第5节
核力与结合能
1．(对应要点一)铁的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是
( )
A．铁的结合能大于铀核的结合能
B．铁核比铀核稳定
C．铀核发生核变化变成铁核要放出能量
D．铀核发生核变化变成铁核质量要亏损
解析：铁核的比结合能大，则它稳定些，铀核比结合能小变成铁核会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确。
答案：BCD
2．(对应要点二)对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量
C．一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能
解析：质能方程E＝mc2中E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A项对，D项错；根据ΔE＝Δmc2，可以计算释放的核能，物体的质量增加或减小Δm对应着其能量增加或减少ΔE，故B、C正确，所以选D。
答案：D
3．(对应要点二)(2012·江苏高考)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________。该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________。
解析：氘核可表示为H，根据质量数守恒和核电荷数守恒可知未知原子核的质量数是1，核电荷数是1，应该是氢原子核H，则核反应方程为n＋H→H。释放的核能ΔE＝Δmc2，则ΔE＝Q，氘核的比结合能是。
答案：n＋H→H
4．(对应要点二)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1.008
7
u，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。
解析：两个质子和两个中子结合成氦核的反应为：
2n＋2H→He
质量亏损
Δm＝2×1.008
7
u＋2×1.007
3
u－4.002
6
u＝0.029
4
u
放出的核能ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5
MeV＝0.029
4×931.5
MeV＝27.386
MeV
生成1
kg氦释放的总核能
E＝NΔE＝＝×6.02×1023×27.368×106×1.6×10－19
J＝6.59×1014
J。
答案：6.59×1014
J第7节
核聚变
第8节
粒子和宇宙
1．(对应要点一)以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变必须将反应物加热至数百万摄氏度以上高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
解析：A选项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，其实不然，因为二者的反应物与生成物全然不同，裂变是重核分裂成中等质量的核，而聚变则是轻核聚合成为较重的核，无直接关联，并非互为逆反应；B选项，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不相反；C选项，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万摄氏度高温，但聚变一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，故正确答案为D。
答案：D
2．(对应要点二)关于粒子，下列说法正确的是( )
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构
C．质子是带电的强子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
解析：质子和中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，故A错，B对；不同的夸克组成强子，有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的强子，故C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e或－e，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确。
答案：BCD
3．(对应要点二)(2012·山西太原期末)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出，但中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在，中微子与水中H发生核反应，产生中子n和正电子(e)，即：中微子＋H→n＋e，由此可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________(填入正确选项前的字母)。
A．0和0
B．0和1
C．1和0
D．1和1
上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，可以转变为两个能量相同的光子(γ)，即e＋e→2γ。已知正电子和电子的质量都是9.1×10－31
kg，反应中产生的每个光子的能量约为________
J。(c＝3.0×108
m/s)
解析：由核反应方程：中微子＋H→n＋e，满足质量数守恒和电荷数守恒可得中微子的质量数和电荷数都是0，选项A正确；由爱因斯坦质能方程可得每个光子的能量ΔE＝Δmc2＝9.1×10－31
kg×(3.0×108
m/s)2＝8.19×10－14
J。
答案：A 8.19×10－14
4．(对应要点一)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
3
u，中子质量mn＝1.008
7
u，氚核质量m＝3.0180
u。
(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？
解析：(1)聚变方程为H＋2n→H。
(2)质量亏损为
Δm＝mH＋2mn－m＝(1.
007
3＋2×1.008
7－3.018
0)
u＝0.006
7
u
释放的核能
ΔE＝Δmc2＝0.006
7×931.5
MeV≈6.24
MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为
MeV＝2.08
MeV。
答案：(1)见解析 (2)6.24
MeV (3)2.08
MeV第3节
探测射线的方法
第4节
放射性的应用与防护
1．(对应要点一)关于气泡室，下列说法错误的是( )
A．气泡室里装的是液体
B．气泡室的工作原理是刚开始压强很大，以后压强突然降低，液体沸点变低，粒子通过液体时在它周围有气泡生成
C．气泡室的原理同云室相似
D．粒子在气泡室中运行轨迹可用来分析带电粒子动能等情况，不能用来分析动量
解析：根据气泡室的工作原理可知A、B、C三选项正确。把气泡室放在磁场中，粒子在洛伦兹力的作用下径迹为曲线，根据照片可分析粒子的带电情况、动量和能量，故D选项是错误的说法。
答案：D
2．(对应要点一)下列关于盖革—米勒计数器的说法正确的是( )
A．射线的电离作用使计数器计数
B．α射线电离作用强，而β射线电离作用弱，故计数器只能记录α粒子
C．无论是α、β射线都能用计数器计数
D．计数器不能区分时间间隔小于200
μs的两个粒子
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200
μs，计数器不能区分，故选项D正确。
答案：ACD
3．(对应要点三)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射线得以广泛应用。下列选项中，属于γ射线的应用的是( )
A．医学上制成γ刀，无需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。
答案：AD
4．(对应要点二)1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt。制取过程如下：
(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；
(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：
①生成Pt，放出氦原子核；
②生成Pt，放出质子和中子。
(3)生成的Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞Hg。写出上述核反应方程。
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷数和质量数，然后写出上述核反应方程如下：
(1)Be＋H→B＋n
(2)①Hg＋n→Pt＋He
②Hg＋n→Pt＋2H＋n
(3)Pt→Au＋e Au→Hg＋e
答案：见解析第1节
原子核的组成
1．(对应要点一)(2012·南宁模拟)如图19－1－4所示装置处于真空中，S为能放出α、β和γ三种射线的放射源，虚线框内是方向垂直纸面的匀强磁场，L是1
mm厚的纸板，M是荧光屏，实验时发现在荧光屏上O、P处有亮斑。则以下判断正确的是( )
图19－1－4
A．如果磁场方向垂直纸面向里，则O点和P点分别为β和α射线形成的亮斑
B．如果磁场方向垂直纸面向外，则O点和P点分别为γ和β射线形成的亮斑
C．如果磁场方向垂直纸面向里，则O点和P点分别为α和β射线形成的亮斑
D．如果磁场方向垂直纸面向外，则O点和P点分别为γ和α射线形成的亮斑
解析：由于一张纸就可把α射线挡住，如果磁场方向垂直纸面向里，则O点为γ射线形成的亮斑，β射线形成亮斑应在O点下方。如果磁场方向垂直纸面向外，则O点和P点分别为γ和β射线形成的亮斑，选项B正确。
答案：B
2．(对应要点二)原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是( )
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粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分。原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子。原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，故D对。
答案：D
3．(对应要点二)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
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。
答案：A
4．(对应要点一)在暗室的真空装置中做如下实验：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三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图19－1－5所示，在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影。
图19－1－5
(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？
(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，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)
解析：(1)因α粒子贯穿本领弱，穿过下层纸的只有β、γ射线，β、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑。
(2)下面印像纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑。设α射线、β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ则
sα＝aα()2，sβ＝aβ()2，
aα＝，aβ＝
。
由以上四式得＝
。
(3)若使α射线不偏转，qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，同理若使β射线不偏转，应加磁场Bβ＝，故
＝＝10∶1。
答案：(1)两个暗斑 β射线，γ射线 (2)5∶184 (3)10∶1第6节
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，它的主要组成部分是
( )
A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、慢化剂、碰撞系统和热系统
D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
解析：核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②慢化剂，采用石墨、重水和普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电，故A正确，B、C、D错。
答案：A
2．关于铀核裂变，下列说法正确的是( )
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
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比较多，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，而铀238只有俘获能量在1
MeV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，需使铀块体积超过临界体积。综上所述，选项B、C正确。
答案：BC
3．目前我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )
A．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C．都只利用重核裂变释放大量的原子能
D．既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能
解析：目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错。
答案：AC
4．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
解析：镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故C正确。
答案：C
5.
1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196
MeV的能量，则1
g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(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的物质的量为
mol，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确。
答案：D
6．在增殖反应堆中，铀238吸收快中子后变为铀239，铀239经过2次β衰变后变为钚239(Pu)，钚239也是一种可以裂变的核燃料。上述各反应方程为：
(1)______________________________________________
________________________，
(2)___________________________________________
___________________________，
(3)______________________________________________________________________。
答案：(1)U＋n→U
(2)U→Np＋e
(3)Np→Pu＋e
7．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。
图1
(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1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3
mm铝片下面的照相
底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析可知工作人员受到了________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。
解析：反应堆外修建很厚的水泥层，可屏蔽裂变产物释放的各种射线，β射线仅能穿透几毫米厚的铝片，γ射线能穿透几厘米厚的铅片。
答案：(1)混凝土 (2)D (3)β γ
8．曾落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨梯恩梯(TNT)炸药，其能量约8.4×1013
J，U原子进行核分裂的个数为________个，该原子弹中含铀U的最小质量为________kg。
解析：一个U原子核分裂时所产生的能量约为200
MeV，
200×106
eV＝2.0×108×1.6×10－19
J＝3.2×10－11
J。
设共有n个U核发生裂变
n＝＝2.6×1024(个)
铀的质量m＝235×
g≈1.015
kg。
答案：2.6×1024 1.015
9．在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂。中子在重水中可与H核碰撞减速，在石墨中与C核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？
解析：设中子质量为Mn，靶核质量为M，由动量守恒定律：Mnv0＝Mnv1＋Mv2
由能量守恒：Mnv＝Mnv＋Mv
解得v1＝
v0
在重水中靶核质量：MH＝2Mn
v1H＝v0＝－v0
在石墨中靶核质量：MC＝12Mn
v1C＝v0＝－v0
与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好。
答案：重水减速效果更好第5节
核力与结合能
1．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用，我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上属于( )
A．引力相互作用
B．电磁相互作用
C．强相互作用和弱相互作用的共同作用
D．四种基本相互作用的共同作用
解析：分子力作用范围约在10－10
m数量级上，强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15
m和10－18
m之内，在这个距离上分子力不存在。在这个范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用。故正确答案为B。
答案：B
2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为
( )
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在强大的核力
D．核子间存在着复杂磁力
解析：核反应中核能的变化是因为核子间存在着特别强大的核力，不是因为万有引力，也不是因为库仑力或磁场力，这些力与核力相比都很小，故仅C正确。
答案：C
3．关于质能方程，下列说法正确的是( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下，质量可以转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应增加
C．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系
D．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
解析：质量亏损说明亏损的质量以另外一种物质形式存在，故A错；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，故B、C正确。
答案：BC
4．如图1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
图1
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，放出核能，故A错；同理可得B、D错，C正确。
答案：C
5．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射线照射静止的氘核使之分解，核反应方程γ＋D→p＋n。若分解后中子、质子的动能可视为相等，且能量都以动能的形式存在，则中子的动能是( )
A.
B.
C.
D.
解析：核反应因质量亏损释放的核能为ΔE＝(mD－mp－mn)c2，再加上原光子的能量也转化成动能，又两个粒子动能相等，所以有Ek＝，选项C正确。
答案：C
6．已知氮核的质量为14.007
53
u，氧核的质量为17.004
54
u，氦核的质量为4.003
87
u，质子的质量为1.008
15
u，则核反应N＋He→O＋H是________(填“释能”或“吸能”)反应，能量变化了________
MeV(1
u＝931.5
MeV)。
解析：反应前总质量mN＋mHe＝18.011
40
u
反应后总质量mO＋mH＝18.012
69
u
质量增加，为吸能反应，所吸收的能量为ΔE＝Δmc2
＝(18.012
69－18.011
40)×931.5
MeV＝1.2
MeV。
答案：吸能 1.2
7．已知氘核的质量mD＝3.344
6×1027
kg，如果用γ光子照射氘核使其分为一个质子和中子，质子质量mp＝1.672
6×10－27
kg，中子质量mn＝1.674
9×10－27
kg，则入射光子的频率为________Hz。
解析：氘核分为质子和中子，增加的质量
Δm＝mp＋mn－mD
＝(1.672
6＋1.674
9－3.344
6)×10－27
kg
＝0.002
9×10－27
kg
吸收γ光子能量
E＝Δmc2
＝0.002
9×10－27×(3×108)2
J＝2.61×10－13
J
由公式E＝hν知，入射光子的频率
ν＝＝
Hz＝3.94×1020
Hz。
答案：3.94×1020
8．“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊单位，符号为u,1
u＝1.660
6×10－27
kg。已知12C原子的质量是12.000
000
u，一个12C原子可以看做是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007
825
u)和6个中子组成(每个中子的质量是1.008
665
u)，则C原子核的结合能为________
J(保留三位有效数字)。
解析：在计算碳核的质量亏损时，因为与电子的能量有关的部分在相减过程中能消去。
6个中子的总质量
6mn＝6×1.008
665
u＝6.051
990
u
6个氢原子的总质量6mH＝6×1.007
825
u＝6.046
950
u
中子和氢原子的质量和6mn＋6mH＝12.098
940
u
12C原子核的质量mC＝12.000
000
u
质量亏损Δm＝6mn＋6mH－mC＝0.098
940
u＝1.643×10－28
kg
12C原子核的结合能ΔE＝Δmc2＝1.643×10－28×(3×108)2
J＝1.48×10－11
J
答案：1.48×10－11
9．已知Po原子核的质量为209.982
87
u，Pb原子核的质量为205.974
46
u，He原子核的质量为4.002
60
u，静止的核在α衰变中放出α粒子后变成Pb，求：
(1)在衰变过程中释放的能量。
(2)α粒子从Po核中射出时的动能。
(3)反冲核的动能(已知1
u相当于931.5
MeV，且核反应释放的能量只转化为动能)。
解析：(1)衰变方程Po―→Pb＋He。
衰变过程中质量亏损为：
Δm＝209.982
87
u－205.974
46
u－4.002
60
u
＝0.005
81
u。
释放的能量为：
ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5MeV＝0.005
81×931.5
MeV＝5.412
MeV。
(2)由衰变前后动量守恒，
得pα－pPb＝0。则
＝＝＝＝
故4Ekα＝206EkPb①
又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，故：
Ekα＋EkPb＝ΔE＝5.412
MeV②
由①②得α粒子从钋核中射出时的动能
Ekα＝5.309
MeV
(3)反冲核的动能Ekpb＝0.103
MeV。
答案：(1)5.412
MeV (2)5.309
MeV (3)0.103
MeV第7节
核聚变
第8节
粒子和宇宙
1．以下说法正确的是( )
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故选项A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。
答案：B
2．正电子、负质子等都属于反粒子，它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等，而电性相反。科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年初和年底，欧洲和美国的科研机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢原子的结构是( )
A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C．由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
解析：反氢原子的结构是由反粒子构成的物质，正电子、负质子等都属于反粒子，由反粒子的特点可知选项B正确。
答案：B
3．关于聚变，以下说法中正确的是( )
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量
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
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项错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，故B项正确；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原子核间的斥力做功，故C错，D正确。
答案：BD
4．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3(He)”与氘核聚变，下列说法正确的是( )
A．核反应方程为He＋H→He＋H
B．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量
C．氦3(He)一个核子的结合能大于氦4(He)一个核子的结合能
D．氦3(He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量
解析：根据质量数守恒、电荷数守恒和已知条件可以写出核反应方程为He＋H→He＋H，故A对；由于此核反应过程中放出能量将出现质量亏损，所以B、C错，D正确。
答案：AD
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
下列说法中正确的是( )
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
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＋介子是由夸克和反夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个u夸克(＋e)和一个反夸克(＋e)组成，同理π－介子由一个d夸克和一个反夸克组成。
答案：AD
6．质子—质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子(H)发生聚变，生成一个氘核
(H)，生成的氘核(H)再与一个质子(H)聚变生成一个氦核(He)，接下来两个氦核(He)发生聚变，生成氦的同位素(He)同时再产生两个质子(H)，这两个质子(H)再度发生聚变……进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉。对于这种质子—质子循环发生的核反应，下列说法正确的是( )
A．两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→H＋e
B．两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→2H
C．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为3H→He＋e
D．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为6H→He＋2e＋2H
解析：由题意及核反应中的质量数与电荷数守恒可得两个质子(H)发生聚变，可表示为H＋H→H＋e，A正确、B错误；由题意可知一个完整的质子—质子循环反应可表示为6H→He＋2e＋2H，C错误、D正确。
答案：AD
7．(2012·新课标全国卷)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：H＋H→He＋x，式中x是某种粒子。已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014
1
u、3.016
1
u、4.002
6
u和1.008
7
u；1
u＝931.5
MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是________，该反应释放出的能量为________
MeV(结果保留3位有效数字)。
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x的质量数为1，电荷数为零，故x为中子。质量亏损Δm＝2.0141
u＋3.016
1
u－(4.002
6
u＋1.008
7
u)＝0.018
9
u，E＝Δmc2＝0.018
9×931.5
MeV＝17.6
MeV。
答案：n(或中子) 17.6
8．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，不同星体的退行速度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，已知由天文观察测定。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即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。
由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T＝______________。根据近期观测，哈勃常数H＝3×10－2m/s·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________年。
解析：由题意知
T＝＝，T＝＝年＝1010年。
答案： 1010
9．太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026
W。
(1)估算太阳每秒钟的质量亏损；
(2)设太阳上的核反应都是4H→He＋2e＋2ν＋28
MeV这种形式的反应(ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透力极强的中性粒子)，地日距离L＝1.5×1011
m，试估算每秒钟太阳垂直照射地面上每平方米有多少中微子到达。
(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命(太阳的质量为2.0×1030
kg，质子的质量为1.67×10－27
kg)。
解析：(1)太阳每秒钟释放的能量为ΔE＝Pt＝3.8×1026
J，由质能方程ΔE＝Δmc2可得
Δm＝＝
kg＝4.2×109
kg。
(2)设E0＝28
MeV，每秒钟的核反应的次数为：n＝＝＝8.48×1037次
每秒钟产生的中微子为n1＝2n＝1.696×1038个
建一个以L为半径的球模型，球的表面积为
S＝4πL2＝2.826×1023
m2
则每平方米上有中微子的个数为：
n2＝＝＝6×1014个。
(3)能发生反应的总质量为m1＝M×10%＝2.0×1030×10%
kg＝2.0×1029
kg，每次聚变用四个质子，每秒钟用的质子数为n3＝4n＝4×8.48×1037个，质子的质量mp＝1.67×10－27
kg，
太阳的寿命为：t＝＝
s＝3.53×1017
s≈112亿年。
答案：(1)4.2×109
kg (2)6×1014个 (3)112亿年第2节
放射性元素的衰变
1．天然放射现象中，放射性元素放出的射线有α、β和γ三种，关于放射性元素的原子核的衰变，下列说法中正确的是( )
A．可能同时放出α、β、γ射线
B．可能同时只放出α、β射线
C．可能同时只放出α、γ射线
D．可能只放出γ射线
解析：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时会伴随γ辐射，但不可能只放出γ射线而不发生α衰变或β衰变，A、C正确。
答案：AC
2．若干Bi放在天平左盘上，右盘放420
g砝码，天平平衡。当铋发生衰变Bi→Tl＋He，经过1个半衰期，欲使天平平衡，应从右盘中取出砝码的质量为( )
A．210
g
B．105
g
C．4
g
D．2
g
解析：原有的2
mol
Bi经一个半衰期后，有1
mol铋发生衰变生成1
mol新的原子核Tl，这种新元素质量为206
g，此时左盘中还有210
g未发生衰变的Bi，所以左盘中的总质量为416
g，应从右盘中取走砝码4
g，选项C正确。
答案：C
3．元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程，XPQ，YRS。则下列说法正确的是( )
A．Q与S是同位素
B．X与R原子序数相同
C．R比S的中子数多2
D．R的质子数少于上述任何元素
解析：上述变化过程为：XPQ，YRS，由此可知，Q与S是同位素，R比S多两个中子，故A、C正确。
答案：AC
4．2006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：设第118号元素为X,112号元素为Y，可得118号元素原子核的核反应方程为X→Y＋3He＋3X，由于反应中质量数守恒，电荷数守恒，可知A＝1，Z＝0。所以x为中子，故选A。
答案：A
5．(2012·开封二模)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．人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢
B．若碘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．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
D．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
解析：半衰期是原子核固有的，人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢，选项A正确；半衰期是大量原子核统计得出的，对少量原子核不适用的，选项B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，γ射线穿透本领比β射线强，选项C错误；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，选项D正确。
答案：AD
6．完成下列核衰变方程，并在横线上注明属于哪类衰变。
(1)Th→Pa＋( )________；
(2)U→Th＋( )________；
(3)Th→( )＋e________；
(4)( )→Th＋He________。
解析：根据核衰变过程中所遵循的规律分别得
(1)234＝234＋A,90＝91＋Z，解得A＝0，
Z＝－1，故属于β衰变。
(2)238＝234＋A,92＝90＋Z，解得A＝4，Z＝2，故属于α衰变。
(3)234＝A＋0,90＝Z－1，解得A＝234，Z＝91，属于β衰变。
(4)A＝234＋4＝238，Z＝90＋2＝92，属于α衰变。
答案：(1)e β衰变 (2)He α衰变 (3)Pa β衰变 (4)U α衰变
7．原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都以垂直于磁感线的方向运动，形成如图1所示的内切圆轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍，且绕大圆轨道运动的质点沿顺时针方向旋转。那么：
图1
(1)该匀强磁场的方向一定是垂直于纸面向________。
(2)原子核A的原子序数是________。
(3)沿小圆运动的是________。
(4)其旋转方向为________。
解析：衰变的过程遵守动量守恒，由粒子在磁场中做圆周运动的半径公式R＝可知，小圆是反冲核，绕行方向为逆时针。由内切圆周判断，是β衰变。根据左手定则可知，磁场方向向里。再由半径关系得反冲核的电荷量是β粒子的n倍，由此推出原子核A的原子序数为n－1。
答案：(1)里 (2)n－1 (3)反冲核 (4)逆时针
8．一小瓶内含有放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6
000次。将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取10
cm3的血样，测得每分钟衰变2次。已知这种同位素的半衰期为5小时。则人体血液的总量为________cm3。
解析：设放射性同位素原有质量为m0,15小时后剩余质量为m，则m＝m0()＝m0
设取出的V′＝10
cm3的血液中放射性同位素的质量为m′，人体内血液的总量为V
cm3。如果认为血液中放射性的溶液是均匀分布的，则＝
因单位时间内衰变的次数与放射性物质的含量成正比，则＝
联立以上几式解得V＝3.75×103
cm3。
答案：3.75×103
9．静止在匀强磁场中的某放射性原子核，沿垂直磁场方向放出一个α粒子后，α粒子和新核都做匀速圆周运动，如图2所示，测得α粒子和新核的轨道半径之比为44∶1，由此可知，该放射性原子核是哪种元素的原子核？
图2
解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由Bqv＝m得圆周运动半径：r＝。
衰变过程中α粒子和新核组成的系统动量守恒mαvα＝m新v新，所以＝＝
新核核电荷数为q新＝44qα＝44×2＝88
可知原放射性元素原子核的核电荷数q原＝88＋2＝90
故该放射性元素为90号元素钍(Th)。
答案：该放射性元素为90号元素钍Th第1节
原子核的组成
1．下列说法中，正确的是( )
A．α射线的本质是高速氦核流
B．γ射线必须伴随α射线或β射线的产生
C．天然放射现象表明原子核也是可分的
D．同一原子核内，有α、β、γ三种射线
解析：α射线的本质是氦核流，天然放射性元素放出的射线都是从原子核内部放出的，并不是原子核内部就有，天然放射现象的发现使人们认识到原子核有复杂的结构还可以再分，故A、C正确，D错误。处于高能级的原子向低能级跃迁时也能产生γ射线，故B错。
答案：AC
2．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是
( )
A．γ射线的贯穿作用
B．α射线的电离作用
C．β射线的贯穿作用
D．β射线的中和作用
解析：由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和。故正确选项为B。
答案：B
3．下列有关12C和14C的说法中，正确的是( )
A．它们有相同的质子数
B．它们有相同的中子数
C．它们有相同的化学性质
D．它们有相同的物理性质
解析：同位素在元素周期表上具有相同的位置，具有相同的化学性质。同位素的中子数不同，物理性质有差异，选项A、C正确。
答案：AC
4．如图1所示，某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是( )
图1
解析：元素的不同同位素的原子核内质子数是一定的，只是中子数不同，设质子数为Q，则N＋Q＝A，故N＝A－Q，Q是定值，故选C。
答案：C
5．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图2所示，其中( )
A．C为氦核组成的粒子流
B．B为比X射线波长更长的光子流
图2
C．B为比X射线波长更短的光子流
D．A为高速电子组成的电子流
解析：根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线，而γ射线是比X射线波长更短的光子流；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线。由此可知，C正确。
答案：C
6．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________。
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”。
答案：4 －2
7．一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场。进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图3所示，则图中的射线a为______射线，射线b为______射线。
图3
解析：三种射线α、β、γ中，穿透力最弱的是α射线，所以α射线被铝箔挡住，穿过铝箔的是β射线和γ射线，γ射线在电场中不偏转，故a是γ射线；β射线在电场中受力偏转，故b为β射线。
答案：γ β
8．如右图4所示，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
图4
过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得________些。
解析：α射线不能穿过3
mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3
mm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的β射线的强度发生较明显变化。即是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，应该将两个轧辊间的距离调节得大些。
答案：β 大
9．我国于2012年6月16日成功发射“神舟九号”载人飞船。在茫茫宇宙空间存在大量宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁，现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)，
图5
(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)余下的这束射线经过如图5所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入该磁场区域后轨迹的示意图。
(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)β射线带负电，由左手定则可知向上偏转，γ射线方向不变，轨迹如图所示。
(3)α粒子和电子在磁场中偏转，据R＝，对α射线R1＝，对β射线
R2＝，故＝＝400。α射线穿此磁场时，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6节
重核的裂变
1．(对应要点一)利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
解析：铀235容易吸收慢中子，发生裂变的概率很大，裂变后又释放出中子，使裂变反应比较容易继续下去，故A正确。
答案：A
2．(对应要点一)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．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
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．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析：要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，故A、D错，C对；铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故B错。
答案：C
3．(对应要点二)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
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。
答案：ABD
4．(对应要点二)现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：U＋n―→Nd＋Zr＋3n＋8e＋。
(1)核反应方程中的是中微子，它不带电，质量数为零。试确定生成物锆(Zr)的电荷数Z与质量数A；
(2)已知铀核的质量为235.0439
u，中子质量为1.0087
u，钕(Nd)核的质量为142.9098
u，锆核的质量为89.9047
u；又知1
u相当于931.5
MeV，试计算1
kg铀235大约能产生的能量是多少。
解析：(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，
质量数A＝236－146＝90，
核反应方程中应用符号Zr表示。
(2)1
kg铀235的铀核数为n＝×6.
02×1023个。
不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀核反应发生的质量亏损为
Δm＝235.0439
u－142.9098
u－89.9047
u－2×
1．0087
u＝0.212
u，
1
kg铀235完全裂变产生的能量约为
E＝nΔmc2＝×6.02×1023×0.212×931.5×106×1.6×10－19
J≈8.09×1013
J.
答案：(1)40 90 (2)8.09×1013
J第十九章
原子核
(时间60分钟，满分100分)
一、选择题(本大题共7个小题，每小题7分，共49分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
1．下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是( )
A．玻尔在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数均守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C．中性原子的核电荷数等于核外的电子数
D．爱因斯坦提出了质能方程，从而可求出原子核的结合能
解析：卢瑟福分析α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构模型，A错误；γ射线不带电，在磁场和电场中都不偏转，B正确；中性原子的核电荷数等于核外电子数，故C正确；爱因斯坦提出质能方程从而可求出原子核的结合能，D正确。
答案：BCD
2．(2012·丹东联考)“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆。重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种钚239可由铀239(U)经过n次β衰变而产生，则n为( )
A．2
B．239
C．145
D．92
解析：β衰变规律是质量数不变，质子数增加1。Pu比U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对。
答案：A
3．如图1所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，计数器对α粒子、β粒子、γ光子均能计数。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( )
图1
A．α、β和γ的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的放射源
D．纯γ放射源
解析：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的放射源。故选C。
答案：C
4．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．用能量等于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
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：氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2
MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒定律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量应大于2.2
MeV，故D对，B、C错。
答案：AD
5．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图2是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是( )
A．粒子先经过a点，再经过b点
图2
B．粒子先经过b点，再经过a点
C．粒子带负电
D．粒子带正电
解析：由r＝知，v减小则r减小，故粒子先经过a点，再经过b点，故A正确，B错误；由左手定则知，粒子带负电，故C正确，D错误。
答案：AC
6．(2012·忻州月考)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光子能量小于可见光光子能量
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
解析：β射线是高速电子流，选项A错误；γ光子是高频电磁波，穿透本领最强，光子能量大于可见光光子能量，选项B错误；与铯137相比，碘131的半衰期很小，说明碘131衰变很快，选项C错误；铯137是铯133的同位素，它们的原子序数相同，质子数也相同，选项D正确。
答案：D
7．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.
解析：衰变方程为X→He＋Y，设新核动能为Ek′，由动量守恒＝，
则Ek′＝E0，总动能Ek＝E0＋Ek′＝，
由质能方程Ek＝Δmc2得质量亏损Δm＝，故A、B、C错，D对。
答案：D
二、填空题(本题共3小题，共26分。把答案填在题中相应的横线上或按题目要求作答)
8．(8分)(2012·苏北四市联考)一个铀核(U)放出一个α粒子后衰变成钍核(Th)，其衰变方程为________________；已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，真空中的光速为c，上述衰变过程中释放出的核能为________。
解析：根据题述可写出衰变方程为U→Th＋He。由质能方程得出衰变过程中释放出的核能为(m1－m2－m3)c2。
答案：→Th＋He (m1－m2－m3)c2
9．(8分)放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA∶mB＝________。
解析：放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往以γ光子的形式释放能量，即伴随γ辐射；根据半衰期的定义，A、B两种放射性元素经过t＝T1·T2时间后剩下的质量相等，则＝，故mA∶mB＝2T2∶2T1。
答案：γ 2T2∶2T1
10．(10分)我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。该反应所进行的聚变过程是H＋H→He＋n，反应原料氘(H)富存于海水中，而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(Li)的人工核转变得到。
(1)请把下列用中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：________＋n→________＋H。
(2)在(1)中，每产生1
g氚的同时有________个Li实现了核转变(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023
mol－1)。
(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13
J，则该核聚变过程中的质量亏损为________kg。
解析：(1)核反应方程为Li＋n―→He＋H。
(2)因为1
g氚为mol，根据核反应方程，实现核转变的Li也为
mol，所以有2.0×1023个Li实现了核转变。
(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，所以质量亏损为Δm＝3.1×10－29
kg。
答案：(1)Li He
(2)2.0×1023 (3)3.1×10－29
三、计算题(本题共2小题，共25分。解答题应写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(10分)科学家发现太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的。当γ射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在过去100亿年所发生的能量的总和的1
000倍左右，大致相当于将太阳的全部质量转变为能量的总和。科学家利用超级计算机对γ射线的状态进行了模拟。经模拟发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍缩”过程，只有星球“坍缩”时，才可以发出这么巨大的能量。已知太阳光照射到地球上大约需要8分20秒时间，由此来估算：在宇宙中，一次γ射线爆发所放出的能量。(万有引力常量G＝6.67×10－11
N·m2·kg－2,1年时间约为3.15×107
s)
解析：r＝ct＝3.0×108×500
m＝1.5×1011
m，地球做匀速圆周运动，万有引力为向心力＝，
得太阳的质量为
M＝＝
kg
＝2.0×1030
kg，
γ射线爆发所发出的能量
E＝Mc2＝2.0×1030×(3×108)2
J＝1.8×1047
J。
答案：1.8×1047
J
12．(15分)094型导弹核潜艇是中国最先进的战略核潜艇，水下最大航速为45节(1节＝1.852
km/h)，核反应堆最大输出功率为4.5万千瓦，最大续航里程为20万海里(1海里＝1.852
km)。假设1个U核裂变放出能量是200
MeV，铀矿石含铀235的浓度是4%，求：
(1)当核反应堆达到最大输出功率时，每秒有多少个铀235原子核发生裂变？
(2)核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克？
解析：设ΔE＝200
MeV
s＝2.0×105×1.852
km
v＝45×1.852
km/h。
(1)当核反应堆达到最大输出功率Pm时，每秒发生裂变的铀235原子核数
N＝＝个≈1.4×1018个。
(2)最大续航时间tm＝＝
h＝1.6×107
s，
铀235的摩尔质量M＝235
g/mol，
设需装铀矿石的质量为m，
由Pmtm＝NΔE＝NAΔE，
得需装入铀矿石的质量
m＝
＝
g
≈2.2×105
g＝220
kg。
答案：(1)1.4×1018个 (2)220
kg
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1第3节
探测射线的方法
第4节
放射性的应用与防护
1．利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则下列说法正确的是( )
A．可知是α射线射入云室中
B．可知是β射线射入云室中
C．观察到的是射线粒子的运动
D．观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴
解析：观察到威尔逊云室中存在的细而弯曲的径迹，是β射线的径迹，A错，B正确；射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴，D选项正确。
答案：BD
2．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是
( )
A．利用γ射线使空气电离，把静电荷泄去
B．利用α射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用β射线来治肺癌、食道癌
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
解析：β或α射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，A错误；γ射线可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，B、C错误；放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作示踪原子，D正确。
答案：D
3．(2012·广西柳铁月考)以下四个核反应方程式中，X代表α粒子的是( )
A.Be＋He→C＋X
B.H＋H→n＋X
C.Th→Pa＋X
D.P→Si＋X
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X分别代表：n、He、e和e，故选B。
答案：B
4．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
5．用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线。10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是( )
A．放射源射出的是α射线
B．放射源射出的是β射线
C．这种放射性元素的半衰期是5天
D．这种放射性元素的半衰期是2.5天
解析：因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，
B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一，由半衰期公式知已经过了两个半衰期，故半衰期是5天。
答案：AC
6．用α粒子轰击氮核，结果发现了质子。如图1所示的云室实验照片：b是发生核反应前α粒子的径迹；________是质子的径迹；________是新核的径迹；发生的核反应方程是
图1
________________________________________________________________________。
解析：b是入射的α粒子的径迹，由于质子比新核的电离作用弱，而速度比新核的大，所以在云室中电离的径迹中质子的细而长，新核的粗而短，因此a是新核的径迹，c是质子的径迹。其核反应方程为：N＋He→O＋H。
答案：c a N＋He→O＋H
7．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴键雄用Co放射源进行了实验验证，次年，李、杨二人为此获得诺贝尔物理学奖。e是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零。Co的衰变方程是Co→Ni＋e＋e。
(1)Co的核外电子数为________，在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数A是________，核电荷数Z是________；
(2)在衰变前Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和e的运动轨迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和e，那么衰变过程将违背________守恒定律。
解析：(1)核外电子数等于核电荷数为27，根据质量数守恒可知A＝60，根据电荷数守恒可知Z＝28。
(2)由衰变前后动量守恒判断Ni和e的运动轨迹必在同一条直线上，否则将违反动量守恒定律。
答案：(1)27 60 28 (2)动量
8．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，可能放出α粒子或电子或正电子。所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图2所示(发生衰变后放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场E垂直，a、b均表示长度)。则
图2
(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_________________________________________________。
解析：(1)反冲核与放出的射线在电场中均做类平抛运动。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)由动量守恒得，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，在垂直于电场方向上的位移大，即②轨迹为α粒子。
(3)根据电荷质量数守恒可得C―→Be＋He。
答案：(1)α (2)② (3)C―→Be＋He
9．如图3所示，静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104
m/s的中子而发生核反应，Li＋n―→H＋He。若已知He核的速度为v2＝2.0×104
m/s，其方向跟中子反应前的速度方向相同，求：
图3
(1)H的速度是多大？
(2)求粒子H和He运动轨迹的轨道半径之比；
(3)当粒子He旋转了3周时，粒子H旋转几周？
解析：(1)Li核俘获n的过程，系统动量守恒，则mnv0＝mHv1＋mHev2，即v1＝，代入数据mn＝1
u，mHe＝4
u，mH＝3
u，得v1＝－1.0×103
m/s，负号表示跟v0的方向相反。
(2)H和He在磁场中半径之比为
rH∶rHe＝∶＝3∶40
(3)H和He的周期之比为TH∶THe＝∶＝3∶2
所以相同时间它们的转动圈数之比为
nH∶nHe＝THe∶TH＝2∶3，当粒子He转3周时，粒子H转动2周。
答案：(1)1.0×103
m/s (2)3∶40 (3)2第2节
放射性元素的衰变
1．(对应要点一)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63(Ni)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Ni→e＋Cu
B．镍63的衰变方程是Ni→e＋Cu
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
解析：Ni的衰变方程为Ni→e＋Cu，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。
答案：C
2．(对应要点一)(2012·甘肃省兰州月考)放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为Th→Rn＋xα＋yβ，其中( )
A．x＝1，y＝3
B．
x＝2，y＝3
C．x＝3，y＝1
D．x＝3，y＝2
解析：核反应方程中的α、β分别为He和e，根据电荷数守恒和质量数守恒有90＝86＋2x－y,232＝220＋4x，联立解得：x＝3，y＝2，选项D正确。
答案：D
3．(对应要点二)如图19－2－1所示，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数(N)与原来总原子核数(N0)的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为________天；若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将________(填“变长”“不变”或“变短”)。
图19－2－1
解析：从图中知每经过3.8天，原子核数目减半，故半衰期为3.8天，半衰期跟原子所处的物理状态无关。
答案：3.8 不变
4．(对应要点二)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成C，C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5
730年，放出β射线，试写出有关核反应方程。
(2)若测得一古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？
解析：(1)中子碰到氮原子发生核反应，方程为n＋N→C＋H，C的衰变的方程为C→N＋e。
(2)由于生物活体通过新陈代谢，生物体C与C的比例和空气相同，都是固定不变的，但生物遗骸由于新陈代谢停止，C发生衰变，C与C的比值将不断减小，由半衰期的定义得
12．5%M0＝M0()，则＝3，
t＝3T＝3×5
730年＝17
190年。
答案：(1)n＋N→C＋H
C→N＋e
(2)17
190年
