钍)―→234Pa(镤)＋e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________。
(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。
①写出α粒子轰击铝箔(Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)。
②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式。
答案：(1)143
(2)Al＋He―→P＋n；P―→Si＋e
解析：(1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143。
(2)①②铝核被α粒子击中后产生中子的反应为Al＋He―→P＋n；P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：P―→Si＋e，核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的。
课件60张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第三节 探测射线的方法
第四节 放射性的应用与防护第十九章放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。你知道探测射线的方法和射线有哪些应用吗？探测射线的原理
利用射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在。
(1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生______，过热液体会产生______。
(2)使照相底片______。
(3)使荧光物质产生______。探测射线的基本方法云雾气泡感光荧光1．威尔逊云室
(1)结构见教材。
(2)工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子______产生离子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成__________，于是显示出射线的径迹。
根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的______；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的______。几种常用的探测器电离一条雾滴性质正负
2．气泡室
(1)原理：当高能粒子穿过室内______液体时，形成一串______而显示粒子行迹。
(2)作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。过热气泡3．盖革—米勒计数器
(1)结构见课本
(2)原理：
当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体______，产生的电子在电场中被加速，能量0越来越大，电子跟管中的气体分子______时，又使气体分子电离，产生______……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量______。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电______记录下来。电离碰撞电子电子次数
(3)特点：检测射线十分方便，但只能用来______，不能区分射线的种类。此外如果同时有大量粒子或两个粒子射来的间隔时间小于200μs，G－M计数器也不能区分它们。计数1．定义
原子核在其他粒子的_________产生新原子核的过程，称为核反应。
2．原子核的人工转变
(1)1919年，卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子，核反应方程是核反应轰击下
3．遵循规律
_________守恒，________守恒。质量数电荷数人工放射性同位素的应用与防护放射性
3．放射性同位素的应用
(1)利用射线：利用α射线具有很强的______作用，消除有害______；利用γ射线很强的______本领，工业用来______。
(2)作示踪原子：同位素具有相同的______性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素做______原子。电离静电贯穿探伤化学示踪4．放射性的污染和防护
(1)放射性污染
过量的放射会对______造成污染，对人类和自然界产生______作用。
(2)防护
辐射防护的基本方法有______防护、距离、______防护。要防止放射性物质对______、______、用具、____________的污染，要防止射线______地_________照射人体。环境破坏时间屏蔽水源空气工作场所过多长时间一、探测射线的三种仪器
1．威尔逊云室
(1)原理：实验时先往云室里加入少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时让射线粒子从室内的气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹，可用照相机拍摄下其运动的径迹进行观察分析。(2)三种射线在云室中的径迹比较
a．α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。
b．β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲。
c．γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。2．气泡室
(1)原理：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，使液体过热，此时让射线粒子射入室内，粒子周围就有气泡形成。用照相机拍摄出径迹照片，根据照片上记录的情况，可以分析粒子的性质。
(2)气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有气体，而气泡室内装的是液体。相同之处在于都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的性质。
3．盖革——米勒计数器
(1)原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。
(2)优缺点
优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。
缺点：a.不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类。b.如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，则计数器不能区分它们。特别提醒：
(1)探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在。
(2)G－M计数器区分粒子方面：G－M计数器不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子。答案：C
解析：花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。
二、核反应及核反应方程
1．核反应的条件
用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
2．核反应的实质
用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。
4．人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。特别提醒：
(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。解析：设x、y、z的电荷数分别为Zx、Zy、Zz，质量数分别为Ax、Ay、Az。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；质量数守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，质量数守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，选C。
三、放射性同位素及其应用
1．放射性同位素的分类
(1)天然放射性同位素。
(2)人工放射性同位素。
2．人工放射性同位素的优势
(1)放射强度容易控制。
(2)可制成各种所需的形状。
(3)半衰期短，废料易处理。3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①利用放出的γ射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用γ射线进行探伤。
②利用放射线的贯穿本领与物质的厚度和密度的关系，可用它来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度等，从而实现自动控制。
③利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电。
④用射线照射植物，引起植物的变异，也可以利用它杀菌、治病等。(2)做示踪原子
把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪进行追踪，这种使物质带有“放射性标记”的放射性同位素原子就是示踪原子。例如：
①在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。
②在工业上，检查输油管道上的漏油位置。
③在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。解析：放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错；放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长，会污染环境，所以不用天然放射元素，C错；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错。放射性同位素可作为示踪原子，故B正确。四、放射性的污染与防护答案：BCD探测射线的方法核反应方程
点评：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。
答案：A
解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，知X的电荷数为1，质量数为0，为正电子，Y的电荷数为0，质量数为1，为中子，Z的电荷数为1，质量数为1，为质子，故A正确，B、C、D错误。放射性的应用与防护(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是( )
A．射线的贯穿作用
B．射线的电离作用
C．射线的物理、化学作用
D．以上三个选项都不是
(2)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素14C作________。解析：(1)因放射性的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷中和。
(2)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合成一体，它们是同一物质。把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可了解某些不容易察明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。
答案：(1)B (2)示踪原子
答案：BCD
解析：放射线对所有细胞都有杀伤作用。选项B、C、D正是人类在合理利用放射性物质过程中必须注意防护的。
易错分析：对盖革—米勒计数器的工作原理理解不准确，认为米勒计数器既能计数又能分析射线的性质，而错选D选项。认为气泡室只能显示射线的径迹，不能分析射线的性质，而错选B选项。正确解答：气泡室探测射线原理与云室类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故A选项正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故B选项不正确；盖革—米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，所以D选项错误。
正确答案：AC第十九章 第五节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)
1．关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内
D．核力与电荷有关
答案：C
解析：核力是短程力，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失，故C对，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对，核力与电荷无关，故D错。
2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
答案：D
解析：原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。
3．(佛山2014～2015学年高二下学期检测)某核反应方程为H＋H―→He＋X。已知H的质量为2.0136u，H的质量为3.0180u，He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，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H＋H―→He＋X，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，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，故选项B正确。
4．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：由质能方程ΔE＝Δmc2得：
Δm＝＝kg≈4×109kg，D正确。
5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )
A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm
B．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2
C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量
D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm
答案：ABD
解析：一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确，如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，所以选项B正确，某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误。
二、非选择题
6．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子H轰击静止的X，生成两个动能均为8.9MeV的He。(1MeV＝1.6×10－13J)
(1)上述核反应方程为________。
(2)质量亏损为________。
答案：(1)H＋X→2He (2)3.1×10－29kg
解析：(1)根据电荷数守恒与质量数守恒，
则核反应方程为：H＋X→2He；
(2)根据爱因斯坦质能方程：
Δm＝＝
＝3.1×10－29kg。
7．三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量12.0000u，氦原子的质量为4.0026u。
(1)写出核反应方程。
(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳。
(3)这个能量合多少MeV?
答案：(1)3He―→C＋ΔE (2)1.165×10－12J
(3)7.28 MeV
解析：反应前后的质量发生改变，根据ΔE＝Δm·c2可求解出结论。
(1)3He―→C＋ΔE
(2)Δm＝3×4.0026u－12.0000u＝0.0078u＝12.948×10－30kg ΔE＝Δm·c2＝1.165×10－12J
(3)ΔE＝1.165×10－12J＝7.28 MeV
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3题为多选题)
1．原来静止的原子核X发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0。假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是( )
A． B．
C． D．
答案：D
解析：α粒子与新核质量比为，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·Ek可知，新核动能为E0。由ΔE＝Δmc2，得Δm＝＝，故D选项正确。
2．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年诺贝尔物理学奖。他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为：νe＋Cl―→Ar＋e
已知Cl核的质量为36.956 58u，Ar核的质量为36.956 91u，e质量为0.000 55u,1u对应的能量为931.5MeV。根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( )
A．0.82MeV B．0.31MeV
C．1.33MeV D．0.51MeV
答案：A
解析：先计算出核反应过程中的质量增加：
Δm＝36.956 91u＋0.000 55u－36.956 58u
＝0.000 88u
再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量：
ΔE＝Δmc2＝0.000 88u×931.5MeV＝0.82MeV
故选项A是正确的。
3．(青岛二中2015～2016学年高二下学期检测)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象。下列说法中正确的是( )
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
答案：AC
解析：由图可知，F原子核的核子的平均质量小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定要放出核能，所以选项A正确，B错误；因为C、B的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C的过程一定要释放能量，所以选项C正确，D错误。
二、非选择题
4．(江苏启东中学2015～2016学年高二下学期检测)一静止的钚核发生衰变后放出一个α粒子变成铀核。已知钚核质量为m1，α粒子质量为m2，铀核质量为m3，光在真空中的传播速度为c。
(1)如果放出的粒子的速度大小为v，求铀核的速度大小v′。
(2)求此衰变过程中释放的总能量。
答案：(1)v (2)(m1－m2－m3)c2
解析：(1)钚核发生衰变后放出一个α粒子的过程中，系统动量守恒，以铀核的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：
m3v′－m2v＝0
解得：v′＝v
(2)质量亏损Δm＝m1－m2－m3
根据爱因斯坦质能方程得：
释放的总能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2
5．已知：氮核质量MN＝14.00753u，氧17核的质量为MO＝17.004 54u，氦核质量MHe＝4.003 87u，氢核质量为MH＝1.008 15u。
试判断N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？
答案：吸收能量 能量变化1.2MeV
解析：反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40u
反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69u
可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应。吸收的能量利用ΔE＝Δm·c2来计算，若反应过程中质量增加1u，就会吸收931.5MeV的能量，故：
ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5MeV＝1.2MeV
6．为确定爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝0.6MeV的质子轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝19.9MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取mP＝1.007 3u、mα＝4.001 5u、mLi＝7.016 0u。
(1)写出核反应方程；
(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确。
答案：(1)Li＋H―→2He (2)见解析
解析：根据质能方程解出质量亏损相当的能量，再算出系统增加的能量进行比较分析。
(1)核反应方程为Li＋H―→2He
(2)核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα＝0.0203u，由质能方程可得，质量亏损相当的能量ΔE＝Δmc2＝18.9MeV，而系统增加的能量ΔE′＝E2－E1＝19.3MeV，这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以ΔE＝Δmc2正确。
课件48张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第五节 核力与结合能第十九章1945年7月16日，第一颗原子弹在新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药．爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1600m范围内所有动植物全部死亡
巨大的核能是从哪里来的？1．核力
组成原子核的_______________之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。
2．核力的性质
核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。
(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力_______。核力与四种基本相互作用每个相邻核子大得多
(2)核力是短程力，作用范围在_____________m之内，核力在大于0.8×10－15m时表现为_______力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为_______，因此核子不会融合在一起。
(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的_________。1.5×10－15吸引斥力饱和性
3．四种基本相互作用
(1)万有引力(长程力)
(2)电磁相互作用(长程力)
(3)强相互作用(短程力)
(4)弱相互作用(短程力)1．较轻的原子核
质子数和中子数__________。
2．轻重原子核
中子数_______质子数，越重的原子核两者相差越多。原子核中质子与中子的比例大致相等大于1．结合能
核子结合成原子核时_______的能量，或原子核分解成核子时_______的能量，都叫做原子核的结合能。
2．比结合能
原子核的结合能与其________之比，称做比结合能。
3．比结合能与原子核的稳定性
比结合能的大小能够反映核的稳定程度，________能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。结合能放出吸收核子数比结合1．质量亏损
组成原子核的_______的总质量与新________的质量之差，叫做核的质量亏损。
2．质能方程
E＝_______ (或ΔE＝_______)
这就是著名的爱因斯坦质能方程。质能方程核子原子核mc2Δmc2一、对原子核稳定性的理解
1．原子的稳定性
原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性。
2．核力的饱和性
稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。所以，原子核大小也受到限制。特别提醒：
核力与带电荷情况无关。无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的。答案：核子间存在核力，当核力的作用范围小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。二、对质量亏损和质能方程的理解
1．对质量亏损的理解
(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。
(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。2．对质能方程E＝mc2的理解
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。(3)质能方程的本质：
①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；
②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；
③质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。特别提醒：
(1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射γ光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。
(2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。答案：(1)核反应前后质量守恒和能量守恒 (2)守恒
三、结合能的计算方法
1．根据质量亏损计算
(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。
(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
3．根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。
4．利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。对核力的认识解析：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0.8×10－15m时，表现为吸引力，且随距离增大而减小，在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。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。
答案：BC
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，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，故选项D正确。对结合能与比结合能的理解
解析：核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确。
答案：D
答案：AD
解析：由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，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，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，故C错误，D正确。结合能和质量亏损的计算
易错分析：根据质能方程E＝mc2，错误的判断出质量与能量之间可相互转化，而错选A项；根据ΔE＝Δmc2，认为释放的核能是由亏损的质量转化来的，从而错选C、D两项。
正确解答：E＝mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与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，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误。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为动质量，故D错误。
正确答案：B第十九章 第六节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)
1．(汕头2014～2015学年高二下学期检测)U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，还放出( )
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
答案：C
解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知
则
由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，C选项正确。
2．(南昌2014～2015学年高二下学期检测)中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( )
A．U＋n―→Sr＋Xe＋10n
B．Na―→Mg＋e
C．N＋He―→O＋H
D．U―→Th＋He
答案：A
解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变。
3．(济南市部分重点高中2014～2015学年高二下学期联考)1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线。下列关于这个实验的说法中正确的是( )
A．这个实验的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋n
B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算
D．实验中产生的γ射线穿透能力极强
答案：D
解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C不正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确。
4．关于铀核裂变，下述说法正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
答案：BC
解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积。故上述选项B、C正确。
5．关于原子核反应堆，下列说法正确的是( )
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
答案：ABD
解析：铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，A正确。镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，B正确。慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，C错误。水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，D正确。
6．(重庆一中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法正确的是( )
A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为He＋N→O＋H
B．铀核裂变的核反应是U→Ba＋Kr＋2n
C．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么，2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
D．铀(U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(Pb)的过程中，有4个中子转变成质子
答案：AC
解析：根据物理学史知选项A正确；铀核裂变必须吸收慢中子，B错误；根据爱因斯坦质能方程，知C正确；U→Pb＋8He＋6e，有6个中子转变或原子，故D错误。
二、非选择题
7．2015年9月3日，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利70周年。1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹。落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104t TNT爆炸的能量(约8.4×1013J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
答案：1.02kg
解析：由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201MeV的能量，1mol铀核裂变放出的能量为ΔE1＝6.02×1023×201MeV＝1.936×1013J,1 mol铀核的质量为0.235kg，则原子弹中铀核的质量为m＝×0.235kg＝×0.235kg＝1.02kg。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题)
1．(枣庄2014～2015学年高二下学期检测)2020年以前我国将新增投产2300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法错误的是( )
A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭
C．在经济效益方面核电与火电不相上下
D．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理
答案：B
解析：核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D正确。
2．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法：
①U原子核中有92个质子，143个中子；
②U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋2n；
③U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短；
④一个U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J。
以个说法中完全正确的是( )
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案：D
解析：由U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D。
3．下面是铀核裂变反应中的一个：U＋n―→Xe＋Sr＋10n
已知铀235的质量为235.043 9u，中子质量为1.008 7u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2u，则此核反应中( )
A．质量亏损为Δm＝235.043 9u＋1.008 7u－89.907 7 u－135.907 2u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×(3×108)2J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.0087)×931.5MeV
答案：BD
解析：计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错，B对；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D对，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错。
4．(清远市2013～2014学年高二下学期期末)2011年3月由9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量I泄露在大气中，I是一种放射性物质，会发生β衰变而变成Xe元素。下列说法中正确的是( )
A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B．I发生β衰变的方程式为I→Xe＋e
C．I原子核内有53个质子，78个中子
D．如果将碘131的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度
答案：BC
解析：核电站是利用核裂变来发电，A错；根据原子核的结构和方程式书写规则可判BC正确；衰变与物质所处的物理、化学状态无关，D错。
二、非选择题
5．在各种能源中，核能具有能量密度大、地区适宜性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能，核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X＝________，a＝________，以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中的传播速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________。
答案：n 3 Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2
解析：铀235裂变除生成Ba、Kr外，还产生适当数目的中子，即式中的X为中子，由电荷数和质量数守恒得产生的中子的个数为a＝235＋1－141－92＝3。反应过程中的质量亏损Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn，故核能ΔE＝Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2
6．(湖北省部分重点中学2015～2016学年高二下学期期中)在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能。
(1)核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种核？
(2)上述反应中，分别用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的质量，用mn和mp表示中子和质子的质量，则该反应过程中释放的核能为多少？
(3)有一座核能发电站，发电能力P＝1×106kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，铀核的质量mU＝3.9×10－25kg，求每年需要消耗的铀的质量。(结果保留2位有效数字)
答案：(1)3 中子 (2)(mU－mB－mk－2mn)c2
(3)0.98t
解析：(1)根据质量数和核电荷数守恒可得：
X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，a＝3。
(2)反应过程中质量亏损为Δm＝mU－mB－mK－2mn，
根据质能方程：ΔE＝Δmc2，
可得该反应过程中释放的核能：
ΔE＝(mU－mB－mK－2mn)c2；
(3)该核能发电站一年发出的电能为：W1＝Pt＝1×109×365×24×3600J＝3.1536×1016J
需要核反应产生的能量为：W＝＝7.008×1016J
这么多核能需要燃烧的铀核质量为m＝
代入数据，解得：m＝980kg＝0.98t
课件43张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第六节 核裂变第十九章核能作为一种新型能源，在人类的发展过程中所起的作用越来越重要。核反应堆中发生着怎样的核反应？1．定义
使重核分裂成__________的原子核的核反应叫重核的裂变。
2．核反应类型
重核的裂变只发生在___________的核反应中，自然界不会自发的产生。重核的裂变中等质量人为控制1．定义
重核裂变产生的______使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。
2．条件
发生裂变物质的体积大于____________或裂变物质的质量大于____________。链式反应中子临界体积临界质量1．核电站的工作原理
核电站的核心是____________，其简化示意图如图所示。各部分作用如下：
(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成______作为核燃料，释放______。核电站核反应堆铀棒核能(2)减速剂：用____________________，使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收。
(3)控制棒：由吸收中子能力很强的______制成，用以控制____________。
(4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的________，可防止射线辐射出去。
(5)热交换器：靠______和____________在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去。石墨、重水和普通水镉反应速度水泥壁水液态金属钠
2．核电站与火电站相比有何优缺点
(1)优点：①核电站消耗的燃料______。
②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量______。
③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要_________。
(2)缺点：①一旦核泄漏会造成严重的________。
②核废料处理____________。很少很大少得多核污染比较困难一、重核的裂变及链式反应
1．铀核的裂变
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形式。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。
2．链式反应的条件
(1)要有足够浓度的235U；
(2)要有足够数量的慢中子；
(3)铀块的体积要大于临界体积。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。
答案：(1)不是 (2)不能
解析：重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。
二、核能的利用
1．核武器
原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来。2．核电站
核电站是利用缓慢释放的核能来发电，这是核能的和平利用。
如图所示为核电站工作流程示意图3．核反应堆
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务，裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示：特别提醒：
在利用核反应堆发电时，一定要注意安全防护，历史上曾经有过核电站泄漏事故。答案：镉有吸收中子的特性，减少中子的数目，可以控制能量释放的速度，而原子弹需要在极短的时间内释放大量核能，发生猛烈爆炸，不需要控制速度，故不需要镉棒。对核裂变的理解其中各粒子质量分别为
mU＝235.043 9u，mn＝1.008 67u，
mSr＝89.907 7u，mXe＝135.907 2u，
质量亏损为
Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.151 0u
可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错。重核裂变为中等质量的原子核时，由于核子平均质量小，会发生质量亏损，从而释放出核能。
综上所述，选项D正确。
答案：D核能的利用A．铀235容易吸收快中子发生裂变反应
B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
易错分析：不知道铀235容易吸收慢中子的特点而错选A项。不理解反应堆的工作原理而错选D项。
正确解答：根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误。
正确答案：BC第十九章 第七节 第八节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．(江苏徐州市2015～2016学年高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，关于该反应，下列说法正确的是( )
A．X是质子
B．该反应是核聚变反应
C．U的比结合能小于Ba的比结合能
D．释放出的中子对于链式反应的发生没有作用
答案：C
解析：该反应是裂变反应，X是中子，释放的中子引起链式反应，故A、B、D错误；U的比结合能小于Ba的比结合能，C正确。
2．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( )
A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
答案：B
解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。 因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由H核和e构成的。
3．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( )
①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反
②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致
③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致
④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反
A．①③ B．②③
C．③④ D．①②
答案：B
解析：中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。
4．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。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He＋He→2H＋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．聚变反应会有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
答案：BC
解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项B、C正确。
5．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(反夸克或反夸克)组成的，它们带电量如下表所示，表中e为元电荷。
π＋
π－
u
d
带电量
＋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：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得A、D正确，B、C错误。
二、非选择题
6．产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。
答案：使轻核之间的距离减小到10－15m 把它们的温度加热到很高 热核反应 热核 4H―→He＋2e
7．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)太阳的能量来自氢核聚变：即四个质子(氢核)聚变一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。如果太阳辐射能量的功率为P，质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mP、ma、me，真空的光速为c，则
(1)写出上述核反应方程式；
(2)计算每一次聚变所释放的能量ΔE；
(3)计算t时间内因聚变生成的α粒子数n。
答案：(1)4H→He＋2e (2)ΔE＝(4mP－ma－me)c2
(3)
解析：(1)核反应方程式为：4H→He＋2e；
(2)核反应过程中的质量亏损Δm＝(4mP－ma－me)，根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2可知，核反应释放的能量，ΔE＝(4mP－ma－me)c2。
(3)设t时间内因聚变生成的α粒子数为n，
依据能量关系Pt＝nΔE
有，n＝＝
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．如图所示，托卡马克(tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中错误的是( )
A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量和太阳发光的原理类似
B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C．这种装置是科学家设想的其中一种方案
D．该装置是利用聚变物质的惯性进行约束
答案：D
解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A对；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故B对，该装置是科学家设想的其中一种方案是磁约束装置，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故C对D错。
2．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是( )
A．核反应方程是H＋n→H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2
D．γ光子的波长λ＝
答案：B
解析：H＋n→H＋γ，选项A错误；由题可知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，选项C错误；由E＝hν＝h得，λ＝，选项D错误。
3．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是( )
A．母核的质量数小于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同
D．子核的动能大于中微子的动能
答案：B
解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C错误；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误，故选B。
4．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )
A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H―→He＋n
B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2
D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2
答案：AC
解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项A正确，选项B错误。核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项C正确，选项D错误。
5．(江西南昌二中2015～2016学年高二下学期期中)K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的元电荷e，π0介子不带电，π－介子的质量为m。如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2。今有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直。在P点该介子发生了上述衰变。衰变后产生的K－介子沿v反方向射出，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线。则以下说法正确的是( )
A．π0介子做匀速直线运动
B．π－介子的运行轨迹为PENCMDP
C．π－介子运行一周回到P用时为t＝
D．B1＝2B2
答案：AD
解析：π0介子不带电，不受洛伦兹力作用，故做匀速直线运动，A正确；根据左手定则可知：π－介子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1时，受到的洛伦兹力方向向上，所以π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，故B错误；π－介子在整个过程中，在匀强磁场B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场B2中运动半个周期，所以T＝＋，故C错误；由图象可知，π－在匀强磁场B1中运动半径是匀强磁场B2中运动半径的一半，根据r＝可知，B1＝2B2，故D正确。
二、非选择题
6．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。
p＋C―→N N―→C＋e＋＋ν
p＋C―→N p＋N―→O
O―→N＋e＋＋ν p＋N―→C＋α
其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27kg, 正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。
答案： 3.95×10－12J
解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为
4p―→α＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得
4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q
代入数值可得
Q＝3.95×10－12J
课件53张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第七节 核聚变
第八节 粒子和宇宙第十九章万物生长靠太阳(如图)，太阳在我们日常生活中是无可替代的，它提供给地球足够的能源，如果说太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。
你知道太阳的能量来源于什么吗？核聚变
1．定义
轻核结合成___________的原子核的反应叫聚变。一质量较大2．聚变发生的条件
要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_______m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的__________，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达________开尔文，因此聚变又叫__________。10－15库仑斥力几百万热核反应
3．应用
目前，热核反应主要用在核武器上，那就是_______，需要用________爆炸产生的高温高压引发核爆炸。
4．太阳能
太阳的主要成分是____，太阳中心温度可达1.5×107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部______释放的核能。氢弹原子弹氢聚变1．聚变与裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能_________；
(2)地球上聚变燃料的储量______；
(3)轻核聚变更为____________。
2．聚变的难点
地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。受控热核反应效率高丰富安全、清洁
3．控制方法
(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是_________。
(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用______从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。环流器激光1．“基本”粒子
19世纪末，许多人认为光子、电子、______和______是组成物质的不可再分的最基本粒子。
2．发现新粒子
(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由______、______、______组成。
(2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着______的结构。“基本粒子”不基本质子中子质子中子电子复杂
3．探测工具
粒子_________和粒子_________是研究粒子物理的主要工具。加速器探测器1．新粒子
1932年发现了________，1937年发现了______，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。
2．粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：______、______和_________。发现新粒子正电子μ子强子轻子媒介子夸克模型1．宇宙的演化
经历了①______时代 ②______时代 ③________时代 ④10万年之后，随着温度降低逐步组成______和星系。宇宙与恒量的演化强子轻子核合成恒星星云团
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。4．轻核聚变与重核裂变的区别
答案：(1)要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m。
(2)它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。二、 对粒子的认识
1．发现新粒子按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子。2．粒子的分类特别提醒：
粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，所以每种夸克都有对应的反夸克。(1)为什么现在将“基本”二字去掉，统称为粒子？
(2)为什么说夸克模型是物理学发展中的一个重大突破？答案：(1)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身也有自己的复杂结构。所以现在将“基本”二字去掉，统称为粒子。
(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。聚变的核反应方程
解析：方程(1)属于重核裂变，方程(2)属于轻核聚变，选项A错而B对；由质量数和电荷数守恒得，k＝10，d＝1，选项C对而D错。
答案：BC
答案：BD
解析：本题主要考查核反应方程问题，A中方程为人工转变方程，A错。B为核聚变方程，B正确。C为α衰变方程，C错。D为原子核的人工转变方程，D正确，正确答案B、D。核聚变反应的能量问题(2)已知质子质量mp＝1.67×10－27kg，氦核质量mα＝6.6458×10－27kg，电子质量me＝9.0×10－31kg，光速c＝3.0×108m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。
(3)根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。太阳还能用多少年？粒子与宇宙
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，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，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。课件11张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-5 原子核第十九章第十九章限时测试题
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．某种元素具有多种同位素，下面四幅图中能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是( )
答案：B
解析：设这些同位素的质子数为Z，由A＝N＋Z可知，当中子数N增大时，质量数A也增大，选项A、D均错误；而元素的质子数Z不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，选项B正确，C错误。
2．(河北衡水中学2015～2016学年高二上学期调研)如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是( )
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
答案：D
解析：γ射线是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误。α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确。
3．(黄石市有色一中2015～2016学年高二下学期期中)一质量为M的矿石中含有放射性元素钚，其中钚238的质量为m，已知钚的半衰期为88年，那么下列说法中正确的是( )
A．经过176年后，这块矿石中基本不再含有钚
B．经过176年后，原来含有钚元素的原子核有发生了衰变
C．经过264年后，钚元素的质量还剩
D．经过88年后该矿石的质量剩下
答案：C
解析：半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间，经过176年后，也就是2个半衰期，则还剩质量的原子核没有发生衰变，故A、B错误；经过264年后，也就是3个半衰期，钚元素的质量还剩，故C正确；经过88年后该矿石的质量不变，只是其中钚238的质量变成，故D错误。故选C。
4．若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和F是同位素，则( )
A．Q和G是同位素，R和H是同位素
B．R和E是同位素，S和F是同位素
C．R和E是同位素，S和H是同位素
D．Q和E是同位素，R和F是同位素
答案：B
解析：由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
n＋2EnFn＋1Gn－1H
nPn＋1Qn＋2RnS
由此可以看出R和E是同位素，S和F是同位素，Q和G是同位素。
5．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，下列各图中近似反映正电子和Si核轨迹的图是( )
答案：B
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核的运动方向一定相反，且由于它们都带正电，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨迹，选项C、D错。因为由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，所以半径r＝。衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中正电子和Si核做匀速圆周运动的半径与它们的电量成反比，即＝＝14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故选项B正确，选项A错误。
6．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
方程式中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
1.0078
3.0160
4.0026
12.0000
13.0057
15.0001
以下推断正确的是( )
A．X是He，Q2>Q1 B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2答案：B
解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为He，所以A、C错。由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以B正确，D错，正确答案为B。
7．(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)下列关于核反应及衰变的表述正确的有( )
A．H＋H→He＋n是轻核聚变
B． X＋N→O＋H中，X表示He
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D． β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
答案：AC
解析：根据反应方程中的守恒量可判B错；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，C正确；β衰变是原子核内中子转化为质子而产生的，D错。
8．一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的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＋H→Si＋n
C．硅原子核速度的数量级为107m/s
D．硅原子核速度的数量级为105m/s
答案：AD
解析：核反应方程为Al＋H→Si，由动量守恒定律得m×1.4×107＝28mv′，解得v′＝5×105m/s，因此选项A、D正确。
9．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是( )
A．X原子核中含有92质子
B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
答案：AD
解析：根据“电荷数”守恒，可知A选项正确；半衰期是对大量原子的统计规律，所以B错；放出能量质量减少，C错；γ光子穿透能力很强，D正确。
10．(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)下列四幅图的有关说法中正确的是( )
A．甲图中，球m1以速度v碰静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于重核的裂变
答案：BD
解析：甲图中，两球碰撞过程动量守恒，碰撞过程机械能不增加，如果两球质量相等，则碰撞后m2的速度不大于v，故A错误；乙图中，图中光的颜色保持不变的情况下，光照越强，光电子数目越多，则饱和光电流越大，故B正确；丙图中，由左手定则可知，甲带正电，则甲射线由α粒子组成，乙不带电，射线乙是γ射线，丙射线粒子带负电，则丙射线由电子组成，故C错误；图丁中链式反应属于重核裂变，故D正确，故选B、D。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共2小题，每小题7分，共14分。把答案直接填在横线上)
11．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图甲)。结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是________。
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后( )
A．沉入海底 B．放至沙漠
C．运到月球 D．深埋地下
(3)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。
答案：(1)混凝土 (2)D (3)β γ(或β和γ)
12．(1)在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为________。若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________。
(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是________________。
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是______________________________。
答案：(1)Li [m1＋mX－(m3＋m4)]c2 (2)见解析 (3)见解析
解析：(1)核反应方程遵循电荷数守恒、质量数守恒，由此可判断X核为Li，核反应后的质量亏损
Δm＝m1＋mX－(m3＋m4)，
所以ΔE＝Δmc2＝[m1＋mX－(m3＋m4)]c2。
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多。
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高。
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏。
三、论述·计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(10分)一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次，若将它注射到一位病人的血管中，15h后从该病人身上抽取10mL血液，测得血样每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期为5h，此病人全身血液总量为多少L。
答案：3.75
解析：两次测量的时间间隔为15h，即3个半衰期。第一次测量时每分钟衰变6000次，3个半衰期后，每分钟衰变次数应为＝750(次)，现10mL血液中每分钟衰变2次，故血液总量应是×10mL＝3750mL＝3.75L。
14．(11分)(浙江温州十校联合体2015～2016学年高二下学期期末)静止在匀强磁场中的Li核俘获一个运动方向垂直于磁场速度大小为7.7×104m/s的中子，若发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹如图所示， 核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40:3。则：
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求产生的未知新粒子的速度。
答案：(1)Li＋n→He＋H (2)1×103m/s 方向与中子速度方向相反
解析：(1)Li＋n→He＋H
(2)设中子(n)、氦核(He)、氘核(H)的质量分别为m1、m2、m3，速度分别为v1、v2、v3，由动量守恒定律得：m1v1＝m2v2＋m3v3
设粒子做匀速圆周运动的半径为r，由qvB＝m，得
r＝
因＝，可得：v2＝20v3
由径迹图象可知v2与v1同向，v3与v1反向，即
m1v1＝20m2v3－m3v3，
得v3＝1×103m/s，方向与中子速度方向相反。
15．(12分)已知铀235核裂变时的核反应方程为U＋n―→Ba＋Kr＋3n，一个铀235核裂变时，能释放200MeV的能量，则1kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为2.94×107J/kg的煤所放出的能量？
答案：8.2×1013J 2789t
解析：首先求出1kg铀235中含有的原子核数，然后即可根据已知求解。
1 kg铀235中含有的原子核数为×6.02×1023个＝2.562×1024个。
每个铀核裂变能放出200MeV的能量，则1kg铀核裂变能释放ΔE＝2.562×1024×200 MeV＝5.124×1026MeV＝5.124×1032×1.6×10－19J＝8.2×1013J，
设与1kg铀235相当的的优质煤的质量为m，则有
m＝kg＝2.789×106kg＝2789 t。
16．(13分)(绍兴一中2013～2014学年高二下学期期末)1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2，正对太阳能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。
(1)太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断地进行着热核反应，4个质子聚变为1个氦核(He)，写出核反应方程；
(2)该车的太阳能电池转化太阳光能的效率η1是多少？
(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27kg，则m＝1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的输出机械功，能够维持该车行驶的时间是多少？
(4)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千克？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？(太阳的质量为2×1030kg，结果保留一位有效数字)
答案：(1)4H→He＋2e (2)15% (3)1.3×1011s (4)5×109年
解析：(1)核反应方程：4H→He＋2e
(2)效率是：η1＝＝15%
(3)∵ΔE＝(4mp－mα－2me)c2＝4.15×10－12J
而＝(UI－I2R)t
解得t＝1.30×1011s
(4)太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为Δm＝＝0.4×1010kg
太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为
t＝＝s＝1.5×1017s＝5×109年。
