第十九章
原子核
6
重核的裂变
1．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
解析：原子反应堆主要由四部分组成：
原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统．故选A.
答案：A
2．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析：要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积．但铀核的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应．由此知A、B、D错误，C正确．
答案：C
3.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
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．由题意可得
由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是10.
答案：C
4．一个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→X＋Sr＋2n，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
解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140(个)，B错误．中子数为140－(92－38)＝86(个)，A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，C、D错．
答案：A
A级 抓基础
1．(多选)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
解析：核裂变反应的过程有质量亏损，根据质能方程可知是一个放能反应，故选BC.
答案：BC
2．为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法 ( )
A．铀块可制成任何的体积
B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核
C．通过慢化剂将产生的中子减速
D．用镉棒可作为慢化剂使中子减速
解析：由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误．
答案：C
3．(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于( )
A．核燃料释放出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多于煤炭
C．核电站造成的污染大于相等发电能力的火电站
D．核电站比火电站更容易建造
解析：核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、B均正确，C错误；核电站的建造难度较大，D错误．
答案：AB
4．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92U的裂变，现有四种说法：
①92U原子核中有92个质子，143个中子；
②92U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为92U＋n→54Xe＋Sr＋2n；
③92U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92U裂变能放出200
MeV的能量，合3.2×10－11
J.
以上说法中完全正确的是( )
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
解析：92U有核子数235个，质子数92个，中子数235－92＝143，①正确；裂变反应式满足质量数守恒，电荷数也守恒，②正确；半衰期与温度无关，③错；根据爱因斯坦质能方程知④正确，所以D项正确．
答案：D
B级 提能力
5．一个铀235吸收一个中子后的核反应方程是U＋n→Xe＋Sr＋10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2－10m)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M)c2
解析：铀235裂变时的质量亏损Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m.由质能方程，可得ΔE＝Δmc2＝(M－m1－m2－9m)c2.
答案：C
6．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196
MeV的能量，则1
g纯92U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．NA×196
MeV
B．235NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D.×196
MeV
解析：由于1
mol的铀核质量为235
g，1
g铀235的摩尔数为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确．
答案：D
7．用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313
9×10－27
kg，
mn＝1.674
9×10－27
kg，
mBa＝234.001
6×10－27
kg，
mKr＝152.604
7×10－27
kg.
试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．
解析：根据反应前后的质量数守恒、核电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程．
根据该反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能．
此铀核裂变方程为：
n＋U→Ba＋Kr＋3n.
则核反应前后的质量亏损为：
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357
8×10－27
kg.
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为：
ΔE＝Δmc2＝0.357
8×10－27×(2.997
9×108)2
J≈
3．215
7×10－11
J.
答案：n＋U→Ba＋Kr＋3n
3．215
7×10－11
J第十九章
原子核
1
原子核的组成
1．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
解析：天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，涉及原子核内部的变化，故A正确．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，故B错误．电离现象是电子脱离原子核的束缚，不涉及原子核内部变化，故C错误．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及核内部的变化，故D错误．故选A.
答案：A
2．在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He，He中的( )
A．4为核子数，2为中子数
B．4为质子数和中子数之和，2为质子数
C．4为核外电子数，2为中子数
D．4为中子数，2为质子数
解析：根据He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确．
答案：B
3.(多选)如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是( )
A．a为α射线，b为β射线
B．a为β射线，b为γ射线
C．b为γ射线，c为α射线
D．b为α射线，c为γ射线
解析：γ射线不带电，在电场中不会偏转；α粒子带正电，向负极板偏转，质量远大于β粒子的质量，电荷量是β粒子的2倍，因此α粒子的加速度远小于β粒子的加速度，β粒子的径迹比α粒子径迹弯曲得多．综上所述，选项B、C正确．
答案：BC
4．据最新报道，钬Ho可有效治疗癌症，该原子核内中子数与核外电子数之差是( )
A．32 B．67 C．99 D．166
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，故选项A对，B、C、D错．
答案：A
A级 抓基础
1．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是( )
A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子
B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子
C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子
D．原子核中，只有质子和中子
解析：在放射性元素的原子核中2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α的来源．说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化为质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．
答案：D
2．天然放射性元素放出的三种射线，其穿透能力的实验结果如图所示，由此可推知( )
A．②来自于原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．③的电离作用较强，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
解析：解答本题要把握以下思路：(1)从穿透能力判断三种射线的种类；(2)三种射线的性质从穿透能力上看：③能穿透铝板进入铅版，③必然是γ射线，γ射线是原子核内发出的高频光子，属于电磁波，电离作用弱，故D正确、C错误；②能穿透纸板进入铝板，②必然是β射线，是原子核内发射出的电子流，A错误；纸板能够挡住①，则①是α射线，它的电离作用最强，但它是氦的原子核，不是电磁波，B错误.
答案：D
3．(2015·天津卷)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
4．如图所示为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B.经研究知道( )
A．A为中子，B为质子 B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子
D．A为中子，B为γ射线
解析：用射线A轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的射线应该是中子．
答案：A
5.(多选)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里的匀强磁场，则下列说法中正确的有( )
A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
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
解析：由于γ射线不带电，故不偏转，打在b点．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上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误；由于α粒子速度约是光速的，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(如果一个打在b，则另一个必然打在b点下方)，D错误．
答案：AC
B级 提能力
6．(多选)某空间内可能存在磁场或电场，也可能磁场和电场同时存在或都不存在，一束包含α射线、β射线和γ射线的射线束以同方向进入此空间，如它们的运动轨迹仍为一束，则此空间可能的情形是( )
A．存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场
B．磁场及电场都存在
C．有电场，无磁场
D．有磁场，无电场
解析：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电，它们以同方向不同速度进入某空间，运动轨迹仍为一束，则它们可能不受力的作用或受力方向与运动方向一致．空间中可有与运动方向平行的电场，无磁场，C正确；空间中可有与运动方向平行的磁场，无电场，D正确；空间中可有与运动方向平行的电场、磁场，B正确；空间中存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场时，不同速度的粒子受到的洛伦兹力不同，不同的粒子受到的电场力不同，三种粒子不可能向同一方向运动，A错误．
答案：BCD
7．若用x代表一个中性原子的核外电子数，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
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．
答案：B
8.如图所示，a为未知天然放射源，b为薄铝片，c为两平行板之间存在着较大电场强度的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．实验时，如果将匀强电场c撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化；如果再将薄铝片b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大量增加．由此可判定放射源所发出的射线可能为( )
A．β射线和α射线
B．α射线、β射线和γ射线
C．β射线和γ射线
D．α射线和γ射线
解析：α射线的贯穿本领很小，一张纸就可把它挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能贯穿几厘米厚的铅板．撤去电场后，荧光屏上闪烁亮点数没有变化，说明原先能到达的荧光屏的射线不带电，故放射源发出的射线中有γ射线．撤去薄铝片，闪烁亮点数大量增加，说明放射源发出的射线中有α射线，故选项D正确．
答案：D
9．放射性元素钴Co可以有效治疗癌症，该元素原子核内中子数与核外电子数之差是( )
A．6
B．27
C．33
D．60
解析：中子数为60－27＝33个，核外电子数等于质子数等于原子序数27，所以中子数33与核外电子数27之差等于6，A正确．
答案：A
10.茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大的威胁．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，如何用最简单的方法除去α射线？
(2)余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图(画在图上)．
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8
000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)
解析：(1)由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．
(2)如图所示．
(3)α粒子和电子在磁场中偏转，据R＝，对α射线有R1＝，对β射线有R2＝，故＝＝400.α射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．
答案：(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)见解析图
(3)α射线的圆周运动的半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离第十九章
原子核
5
核力与结合能
1．对原子核的组成，下列说法正确的是( )
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．
答案：D
2．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1.5×10－15
m之内
D．核力与电荷有关
解析：核力是短程力，超过1.5×10－15
m，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．
答案：C
3．(多选)对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小
D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
解析：由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15
m，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15
m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．
答案：CD
4．某核反应方程为H＋H→He＋X.已知H的质量为2.013
6
u，H的质量为3.018
0
u，He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
解析：由题目所给核反应方程式，根据核反应过程中质量数，电荷数守恒规律，可得：H＋H→He＋n，X为中子，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．
答案：B
5．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30
MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26
MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( )
A．21.04
MeV
B．35.56
MeV
C．92.16
MeV
D．77.64
MeV
解析：设中子的质量为mn，质子的质量为mp，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量mC.根据质能方程，得
ΔE1＝28.30
MeV＝[2(mn＋mp)－mα]c2，
ΔE2＝7.26
MeV＝(3mα－mC)c2，
ΔE3＝(6mn＋6mp－mC)c2，
由上式得ΔE3＝92.16
MeV.
答案：C
A级 抓基础
1．(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是( )
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B．中子和质子间的作用力主要是核力
C．质子与质子间的核力，在2.0×10－15
m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
解析：电子在原子核与电子之间库仑力的作用下绕原子核做圆周运动，选项A正确，D错误；中子和质子、质子与质子间的核力，主要是表现在相邻的核子之间，在1.5×10－15
m的距离内远大于它们相互间的库仑力，大于1.5×10－15
m的距离核力几乎为零，故选项B正确，C错误．
答案：AB
2．如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数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可能吸收能量
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，出现质量亏损，则放出能量，故A错．同理可知B、D错，C正确．
答案：C
3．原子质量单位为u，1
u相当于931.5
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
B．(m1＋m2－M)
u×931.5
J
C．(m1＋m2－M)c2
D．(m1＋m2－M)×931.5
eV
解析：在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1
u相当于931.5
MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5
MeV进行计算，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
4．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )
A.[(mD－mp－mn)c2－E]
B.[(mD＋mn－mp)c2＋E]
C.[(mD－mp－mn)c2＋E]
D.[(mD＋mn－mp)c2－E]
解析：因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线能量E对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E＝Δmc2＋2Ek＝(mp＋mn－mD)c2＋2Ek得Ek＝[E－(mp＋mn－mD)c2]＝[(mD－mp－mn)c2＋E]，故选C.
答案：C
5．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2
MeV是氘核的结合能，下列说法正确的是( )
A．用能量小于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子
B．用能量小于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
C．用能量大于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
D．用能量大于2.2
MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
解析：用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确，B错误．用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误，D正确．
答案：AD
B级 提能力
6．一个静止的铀核U(原子质量为232.037
2
u)放出一个α粒子(原子质量为4.002
6
u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028
7
u)，已知原子质量单位1
u＝1.67×10－27
kg，1
u相当于931.5
MeV的能量．
(1)写出铀核的衰变反应方程；
(2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能是多少？
解析：(1)U―→Th＋He.
(2)质量亏损
Δm＝mU－mα－mTh＝0.005
9
u
所以ΔE＝Δmc2＝0.005
9×931.5
MeV＝5.50
MeV.
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即
pTh＋(－pα)＝0，
pTh＝pα，
EkTh＝eq
\f(p,2mTh)，Ekα＝eq
\f(p,2mα)
又EkTh＋Ekα＝ΔE，
所以α粒子获得的动能
Ekα＝·ΔE＝×5.5
MeV＝5.41
MeV.
答案：(1)U―→Th＋He
(2)5.50
MeV (3)5.41
MeV
7.H的质量为3.016
050
u，质子的质量是1.007
277
u，中子的质量是1.008
655
u．求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？
解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是H＋2n→H，
反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007
277
u＋2×1.008
665
u＝3.024
607
u，
反应后新核的质量为
mH＝3.016
050
u，
质量亏损为
Δm＝3.024
607
u－3.016
050
u＝0.008
557
u，
因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．
释放的核能为
ΔE＝0.008
557×931.5
MeV＝7.97
MeV.
(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97
MeV，
它的比结合能为≈2.66
MeV.
(3)放出光子的频率为
ν＝＝
Hz≈1.92×1021
Hz.
答案：(1)放出能量 7.97
MeV
(2)7.97
MeV 2.66
MeV
(3)1.92×1021
Hz
8．镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn.已知镭核226质量为226.025
4
u，氡核222质量为222.016
3
u，放出粒子的质量为4.002
6
u.
(1)写出核反应方程；
(2)求镭核衰变放出的能量；
(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．
解析：(1)核反应方程为Ra→Rn＋He.
(2)镭核衰变放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝(226.025
4－4.002
6－222.016
3)×931.5
MeV≈6.05
MeV.
(3)设镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得
mRnvRn－mαvα＝0.①
又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则
ΔE＝mRnv＋mαv.②
由①②可得
Eα＝·ΔE＝×6.05
MeV≈5.94
MeV.
答案：(1)Ra→Rn＋He
(2)6.05
MeV (3)5.94
MeV第十九章
原子核
3
探测射线的方法
4
放射性的应用与防护
1．(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质
B．作为示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点
C．γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质
D．γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质
解析：作为示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点，利用γ射线探伤是利用了γ射线的贯穿能力很强的性质，正确选项为B、C.
答案：BC
2．用α粒子轰击铍 9核，生成一个碳 12核和一个粒子，则该粒子( )
A．带正电，能在磁场中发生偏转
B．带负电，能在磁场中发生偏转
C．电离本领特别强，是原子的组成部分之一
D．在任何方向的磁场中都不会发生偏转
解析：根据电荷数守恒、质量数守恒知，2＋4＝6＋0，该粒子的电荷数为0；4＋9＝12＋1，该粒子的质量数为1，因为中子不带电，在磁场中不偏转．故D正确，A、B、C错误．
答案：D
3．用α粒子照射充氮的云室，得到如图所示的照片，下列说法中正确的是( )
A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹
B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹
C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹
D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹
解析：α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的径迹．产生的新核，质量大，电离作用强，所以径迹粗而短，故A是新核径迹；质子的电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹C是质子的径迹．故正确答案为D.
答案：D
4．(多选)一个质子以1.4×107
m/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107
m/s
D．硅原子核速度的数量级为105
m/s
解析：核反应方程为Al＋H→Si，由动量守恒定律得m×1.4×107
m/s＝28mv′，解得v′＝5×105
m/s，因此选项A、D正确．
答案：AD
5．静止的氮核N被速度为v0的中子n击中生成碳核C和另一种原子核甲，已知C与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后碳核C与甲核的动量之比为1∶1.
(1)写出核反应方程式；
(2)C与甲核的速度各是多大？
解析：(1)根据质量数与核电荷数守恒，可知甲核的核电荷数是1、质量数是3，甲核是氚核，核反应方程式为：N＋n→C＋H.
(2)设中子质量为m0，C核质量mC，甲核质量为m甲，由动量守恒，得m0v0＝mCvC＋m甲v甲，
即m0v0＝12m0vC＋3m0v甲，
又因为C与甲核动量之比为1∶1，
所以mCvC＝m甲v甲，
即12m0vC＝3m0v甲，
联立以上两个方程，解得：
vC＝，v甲＝.
答案：(1)N＋n→C＋H (2)
A级 抓基础
1．(多选)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
B.P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
D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
解析：同位素有相同的质子数，所以选项A错误．同位素有相同的化学性质，所以选项B正确．半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以P制成化合物后它的半衰期不变，即选项C错误．含有P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确．
答案：BD
2．(多选)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( )
A．射线探伤仪
B．利用含有放射性I的油，检测地下输油管的漏油情况
C．利用Co治疗肿瘤等疾病
D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律
解析：射线探伤仪利用了射线的贯穿能力，所以选项A错误．利用含有放射性I的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项B正确．利用Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的贯穿能力和高能量，所以选项C错误．把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确．
答案：BD
3．为了说明用α粒子轰击氮核打出质子是怎样的一个物理过程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的两万多张照片中，终于从四十多万条α粒子径迹中发现了8条产生分叉，这一实验数据说明了( )
A．α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少
B．氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少
C．氮核很小，α粒子接近氮核的机会很少
D．氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少
解析：氮原子核很小，所以α粒子接近氮核的机会很少，所以发生核反应的机会很少，即观察到α粒子径迹分叉的机会少，所以C选项正确．
答案：C
4．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制．这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线的应用的是( )
A．医学上制成γ刀，无须开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析：γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．
答案：AD
5．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
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对．
答案：D
B级 提能力
6．下图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹，云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里，云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用，分析此径迹可知粒子( )
A．带正电，由下往上运动
B．带正电，由上往下运动
C．带负电，由上往下运动
D．带负电，由下往上运动
解析：由于金属板对粒子有阻碍作用，穿过金属板后速度减小，由R＝可知在同一匀强磁场中运动半径减小，由题图知金属板下面半径大于上面的半径，所以粒子从下向上穿过金属板，磁场方向垂直于照片向里，所受洛伦兹力方向指向圆心位置，根据左手定则判断该粒子应带正电荷，故A项正确．
答案：A
7．将威耳逊云室置于磁场中，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，能近似反映正电子和Si核轨迹的是( )
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，根据动量守恒定律正电子和Si核运动方向一定相反，C、D可排除．由qvB＝m得，R＝，因为动量mv相等，故R∝，即＝＝，可见Si核的运动半径较小，选B.
答案：B
8．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线．
元素
射线
半衰期
钋210
α
138天
氡222
β
3.8天
锶90
β
28年
铀238
α、β、γ
4.5×109年
某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是( )
A．钋210
B．氡222
C．锶90
D．铀238
解析：要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜．因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透．所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．
答案：C
9．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：Al＋He→P＋n，这里的P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．
(1)写出放射性同位素P放出正电子的核反应方程．
(2)放射性同位素P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？
解析：(1)核反应方程为P→Si＋e.
(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为H→n＋e.
答案：(1)P→Si＋e
(2)原子核内的质子章末复习课
【知识体系】
主题1 几种重要的核反应和核能的计算
1．几种重要的核反应类型．
反应类型
核反应方程
能量情况
原子核的衰变
α衰变 U→Th＋He
释放能量
β衰变 Th→Pa＋e
原子核的人工转变
质子的发现 N＋He→O＋H
——
中子的发现 Be＋He→C＋n
放射性同位素的发现Al＋He→P＋n
重核的裂变
U＋n→Sr＋Xe＋10n
释放能量
U＋n→Ba＋Kr＋3n
轻核的聚变
H＋H→He＋n
释放能量
2.核能的计算．
重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可以判断两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：
(1)质能方程ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，质量亏损Δm的确定是计算核能的关键．
(2)核反应中如无光子辐射，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．这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．
3．核反应方程是该部分知识在高考中考查的重点之一，主要考查反应方程的书写、配平及类型判断等问题．书写及配平核反应方程的依据是电荷数、质量数守恒．另外要熟记常见粒子的符号，如He、H、n、e、e、H、H等．
【典例1】 已知氘核质量为2.013
6
u，中子质量为1.008
7u，He核的质量为3.015
0
u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能(质量亏损为1
u时，释放的能量为931.5
MeV.除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍)．
(1)写出该核反应的方程式；
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12
MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV
解析：(1)核反应方程为2H→He＋n.
(2)质量亏损为
Δm＝2.013
6
u×2－3.015
0
u－1.008
7
u＝0.003
5
u.
则释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.003
5×931.5
MeV＝3.26
MeV.
(3)设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，反应前每个氘核的动能为E0，反应后中子和He核的动能分别为E1、E2.
根据动量守恒得：m1v1－m2v2＝0，
所以＝＝.
根据E＝mv2得＝eq
\f(\f(1,2)m2v,\f(1,2)m1v)＝×＝，
即E2＝＝×3.12
MeV＝1.04
MeV.
由能量转化和守恒定律得E1＋E2＝2E0＋ΔE.
代入数据得E0＝0.45
MeV.
答案：(1)2H→He＋n (2)3.26
MeV (3)0.45
MeV
名师点评
核能计算常见的方法
(1)利用质能方程ΔE＝Δm·c2计算核能．
(2)利用比结合能计算核能．
原子核的结合能＝比结合能×核子数．
核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原子核的总结合能之差，等于该次反应所释放(或吸收)的核能．
(3)据能量守恒和动量守恒定律计算核能．
(4)应用阿伏加德罗常数计算核能．
若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，其解题的基本思路为：
①根据物体的质量m和摩尔质量M，由n＝求出物质的量，并求出原子核的个数N＝NAn＝NA.
②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)．
③再根据E＝NE0求出总能量．
针对训练
1．三个α粒子结合成一个碳C，已知碳原子的质量为12.000
0
u，氦原子质量为4.002
6
u.
(1)写出核反应方程．
(2)这个核反应放出的能量是多少焦？
(3)这个能量合多少MeV
解析：(1)3He→C＋ΔE.
(2)Δm＝3×4.002
6
u－12.000
0
u＝0.007
8
u，
Δm＝0.007
8×1.66×10－27
kg＝12.948×10－30
kg，
ΔE＝Δmc2＝1.165×10－12
J.
(3)ΔE＝1.165×10－12/(1.6×10－19)
eV＝7.28×106
eV＝7.28
MeV.
答案：(1)3He→C＋ΔE (2)1.165×10－12
J
(3)7.28
MeV
主题2 原子核的两种衰变和三种射线
1．原子核的两种衰变．
(1)原子核的衰变是指原子核放出α粒子或β粒子变成新的原子核．α衰变是原子核放出两个质子和两个中子的结合体，β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子时发生的，γ射线是在发生α衰变和β衰变时，产生的新核由较高能量状态向较低能量状态跃迁时发生的．
(2)不论发生哪种衰变，衰变前后的电荷数和质量数是守恒的．
2．三种放射性射线．
三种射线是指α射线、β射线和γ射线，三种射线的实质和特性如下表所示．
射线类型
粒子
特性
α射线
He(正电)
穿透本领小(空气中射程只有几厘米)，电离本领强，速度为
β射线
e(负电)
穿透本领大(能穿透几毫米厚的铝板)，电离作用较弱，速度为
γ射线
高能光子(中性)
穿透本领很大(能穿透几厘米厚的铅板)，电离作用很小
3.半衰期．
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
计算公式：N＝N0或m＝m0，其中n＝，τ为半衰期．
【典例2】 在核电站泄漏的污染物中含有131I和137Cs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．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的序号).131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．
①X1→Ba＋n
②X2→Xe＋e
③X3→Ba＋n
④X4→Xe＋P
解析：根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X2为I，X3为Cs，中子数等于质量数减去核电荷数，分别为131－53＝78和137－55＝82.
答案：② ③ 78 82
名师点评
确定衰变次数的方法
(1)X→Y＋nHe＋me.
根据质量数、电荷数守恒得
A＝A′＋4n，
Z＝Z′＋2n－m.
二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.
(2)根据α衰变和β衰变实质(β衰变质量数不变)直接求解．
针对训练
2．放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图所示．则( )
A．a＝82，b＝211
B.Bi→X是β衰变，Bi→Tl是α衰变
C.Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变
D.Tl经过一次α衰变变成Pb
解析：由Bi→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由Bi→Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由Tl→Pb发生了一次β衰变．故选B.
答案：B
统揽考情
本章内容是介绍原子核物理学中最基础的知识和研究方法，它是进入微观领域的“金钥匙”，它对近代物理及其他技术有极其深远的影响．它是高考选考的常考内容，考查内容主要集中在原子核的结构、原子核的衰变及质能联系方程等知识，并以选择题为主．
真题例析
(2015·山东卷)(多选)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约5
700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的年代距今约5
700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
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5
700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
针对训练
(2016·全国Ⅲ卷)(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107
m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si
.下列说法正确的是( )
A．核反应方程为p＋Al→Si
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
E．硅原子核速度的数量级为105
m/s，方向与质子初速度的方向一致
解析：质子p即H，核反应方程为p＋Al→Si
，A项正确；核反应过程遵循动量守恒定律，B项正确；核反应过程中系统能量守恒，C项错误；在核反应中质量数守恒，但会发生质量亏损，所以D项错误；设质子的质量为m，则Si
的质量为28m，由动量守恒定律，有mv0＝28mv，得v＝＝
m/s≈3.6×105
m/s，方向与质子的初速度方向相同，故E项正确．
答案：ABE
1．(2015·重庆卷)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
解析：γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误．α粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、B错误；β粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确．故选D.
答案：D
2．(2015·北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )
A.N＋He→O＋H
B.U→Th＋He
C.H＋H→He＋n
D.Th→Pa＋e
解析：α衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出α粒子的过程．可以很容易地选出B正确；A选项为人工转变方程；C选项为轻核聚变；D选项为β衰变．
答案：B
3．(2016·全国Ⅱ卷)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________(填正确答案的字母标号，下同)，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．
A.C→N＋e
B.P→S＋e
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
E.U＋n→Xe＋Sr＋2n
F.H＋H→He＋n
解析：天然放射性元素自发地放出α粒子(即氦核He)的衰变属于α衰变；放出β粒子的衰变属于β衰变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变．
答案：C AB E F
4．(2015·海南卷)运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．
解析：反应后由于存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，故根据爱因斯坦质能方程可得m2v－Mv＝c2.①
反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有MvX＝m2vα，②
联立①②可得m2v＝(M－m1－m2)c2.
答案：(M－m1－m2)c2 (M－m1－m2)c2第十九章
原子核
2
放射性元素的衰变
1．关于天然放射现象，叙述正确的是( )
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变
解析：物理化学方法都无法改变放射性元素的半衰期，故A项错；β衰变中释放的电子是核内的中子转化的，并不是核外电子，B错；α、β、γ三种射线的电离本领依次减弱，贯穿本领依次增强，C正确；8次α衰变质量数减少32，质子数减少16，10次β衰变质量数不变，质子数增加10个，电荷数不守恒，故D项错误．正确答案为C.
答案：C
2．某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )
A．11.4天
B．7.6天
C．5.7天
D．3.8天
解析：半衰期是指有半数原子核发生衰变所需要的时间，根据＝，＝3，因为t＝11.4天，所以T＝＝3.8(天)，故D正确．
答案：D
3．原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U.放射性衰变①、②和③依次为( )
A．α衰变、β衰变和β衰变
B．β衰变、α衰变和β衰变
C．β衰变、β衰变和α衰变
D．α衰变、β衰变和α衰变
解析：UＫTh，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.ThＫPa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子，PaＫU，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化为成质子．故选项A正确．
答案：A
4．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是( )
A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
C.U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
解析：β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故A错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝＝8，在α衰变的过程中电荷数总共少16，则β衰变的次数m＝＝6，故C正确；β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确．
答案：CD
A级 抓基础
1．天然放射现象中可产生α、β、γ三种射线．下列说法正确的是( )
A．β射线是由原子核外电子电离产生的
B.U经过一次α衰变，变为Th
C．α射线的穿透能力比γ射线穿透能力强
D．放射性元素的半衰期随温度升高而减小
解析：β衰变产生的电子是原子核中的一个中子转化为质子而来的，故A错误；一个原子核释放一个氦核(由两个中子和两个质成的氦原子)，并且转变成一个质量数减小4，核电荷数减少2的新原子核，故选项B正确；α、β、γ三种射线分别是氦、电子、电磁波，三种射线的穿透能力逐渐增强，即α射线的穿透能力比γ射线穿透能力弱，故选项C错误；半衰期是原子内部性质决定，与温度无关，所以升高放射性元素的温度不能缩短其半衰期，故D错误；故选B.
答案：B
2．日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注．下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是( )
A．人类可以通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢
B．碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核
C．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
D．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强
解析：半衰期不受温度，压强等外部环境的影响而变化，所以人类目前无法改变放射性元素的半衰期，故A错误；半衰期是对大量粒子的一个统计规律，不适用于单个原子，故B错误；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，衰变方程为n→e＋H，故C正确；β射线为高速电子流不是电磁波，故D错误；综上所述本题选C.
答案：C
3．2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过Ca(钙48)轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是( )
A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子
解析：由钙48与锎249合成的第118号元素，质量数是297；发生3次α衰变，质量数少12，核电荷数少了6，可见，先放出三个粒子电荷数是0，质量数是1，是中子，选A.
答案：A
B级 提能力
4．(2014·大纲全国卷)
(多选)关于天然放射性，下列说法不正确的是( )
A．所有元素都有可能发生衰变
B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线，α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
解析：有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；一个原子核在一次衰变中只能放出α、β和γ三种射线中的二种(α、γ射线或β、γ射线)，α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D错误．故选A、D.
答案：AD
5．某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B，再进行一次α衰变变成原子核C，则( )
A．核C的质子数比核A的质子数少2
B．核A的质量数减核C的质量数等于3
C．核A的中子数减核C的中子数等于3
D．核A的中子数减核C的中子数等于5
解析：原子核A进行一次β衰变后，一个中子转变为一个质子并释放一个电子，再进行一次α衰变，又释放两个中子和两个质子，所以核A比核C多3个中子1个质子，选项C正确，A、B、D错误．
答案：C
6．天然放射性铀(92U)发生衰变后产生钍(90Th)和另一个原子核．
(1)请写出衰变方程；
(2)若衰变前铀(92U)核的速度为v，衰变产生的钍(90Th)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．
解析：(1)92U→90Th＋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.
答案：(1)见解析 (2)v第十九章
原子核
7
核聚变
8
粒子和宇宙
1．关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是( )
A．来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能
B．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能
C．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能
D．来自太阳中本身储存的大量内能
解析：太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时释放的能量，只有选项A正确．
答案：A
2．(多选)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)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下述判断中可能正确的是( )
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．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同
D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行
解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A项正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B项正确；核电站的原理是裂变，托尔马克的原理是聚变，故C项错误；该装置使人们可以在实验室控制反应速度，平稳释放核能，故D项正确．
答案：ABD
3．一个氘核(H)与一个氚核(H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( )
A．吸收能量，生成的新核是He
B．放出能量，生成的新核是He
C．吸收能量，生成的新核是He
D．放出能量，生成的新核是He
解析：聚变反应出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是He，选项B正确．
答案：B
4．(多选)2011年诺贝尔物理奖授予佩尔马特等三位科学家，他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀”．物理学家为了解释这一现象，提出了“暗能量”的概念．正是在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀．宇宙中暗能量约占73%、约有23%是暗物质，我们能看到的、接触到的普通物质约占4%.暗能量和暗物质实质至今尚未清楚，但科学家找到了暗物质存在的间接证据，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，星系团要束缚住这些星系，它的质量应该是我们观测到质量的100倍以上，大量的观测分析证实了这一点.
关于上述事实及理论假说，下列结论你认为可能正确的是( )
A．暗能量力的作用表现为斥力
B．暗物质力的作用表现为引力
C．从太阳系行星运动与星系团中的星系运动比较可知，宇宙中暗物质分布是均匀的
D．从太阳系行星运动与宇宙正在加速膨胀比较可知，宇宙中暗能量分布是不均匀的
解析：由题意在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀，说明暗能量力的作用表现为斥力，故A正确；星系团要束缚住这些星系，说明暗物质力的作用表现为引力，故B正确；由题知宇宙中暗能量分布是不均匀的，故C错误、D正确．
答案：ABD
A级 抓基础
1．关于核聚变，以下说法不正确的是( )
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15
m以内，核力才能起作用
D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行，所以B项是不正确的．
答案：B
2．(多选)下列说法正确的是( )
A.7N＋H→6C＋He是α衰变方程
B.H＋H→He＋γ是核聚变反应方程
C.U→Th＋He是核裂变反应方程
D.He＋Al→P＋n是原子核的人工转变方程
解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核．由此可知B、D两选项正确．
答案：BD
3．关于核反应方程：H＋H→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以c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以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，再乘以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质量和，再乘以c2
解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律，可得X为n(中子)，再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．
答案：D
4．(多选)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，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
58
u，Ar核的质量为36.956
91
u，e的质量为0.000
55
u，1
u质量对应的能量为931.5
MeV.根据以上信息，可以判断( )
A．中微子不带电
B．中微子就是中子
C.Cl和Ar是同位素
D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82
MeV
解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确；而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而Cl和Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.000
55＋36.956
91－36.956
58)u＝0.000
88
u，而1
u质量对应的能量为931.5
MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.000
88
MeV≈0.82
MeV，故D项正确．
答案：AD
5．(多选)2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次发电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1
000
s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富，已知氘核的质量为m1，中子质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是( )
A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
解析：由核反应方程知2H―→He＋X，X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确．
答案：BD
B级 提能力
6．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核eq
\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H))的质量为m1，氚核eq
\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H))的质量为m2，反应后氦核eq
\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(He))的质量为m3，中子eq
\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n))的质量为m4，光速为c.下列说法中不正确的是( )
A．这种装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于
(m1＋m2－m3－m4
)c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同
解析：可控热核反应装置中发生的核反应方程式是H＋H→He＋n，故A正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确．
答案：B
7．核聚变能是一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2.014
1
u，氚原子的质量为3.016
0
u，氦原子的质量为4.002
6
u，中子的质量为1.008
7
u，1
u＝1.66×10－27
kg.
(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(光速c＝3.00×108
m/s，结果取二位有效数字)．
解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得，H＋H→H＋n.
(2)由质能方程，ΔE＝Δmc2
解得ΔE＝(2.014
1
u＋3.016
0
u－4.002
6
u－1.008
7
u)×1.66×10－27×(3×108)2＝2.8×10－12
J.
答案：(1)H＋H→H＋n (2)2.8×10－12
J
8．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程H＋H→X＋e＋νc是太阳内部的许多核反应中的一种，其中e为正电子，νc为中微子．
(1)
确定核反应方程中a、b的值．
(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力．设质子的质量为m，电子质量相对小得多可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W.若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？
解析：(1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a＝1，b＝2.
(2)由动量守恒定律可知：mv0＝2mv
由能量关系可知：－W＝(2m)v2－mv.
解得v0＝
.
答案：(1)a＝1，b＝2 (2)
