高中物理第十九章原子核练习（打包42套）新人教版选修3_5

5
核力与结合能
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基础·巩固
1.在下列论断中，正确的是(
)
A.组成核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略核力的作用
B.组成核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略核力的作用
C.组成核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略库仑斥力的作用
D.组成核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外都存在不可忽略的核力作用
解析：核力属于短程力，由于组成核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确.
答案：C
2.对公式E=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，则这些核子和与组成原子核的质量之差就是Δｍ
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.
答案：ABD
3.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是(
)
A.m3c2
B.(m1+m2)c2
C.(m3-m1-m2)c2
D.(m2+m1-m3)c2
解析：质量亏损为m2+m1-m3，所以选项D正确.
答案：D
4.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.核子间存在着强大的核力
D.核子间存在着复杂磁力
解析：核力是短程力，由于核力很强大，所以将核子拆开需要大量的能量克服核子做功.相反，若核子结合成原子核，则放出大量的能量，所以选项C正确.
答案：C
5.下列说法正确的是(
)
A.自由核子结合成原子核时，一定要遵守质量守恒
B.在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量
C.发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放热反应
D.发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应
解析：自由核子结合成原子核时，要发生质量亏损，将对应的能量以光子形式释放出去，所以选项A、B、D错误，选项C正确.
答案：C
6.一个质子和一个中子结合成一个氘核，核反应方程是：_______________________________，这个过程释放出2.2
MeV能量，这个过程中质量亏损为___________kg.(要求两位有效数字)
解析：+→，根据公式ΔE=Δmc2可以计算质量亏损.
答案：+→
3.9×10-30
综合·应用
7.(经典回放)下列说法中正确的是(
)
A.质子和中子的质量不等，但质量数相等
B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同
D.除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力
解析：原子核是由质子和中子组成，质子与中子的质量近似相等，中子的质量稍大一些，但质量数只考虑整数部分，所以它们的质量数相等，故A项对.质子与中子之间存在万有引力和核力，质子与质子之间还存在库仑力作用，核力是强相互作用，但它是短程力，只有在原子核的尺度范围内(10-15
m)才存在，大于这个范围核力就不存在了，所以B、D选项都不对.同位素是质子数相同而中子数不同的同一种元素的互称.同一种元素的原子由于存在同位素，它们的原子核的质量数并不相同，故C选项也错.
答案：A
8.如图19-5-1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(
)
图19-5-1
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
解析：由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，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，该过程一定放出核能，所以选项A正确，选项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，分裂过程一定要释放能量，所以选项C正确，选项D错误.
答案：AC
9.(2005北京春季)一个氘核()与一个氚核()发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，该聚变过程中(
)
A.吸收能量，生成的新核是
B.放出能量，生成的新核是
C.吸收能量，生成的新核是
D.放出能量，生成的新核是
解析：由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是，其核反应方程式为+→+；由聚变反应中出现质量亏损可知，该反应放出能量.
答案：B
10.(2004江苏)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)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615
t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：ve+→+.已知核的质量为36.956
58
u，核的质量为36.956
91
u,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.0.82
MeV
B.0.31
MeV
C.1.33
MeV
D.0.51
MeV
解析：先计算出核反应过程中的质量增加：
Δm=36.956
91
u+0.000
55
u-36.956
58
u=0.000
88
u
再由爱因斯坦的质能方程得所需要的能量：
ΔE=Δmc2=0.000
88
u×931.5
MeV=0.82
MeV
所以选项A是正确的.
答案：A
11.静止的氡核放出α粒子后变成钋核，α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为(
)
A.·
B.0
C.·
D.·
解析：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由Ek=∝，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是·Eα，由质能方程得质量亏损是·.
答案：C
12.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=0.6
MeV的质子轰击静止的锂核，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2=19.9
MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取mp=1.007
3
u、mα=4.001
5
u、mLi=7.016
0
u，求：
(1)写出该反应方程；
(2)通过计算说明ΔE=Δmc2正确.
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+→2
(2)核反应的质量亏损Δm=mLi+mp-2mα=0.020
3
u，由质能方程可得，质量亏损相当的能量ΔE=Δmc2=18.9
MeV而系统增加的能量ΔE′=E2-E1=19.3
MeV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.
13.一个氢原子的质量为1.673
6×10-27
kg，一个锂原子的质量为11.650
5×10-27
kg，一个氦原子的质量为6.646
7×10-27
kg.一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，则：
(1)写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？
(2)1
mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？
解析：(1)
+→2反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉.
(1)+→2由质能方程ΔE=Δmc2得释放核能ΔE=2.76×10-12J.
(2)1
mg锂原子含锂原子个数为，每个锂原子对应的释放能量是2.76×10-12J，所以共释放2.37×108J核能.
14.已知中子质量mn=1.674
9×10-27kg,质子质量mP=1.672
6×10-27kg,氘核质量mD=3.343×10-27kg,试计算一个中子和一个质子结合成氘核时释放的能量.
解析：先计算出质量亏损，再用ΔE=Δmc2进行计算
中子和质子结合成氘核的核反应方程为
+→
核反应的质量亏损
Δm=(mn+mp)-mD
=(1.674
9+1.672
6)×10-27kg-3.343
6×10-27kg
=-0.003
9×10-27kg
所以，释放的核能
ΔE=Δmc2=0.003
9×10-27×(2.997
9×108)2J=3.505
1×10-13J=2.2
MeV5
核力与结合能
课后训练
基础巩固
1．对核力的认识，下列正确的是(　　)
A．任何物体之间均存在核力
B．核力广泛存在于自然界中的核子之间
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15
m以内的核子之间，大于0.8×10－15
m、小于1.5×10－15
m为吸引力，而小于0.8×10－15
m为斥力
2．下列说法中正确的是(　　)
A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力
B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用
C．重核比中等质量的核更稳定
D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力
3．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是(　　)
A．一切原子核均具有结合能
B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．比结合能越大的原子核越稳定
4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。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可以计算核反应中释放的核能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能
5．某核反应方程为。已知的质量为2.013
6
u，的质量为3.018
0
u，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
6．原子质量单位为u,1
u相当于931
MeV的能量，真空中光速c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M原子核时释放出的能量是(　　)
A．(M－m1－m2)
u×c2
J
B．(m1＋m2－M)
u×931
J
C．(m1＋m2－M)c
D．(m1＋m2－M)×931
MeV
能力提升
7．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，释放的能量约为(　　)
A．21.04
MeV
B．35.56
MeV
C．77.64
MeV
D．92.16
MeV
8．原来静止的原子核X质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，已测得α粒子的速度垂直于磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是(　　)
A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为
B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为
C．此衰变过程中的质量亏损为m1－m2－m3
D．此衰变过程中释放的核能为
9．云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q，其运动的轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得α粒子运动的轨迹半径为R，试求衰变过程中的质量亏损。(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计，衰变放出的能量全部转化为粒子的动能)
10．镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核。已知镭核质量为226.025
4
u，氡核质量为222.016
3
u，放出粒子质量为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的粒子的动能，求放出粒子的动能。
参考答案
1.
答案：D　点拨：由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15
m以内的核子之间存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误。
2.
答案：B　点拨：只有相邻质子间才存在核力，A、D错误；中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，起到维系原子核稳定的作用，B正确；中等质量大小的核最稳定，C错误。
3.
答案：AD　点拨：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赋予相应的能量，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。
4.
答案：D　点拨：ΔE＝Δmc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A说法正确；对于ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减小ΔE时，它的质量也会相应地增加或减少Δm，故B说法正确；只有当出现质量亏损时，才能释放核能，故C说法正确；公式E＝mc2中，E为质量为m的物体所对应的能量，而非核反应中释放的能量，D错误，故选D。
5.
答案：B　点拨：根据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得H＋H→He＋X，即X为中子；在该反应发生前，反应物的总质量
m1＝(2.013
6＋3.018
0)
u＝5.031
6
u，
反应后产物总质量
m2＝(4.002
6＋1.008
7)
u＝5.011
3
u，
总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量。
6.
答案：D　点拨：由质能方程ΔE＝Δmc2知C选项错误；而Δm＝m1＋m2－M，即反应前总质量减反应后的总质量，故A错误，B选项单位错误；选项D正确。
7．答案：D　点拨：6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量
3×28.30
MeV＝84.9
MeV，
3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26
MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为
84．9
MeV＋7.26
MeV＝92.16
MeV。
8.
答案：BCD　点拨：原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2。由题知X核原先静止，则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等，由R＝知RY∶Rα＝qα∶qY＝2∶(Z－2)，故B项正确；而周期之比由T＝知TY∶Tα＝，故A项错；该过程质量亏损Δm＝m1－(m2＋m3)，故C项正确；由Ek＝知Y核的动能EkY＝，则释放的核能ΔE＝ΔEkα＋EkY＝，故D项正确。
9.
答案：
点拨：α粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度为v，根据洛伦兹力提供向心力得：qvB＝①
核衰变过程遵守动量守恒定律，由于衰变过程亏损的质量很小，亏损质量忽略不计，得：mv＝(M－m)v′②
因为在衰变过程中α粒子和剩余核的动能来自亏损质量，即Δmc2＝v′2＋mv2③
由①②③联立，得Δm＝。
10.
答案：(1)见点拨　(2)6.05
MeV　(3)5.94
MeV
点拨：(1)核反应(衰变)方程为：
→＋。
(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＝0①
又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则
ΔE＝＋，②
由①②可得
Eα＝·ΔE
＝×6.05
MeV
＝5.94
MeV。5
核力与结合能
自主广场
我夯基
我达标
1.在下列四个核反应中，x表示了中子的是（
）
A.+→+x
B.
C.
D.
思路解析：可利用质量数守恒和电荷守恒判断．
在核反应中可根据质量数守恒和电荷数守恒，求出未知粒子的质量数和电荷数，只要该粒子质量数为1、电荷数为0，那么就为中子，由此可得出答案为B、C、D．
答案：BCD
2.α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不稳定的，它放出y粒子而变成碳13，那么x粒子和y粒子分别是(
)
A.质子和中子
B．质子和正电子
C.中子和电子
D．中子和正电子
思路解析：可根据质量数守恒和电荷数守恒判断出x、y：得知，x为．
得知，y为.
x为中子，y为正电子，故答案为D．
答案：D
3.用质子轰击锂核()生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验．已知质子初动能是0．6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1．007
3
u、4．001
5
u和7．016
0
u．已知1u相当于931．5
MeV，则下列叙述中正确的是(
)
A．此反应过程质量减少0．010
3
u
B．生成的两个。粒子的动能之和是18．3
MeV，与实验相符
C．核反应中释放的能量是18．9
MeV，与实验相符
D．若生成的两个α粒子的动能之和是19．5
MeV，与实验相符
思路解析：可先求出质量亏损，再由质能方程计算出核反应所释放的能量，并进行逐项判定．
答案：CD
4.一个α粒子击中一个硼变成一个未知粒子和碳14，还放出0．75×106eV的能量，写出核反应方程式_________________，反应过程中质量亏损为_________kg．
思路解析：根据质量数和电荷数守恒可以写出核反应方程为；由爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2，得Δm=，代入数据计算得Δm=1．3×10-30kg.
答案：
1.3×10-30
kg
5.对公式ΔE=Δmc2，下列说法中正确的是(
)
A.能量可以转化为质量
B．质量可以转化为能量
C.能量的转化与质量的转化是成比例的
D．在核反应中，能量与质量都不守恒
思路解析：ΔE=Δmc2只是说明质量和释放出核能这两种现象间的联系，并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系，故A、B项错误，C项正确.我们都知道，在核反应中，能量和质量并不违反守恒定律，故D错误.
答案：C
6.1993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.制取过程如下：(1)用质子轰击铍产生快中子．(2)用快中子轰击汞，反应过程可能有两种：①生成，放出氦原子核；②生成，放出质子、中子，(3)生成的铂发生两次衰变，变成稳定的原子核汞，写出上述核反应方程式．
思路解析：此题只要严格按照写核反应的原则进行，一般不会出错的.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；也不能仅画一条横线，因箭头的方向还表示核反应进行的方向；（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，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程.
答案：（1）
(2)①
②
(3)
我综合
我发展
7.两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
7u，质子质量为1．077
3u，氦核质量为4．002
6u．试计算用中子和质子生成1
kg的氦时，要释放的核能．
思路解析：计算核能的步骤一般是：首先，写出核反应方程；其次，计算质量亏损Δm；然后根据质能方程ΔE=Δmc2计算核能.若Δm以原子核质量单位（u）为单位，可直接用ΔE=Δm(u)×931.5
MeV计算，此法较快而且常用.
两个中子和两个质子结合成氦核的反应方程如下：,
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=0.029
4×931.5
MeV=27.386
MeV,
生成1
kg氦释放的总核能：E=×6.02×1023×27.386×106×1.6×10-19
J=6.59×1014
J.
答案：6.59×1014
J
8.云室处在磁感应强度为月的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内．现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损．(注意：涉及动量问题时，亏损的质量可以不计)
思路解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，可求出其轨道半径R=，可得到v=，由ΔE=可求出产生的能量，再由质能方程可求出质量亏损.
由洛伦兹力和牛顿定律可得Bqv=；
式中v为α粒子的运动的速度.
设v′为反冲核的速度，由动量守恒定律可得（M-m）v′=mv，
由题意知，此处不考虑质量亏损.
在衰变过程中，α粒子的反冲核的动能均来自于质量亏损，即Δmc2=
解得：Δm=
答案：
9.原来静止的质量为m0的原子核，放出α粒子后转变为质量为m1，的原子核，该新核在其运动方向上又放出α粒子而衰变成静止的质量为m2的原子核，试求两个α粒子的动能，已知α粒子的质量为mα.
思路解析：利用质能方程解决时应注意：
（1）反应前后的总质量要弄清楚，不要把原子的质量和原子核的质量混淆，要耐心细致地进行计算，防止丢三落四造成错误.
（2）若求核能转化为核反应生成物的动能，需结合动量守恒定律求解.
根据在衰变过程的粒子动量守恒，可求出粒子间的速度关系，可根据质能方程求出产生的核能，再根据两粒子速度关系求出两粒子动能的关系，动能即等于核能，可求出α粒子的动能.
第一次放出α粒子后，根据动量守恒定律有,新核在运动方向上又放出α粒子，则有m1v1=mαvα′+0
可见两次放出α粒子动量大小相等，所以两个α粒子的动能相等.
设第一次放出α粒子后，新核和α粒子的动能分别为Ek1和Ek2,其总和等于原子核衰变时的质量亏损相对应的能量，即(m0-m1-mα)c2=Ek1+Ek2
而Ek1=m1v12=m1(vα)2=mαvα2()=Ekα;
代入上式得：(m0-m1-mα)v2=Ekα+Ekα=Ekα(1+)
故Ekα=.
答案：
10.在正负电子“湮灭”实验中，产生的两个光子的总能量为多少 (已知me=0．000
549u)
思路解析：在应用质能方程解题时，应注意分析在此过程中的质量亏损，以免漏掉亏损质量.
正、负电子“湮灭”造成质量亏损，生成核能，以光子的形式存在，由质能方程可求出总能量.
核反应方程为：，
反应前，正、负电子的总质量为5.49×10-4
u×2=1.098×10-3
u，
反应后生成物是两个光子，它们的质量为零，则质量亏损为：Δm=1.098×10-3
u.
相应放出的光子的能量ΔE=1.098×10-3×931.5
MeV=1.02
MeV.
答案：1.02
MeV
11.已知原子核质量为209．982
87u，原子核质量为205．976
46u，原子核的质量为4．002
60u，静止的核在α衰变中放出α粒子后变成，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=931．5
MeV，且核反应释放的能量只转化为动能)．
思路解析：在衰变过程中有质量亏损，并释放能量，而?α粒子由P0核放出时与新核组成的系统动量守恒.产生的核能可认为完全以动能的形式存在，根据动量守恒关系，可求出反应过程中α粒子和反冲核的动能.
（1）衰变方程+；
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.
反应后释放出的能量为ΔE=0.005
810×931.5
MeV=5.412
MeV.
（2）因衰变前后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等、方向相反，而P=mv=
则
即mαEkα=mPb·EkPb,
则4Ekα=206EkPb
①
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
MeV，
②
由①②得：α粒子从钋核中射出的动能Ekα=5.31
MeV.
（3）反冲核即铅核的功能EkPb=0.10
MeV.
答案：（1）5.412
MeV（2）5.31
MeV（3）0.10
MeV7
核聚变
8
粒子和宇宙
更上一层楼
基础·巩固
1.下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是(
)
A.→+
B.+→+
C.→+
D.→+
解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B选项符合要求.
答案：B
2.(经典回放)如下一系列核反应是在恒星内部发生的.
p+→
→+e++υ
p+→
p+→
→+e++υ
p+→+α
其中p为质子，α为α粒子，e+为正电子，υ为一种微子，已知质子的质量为mp=1.672
648×10-27
kg,α粒子的质量为mα=6.644
929×10-27
kg,正电子的质量为me=9.11×10-31
kg,中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c=3.00×108
m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量.
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，系列反应最终等效为
4p→α+2e++2ν
答案：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=3.95×10-12
J.
3.在某些恒星内，3个α粒子结合成一个核.的质量是12.000
0
u,的质量是4.002
6
u,这个反应放出多少能量
解析：先求出反应前后的质量亏损，然后由质能方程求出反应中放出的能量.
三个α粒子结合成一个核的质量亏损为
Δm=3×mα-mC=3×4.002
6u-12.000
0u=0.007
8u，
则放出的能量为
ΔE=0.007
8×931.5
MeV=7.265
7
MeV.
4.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素).已知氘核质量mD=2.013
6
u，氦核质量mHe=3.015
0
u，中子质量mn=1.008
7
u.(已知1
u=1.660
566×10-27
kg)
(1)写出聚变的核反应方程；
(2)求该反应中的质量亏损；
(3)计算释放出的核能.
解析：(1)+→+
(2)Δm=2mD-mHe-mn=2×2.013
6
u-3.015
0
u-1.008
7
u=0.003
5
u
(3)E=Δmc2=0.003
5×931.5
MeV=3.26
MeV
答案：(1)+→+
(2)0.003
5
(3)3.26
MeV
综合·应用
5.(经典回放)下面是一核反应方程：+→+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氘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氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2
解析：根据质量数与电荷数守恒，可知X是中子，又由质能方程可知核反应放出的能量：E=(m氘+m氚-m氦-mn)c2，故选D项.
答案：D
6.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克带电量为e，d夸克带电量为-e，e为基元电荷.下列论断可能正确的是
…(
)
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克的电荷量，故应从质子带一个元电荷，中子不带电荷的角度考虑，分析可知选项B正确.
答案：B
7.(2005广东)下列说法不正确的是(
)
A.+→+是聚变
B.+→++2是裂变
C.→+是α衰变
D.→+是裂变
解析：聚变是把轻核结合成质量较大的核并放出核能的过程；裂变是重核分裂成质量较小的核并放出核能的过程；衰变是原子核放出α、β粒子后，转变为新的原子核的变化.放出α粒子叫做α衰变，放出β粒子叫做β衰变.比较以上四式可知，只有D项是不正确的.它应是β衰变，而不是裂变.
答案：D
8.新中国成立后，为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立主权，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中.终于在1964年、1967年成功爆炸我国第一颗原子弹和氢弹，下列核反应方程可表示两弹的爆炸原理的是(
)
A.+→+
B.+→++10
C.→+
D.+→+
解析：原子弹利用核裂变而氢弹利用核聚变后而获得巨大核能，故B项对应原子弹而D项对应氢弹的爆炸原理，即轻核聚变，A项为人工核转变，C项为核衰变反应，不合要求.
答案：BD
9.(2006四川理综)某核反应方程为+→+X.已知的质量为2.013
6
u.的质量为3.018
u,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：由质量数守恒有：X核的核子数：A=2+3-4=1；由电荷数守恒有：X核的质子数：Z=1+1-2=0，由此可得X是中子；由题目给出的已知条件，可算出反应后的质量亏损：Δm=(2.013
6+3.018-4.002
6-1.008
7)u=0.020
3
u＞0，由于反应过程存在质量亏损，因此该反应必定释放能量.
答案：B
10.(2006广东)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+→+
B.“人造太阳”的核反应方程是+→++3
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
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.
答案：AC
11.核聚变的燃料氘可以从海水中提取.海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为0.034
g·L-1，从1
L海水中提取的氘发生反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升汽油？(汽油的燃烧值为4.6×107
J/kg)
解析：根据题意得出能量之间的关系即可计算.
1
L海水含氘0.034
g，合0.017
mol.而1个氘核反应放出17.51
MeV，故1
L海水放出能量为0.017×6.03×1023×17.51
MeV=1.78×1023
MeV，相当于300
L汽油燃烧放出的能量.
12.(经典回放)太阳现正在处于主序星演化阶段，它主要是由电子和、等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2+4→+“释放的核能”，这些核能最后转化为辐射能，根据目前关于恒星的演化的理论，若由聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成.
(1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R=6.4×106
m.地球质量m=6.0×1024
kg，日地中心的距离r=1.5×1011
m，地表面处的重力加速度g=10
m/s2，1年约3.2×107s，试估算目前太阳的质量M.
(2)已知质子质量mp=1.672
6×10-27kg，质量ma=6.645
8×10-27kg，电子质量me=0.9×10-30kg,光速c=3×108
m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.
(3)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W=1.35×103W/m3,试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位有效数字)
解析：利用万有引力定律和牛顿运动定律计算出太阳的质量.根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能.太阳的总辐射能与每秒太阳向外辐射的能量之比就是太阳继续保持在主序星阶段的寿命.
(1)设地球绕太阳运动的周期为T，由万有引力定律和牛顿运动定律可知
G=m()2r,①
地球表面的重力速度g=G,②
由①②式联立解得M=2×1030
kg,③
以题给数据代入，得M=2×1030
kg.④
(2)根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为
ΔE=(4mp+2me-mα)c2，⑤
代入数据，解得ΔE=4.2×10-12J.⑥
(3)根据题设假定,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为
N=×10%，⑦
则太阳的总辐射能为E=N·ΔE.⑧
设太阳的辐射是各向同性的，则每秒太阳向外辐射的能量为
ε=4πr2W⑨
所以太阳继续保持在主序星阶段的时间为
t=,
由以上各式解得
t=0.
以题给数据代入，可解得
t=1×1010年=1百亿年.⑩第5节
核力与结合能
课后训练
1．对于核力，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15
m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15
m时核力的变化规律更清楚
2．下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的是(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也越大
C．重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
3．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的排列顺序是(　　)
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
4．关于质能方程，下列说法中正确的是(　　)
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
5．为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程E＝mc2，科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程中放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是(　　)
A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2
B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2
C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2
D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2
6．某核反应方程为＋→＋X。已知的质量为2.013
6
u，的质量为3.018
0
u，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
7．已知质子的质量是1.008
665
u、中子的质量也是1.00
8665
u，氢原子的质量是1.007
825
u，碳原子的原子量是12.000
000
u，12个核子结合成碳原子核时，质量亏损是________，碳原子核的比结合能是________。
8．铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核，已知铍核质量为9.012
190
u，α粒子质量为4.002
600
u，中子质量为1.008
665
u。
(1)写出核反应方程；
(2)算出释放的能量。
参考答案
1.
答案：BC　解析：核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15
m之内，核力比库仑力大得多。因此，选项B正确，A错误。核力在大于0.8×10－15
m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15
m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确。人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故D项不正确。
2.
答案：D
3.
答案：D　解析：核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两质子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算中不考虑。
4.
答案：BD　解析：质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以选项B、D正确。
5.
答案：B　解析：反应前的质量总和为m1＋m3，质量亏损Δm＝m1＋m3－m2，核反应释放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，选项B正确。
6.
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：
＋→＋，X是中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013
6
u＋3.018
0
u＝5.031
6
u，反应后产物总质量m2＝4.002
6
u＋1.008
7
u＝5.011
3
u，总质量减少，出现了质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知，该反应释放能量。故B正确。
7.
答案：0.098
940
u　7.68
MeV
解析：碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成，
质量亏损：
Δm＝6×1.007
825
u＋6×1.008
665
u－12.000
000
u
＝0.098
940
u
比结合能为：
＝
≈7.68
MeV。
8.
答案：(1)
＋→＋　(2)5.71
MeV
解析：(1)核反应方程式：
＋→＋。
(2)由题意得质量亏损Δm＝(9.012
190
u＋4.002
600
u)－(12.000
00
u＋1.008
665
u)＝0.006
125
u
由ΔE＝Δm×931.5
MeV得
释放的能量：
ΔE＝0.006
125×931.5
MeV＝5.71
MeV。5
核力与结合能
主动成长
夯基达标
1.关于质能方程，下列哪些方法是正确的（　　）
A.质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
思路解析：质能方程E=mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE=Δmc2进行计算，所以B、D正确.
答案：BD
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.核子间存在着强大的核力
D.核子间存在着复杂磁力
思路解析：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.用质子轰击锂核（）生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验.已知质子初动能是0.6
MeV,质子、α粒子和锂核的质量分别是1.007
3
u、4.001
5
u和7.016
0
u.已知1u相当于931.5MeV，则下列叙述中正确的是?(　　)
A.此反应过程质量减少0.010
3
u
B.生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV
C.核反应中释放的能量是18.9MeV
D.生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV?
思路解析：可先求出质量亏损，再由质能方程计算出核反应所释放的能量，并进行逐项判定.
答案：CD
4.对公式ΔE=Δmc2,下列说法中正确的是(　　)
A.能量可以转化为质量
B.质量可以转化为能量
C.能量的转化与质量的转化是成比例的
D.在核反应中，能量与质量都不守恒
思路解析：ΔE=Δmc2只是说明质量亏损和释放出核能这两种现象间的联系，并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系，故A、B错误，C正确.我们都知道，在核反应中，能量和质量并不违反守恒定律，故D错误.
答案：C
5.一个铀衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853
131×10-25kg,钍核的质量为3.786
567×10-25kg,α粒子的质量为6.646
72×10-27kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_______J（保留两个有效数字）.
思路解析：由质能方程知，放出的能量为
ΔE=Δmc2=(3.853
131×10-25-3.786
567×10-25-6.646
72×10-27)×(3×108)2J=8.7×10-13
J.
答案：8.7×10-13
6.一个锂核（）受到一个质子轰击，变成两个α粒子，这一过程的核反应方程是________.已知一个氢原子质量为1.673
6×10-27kg，一个锂原子的质量是11.650
5×10-27kg,一个氦原子质量是6.646
6×10-27kg,上述反应所释放的能量为________J.
思路解析：核反应方程为由质能方程知，放出的能量为
ΔE=Δm·c2=(1.673
6×10-27+11.650
5×10-27-2×6.646
6×10-27)×(3×108)2
J=2.78×10-12J
答案：　2.78×10-12
7.科学家_______发现了质子，其核反应方程为___________；科学家_________发现了中子，其核反应方程为__________；科学家___________第一次用人工方法获得放射性同位素,其核反应方程为_______________.
思路解析：正确认识物理学史问题，这是高考考点之一.
答案：卢瑟福查德威克小居里夫妇、（正电子）
8.一个α粒子击中一个硼变成一个未知粒子和碳14，还放出0.75×106eV的能量，写出核反应方程式，反应过程中质量亏损为___________kg.
思路解析：根据质量数和电荷数守恒可以写出核反应方程为；由爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2,得,代入数据计算得Δm=1.3×10-30
kg.
答案：
9.1993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.制取过程如下：（1）用质子轰击铍产生快中子；（2）用快中子轰击汞（反应过程可能有两种：①生成，放出氦原子核；②生成，放出质子、中子）；（3）生成的铂发生两次衰变，变成稳定的原子核汞.写出上述核反应方程式.
思路解析：此题只要严格按照写核反应的原则进行，一般不会出错的.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；也不能仅画一条横线，因箭头的方向还表示核反应进行的方向；
（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，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程.
答案：（1）
(2)①
②
(3)
10.两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1.077
3
u，氦核质量为4.002
6
u.试计算用中子和质子生成1
kg的氦时，要释放的核能.
思路解析：计算核能的步骤一般是：首先,写出核反应方程；其次，计算质量亏损Δm;然后根据质能方程?ΔE=Δmc2?计算核能.若Δm以原子核质量单位（U）为单位，可直接用ΔE=Δm(U)×931.5
MEV计算，此法较快而且常用.
两个中子和两个质子结合成氦核的反应方程如下：,
质量亏损Δm=2×1.008
7
U+2×1.007
3
u-4.002
6u=0.029
4u
放出的核能ΔE=0.029
4×931.5
MeV=27.386
MeV,?
生成1
kg氦释放的总核能：
E=×6.02×1023×27.386×106×1.6×10-19
J=6.59×1014
J.
答案：6.59×1014
J
11.云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损.（注意：涉及动量问题时，亏损的质量可以不计）
思路解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，可求出其轨道半径，可得到,由可求出产生的能量，再由质能方程可求出质量亏损.
由洛伦兹力公式和牛顿定律可得;
式中v为α粒子的运动的速度.
设v′为反冲核的速度，由动量守恒定律可得（M-m）v′=mv,
由题意知，此处不考虑质量亏损.
在衰变过程中，α粒子和反冲核的动能均来自于质量亏损，即
解得.
答案：8
粒子和宇宙
课后训练
基础巩固
1．下列说法正确的是(　　)
A．强子是参与强相互作用的粒子
B．轻子是不参与强相互作用的粒子
C．目前发现的轻子只有8种
D．夸克有6种，它们带的电荷量分别为元电荷的或
2．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
3．“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反，则反氢原子是(　　)
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
4.
质子由两个电荷量为的上夸克和一个电荷量为的下夸克组成，假设两个上夸克在半径r＝0.8×10－15
m的圆周上，下夸克在圆心上，且三者在同一直径上，如图所示，则每个上夸克受到的静电力大小是________
N。
能力提升
5．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的元电荷，π0介子不带电。如图所示的1个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它的半径RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知，π－的动量大小与π0的动量大小之比为(　　)
A．1∶1　　　　　　　
B．1∶2
C．1∶3
D．1∶6
6．加拿大萨德伯里中微子观测站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在该研究中有以下说法：
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
其中正确的是(　　)
A．①③
B．②③
C．③④
D．①②
7．中微子μ是超新星爆发等巨型天体在引力坍缩过程中，由质子和电子合并成中子的过程中产生出来的。
1987年在大麦哲伦星云中的一颗编号为SN1987A的超新星爆发时，位于日本神冈町地下1
km深处一个半径10
m的巨大水池(其中盛有5万吨水，放置了1.3万个光电倍增管探测器)共捕获了24个来自超新星的中微子。
已知编号为SN1987A的超新星和地球之间的距离为17万光年(取1光年＝9.46×1015m)。设中子的质量为mn，电子的质量为me，中微子μ的质量可忽略。
(1)写出1个质子和1个电子合并成中子的核反应方程式；
(2)设1个质子和1个电子合并成1个中子过程中所吸收(或释放)的核能为ΔE，写出计算ΔE大小的表达式；
(3)假设编号为SN1987A的超新星爆发时向周围空间均匀地发射中微子，且其中到达日本神冈町地下巨大水池的中微子中有50%被捕获，试估算编号为SN1987A的超新星爆发时所释放出的中微子的总数量。(保留一位有效数字)
8．德国某研究组宣布银河系的中心可能存在一个大黑洞，他们的根据是用口径为3.5
m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近6年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2
000
km/s的速度围绕银河系中心旋转。根据上面数据，试在经典力学范围内(见提示)，通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？(最后结果保留一位有效数字，引力常量G＝6.67×10－11
N·m2/kg2)
提示：
(1)黑洞是一个密度极大的天体，其表面引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；
(2)计算中可采用拉普拉斯黑洞模型，即使黑洞表面的物质速度等于光速也逃脱不了引力的作用。
参考答案
1.
答案：ABD　点拨：粒子分类的根据是粒子与各种相互作用的关系，A、B正确；目前发现的轻子和夸克各为6种，C错，D正确。
2.
答案：A　点拨：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错误。
3.
答案：B　点拨：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同质量，但带有等量的异种电荷。因此反氢原子是由核和构成的。
4.
答案：40
点拨：每个上夸克受两个静电力作用：另一个上夸克的库仑斥力F1＝；下夸克的吸引力F2＝，两力方向相反；合力为F＝F2－F1＝＝
N＝40
N。
5.
答案：C　点拨：根据洛伦兹力提供向心力知，qvB＝mv2/R，故有p＝mv＝qBR，所以K－与π－的动量大小之比为2∶1，规定K－的方向为正方向，由动量守恒定律得：pK－＝－pπ－＋pπ0，所以pπ0＝3pπ－，故选项C正确。
6.
答案：B　点拨：中微子转化过程中动量守恒，pν＝pμ＋pτ，若pμ、pν同向，且pμ＜pν，
则pτ＞0，否则pτ＜0，②正确；若pμ、pν反向，则pτ＞0，③正确。
7.
答案：(1)→＋μ或→
(2)ΔE＝(mp＋me－mn)c2
(3)5×1042个
点拨：(1)→＋μ或→
(2)核反应中的质量亏损为Δm＝mp＋me－mn，根据质能方程，ΔE＝Δmc2＝(mp＋me－mn)c2。
(3)超新星爆发产生的中微子向空间均匀发射，形成以编号为SN1987A超新星为球心，以该超新星与地球间的距离为半径的球面，水池面积为S0＝πr2＝100
π(m2)，该超新星与地球之间距离为R＝1.6×1021m，以该超新星与地球之间距离为半径的球面面积为
S＝4πR2
超新星爆发产生的中微子数目N＝，代入数据得N＝5×1042个。
8．答案：3×108
m
点拨：设黑洞质量为M，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿千米的星体正以2
000
km/s的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m的星体绕星河系中心做圆周运动，则，得
M＝≈3.6×1035
kg。由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离去，则，得
r＝＝()2·R＝3×108
m
当物体速度v＞c时，，得r′＜r，所以r为最大半径。2
放射性元素的衰变
更上一层楼
基础·巩固
1.下列有关半衰期的说法正确的是(
)
A.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的时间越短，衰变速度越快
B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度
D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度
解析：放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映出放射性元素衰变速度的快慢，若衰变越快，半衰期越短.某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故上述选项只有A选项正确.
答案：A
2.关于放射性元素的半衰期(
)
A.是原子核质量减少一半所需的时间
B.是原子核有半数发生衰变所需的时间
C.与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关
D.可用于测定地质年代、生物年代等
解析：原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与一般外界环境无关.原子核的衰变有一定的速率，每隔一定时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半.不同种类的原子核，其半衰期也不同.若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T，则有如下关系式：N=N0.若能测定出N与N0的比值，则就可求出时间t值，依此公式就可测定地质年代、生物年代或考察出土文物存在年代.
答案：BD
3.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(
)
A.原子核全部衰变所需时间的一半
B.原子核有半数发生衰变所需的时间
C.原子量减少一半所需的时间
D.元素质量减少一半所需的时间
解析：原子核有半数发生衰变所用的时间叫半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，发生不同的衰变，其质量数减小规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，那么放射性元素的原子核的质量也不断减小.故上述选项只有B项正确.
答案：B
4.(经典回放)原子序数大于92的所有元素，都能自发地放出射线，这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线.下列说法中正确的是(
)
A.原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4
B.原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4
C.原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1
D.原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1
解析：发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.
答案：D
5.某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，下列说法正确的是(
)
A.质子数减少2个，中子数减少2个
B.质子数减少3个，中子数减少1个
C.质子数减少1个，中子数减少3个
D.以上说法都不对
解析：经过1次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，说明质子数减少2个，中子数减少2个，再经过1次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，是因为1个中子转化为1个质子，说明又减少了1个中子，但增加了一个质子，总起来说，质子数减少了1个，中子数减少了3个，故正确选项为C.
答案：C
6.(经典回放)最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次α衰变后的产物是.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是(
)
A.124，259
B.124，265
C.112，265
D.112，277
解析：α粒子的质量数和电荷数分别是4和2，故生成的超重元素的核电荷数即原子序数等于6×2+100=112，质量数等于6×4+253=277.
答案：D
7.若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB___________________.
解析：设A和B原来的质量均为m，则20天后：
mA=m=m()5，mB=m=m()4.
则==.
答案：1∶2
8.用中子轰击氮14，产生碳14；碳14具有β放射性，它放出一个β粒子后衰变成什么？写出对应的核反应方程.
解析：中子轰击氮14的核反应方程为：+→+baX
根据电荷数守恒，知a=7+0-6=1；根据质量数守恒，知b=14+1-14=1；可见核X为质子，则有+→+.
碳14发生β衰变的方程为：→+
根据电荷数守恒，知c=6-(-1)=7；根据质量数守恒，知d=14-0=14；可见核Y为氮14，则有→+.
综合·应用
9.(经典回放)铀裂变的产物之一氪90()是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90().这些衰变是(
)
A.1次α衰变，6次β衰变
B.4次β衰变
C.2次α衰变
D.2次α衰变，2次β衰变
解析：设经历了x次α衰变，y次β衰变
则：→+x+y
因为所以故选项B正确.
答案：B
10.(2004北京春季)钍核经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则(
)
A.铅核的符号为，它比少8个中子
B.铅核的符号为，它比少16个中子
C.铅核的符号为，它比少16个中子
D.铅核的符号为，它比少12个中子
解析：经过6次α衰变和4次β衰变后，核电荷数为：90-6×2(α衰变)+4×1(β衰变)=82，中子减少了：6×2(α衰变)+4×1(β衰变)=16个.
答案：C
11.天然放射性元素铀238()衰变为氡222()要经过(
)
A.3次α衰变，2次β衰变
B.4次α衰变，2次β衰变
C.4次α衰变，4次β衰变
D.2次α衰变，2次β衰变
解析：根据衰变规律+，+，可知α衰变时质量数减4而电荷数减2，β衰变时质量数不变而电荷数多1.设α衰变的次数为x，β衰变的次数为y，则由质量数有：
238-4x=222，得x==4(次)
由电荷数有：92-2x+y=86得y=86+2×4-92=2(次)，可见选项B正确.
答案：B
12.(2004江苏)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
解析：α、β、γ三种射线都是由原子核内发射出来的，α射线是氦核流，β射线是高速电子流，γ射线是高频光子流，因此选项A、B错误.原子核衰变要有质量亏损，故选项D错误.半衰期只与放射性元素本身有关，跟其他因素无关，所以选项C正确.
答案：C
13.(2006重庆理综)14C是一种半衰期为5
730年的放射性同位素，若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的1/4，则该古树死亡时间距今大约(
)
A.22
920年
B.11
460年
C.5
730年
D.2
865年
解析：n剩=n0()t/τ,n0=n0()t/5
730，所以t=11
460年
答案：B
14.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19-2-1所示,则可以判定径迹_______为α粒子,径迹______________为β粒子.
图19-2-1
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.
答案：1
32
放射性元素的衰变
课后训练
基础巩固
1．本题中用大写字母代表原子核，E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：
EFGH
另一系列衰变如下：
PQRS
已知P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G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
2．由原子核的衰变规律可知(　　)
A．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质不变
C．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关
D．放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少1
3．放射性元素的半衰期是(　　)
A．质量减少一半需要的时间
B．原子量减少一半需要的时间
C．原子核全部衰变所需要时间的一半
D．原子核有半数发生衰变所需要的时间
4．对天然放射现象，下列说法中正确的是(　　)
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线是核外电子
C．γ是光子，所以γ射线是原子发光产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
5．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()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，外接负载为其提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(　　)
A．镍63的衰变方程是→＋
B．镍63的衰变方程是→＋
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
6．放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为→＋xα＋yβ，其中(　　)
A．x＝1，y＝3　　　　
B．x＝2，y＝3
C．x＝3，y＝1
D．x＝3，y＝2
能力提升
7．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向。不计放出光子的能量，则下列说法正确的是(　　)
A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹
B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹
C．磁场方向垂直于纸面向外
D．磁场方向垂直于纸面向内
8．两种放射性元素的原子核和，其半衰期分别为T和，若经过2T后两种核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为________；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为________。
9．为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8×107次，这种元素的半衰期为2天，10天以后从水库取出1
m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量。
10．原来静止的铀和同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动。铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变。
(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图。
(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图。
参考答案
1.
答案：B　点拨：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。
2.
答案：CD　点拨：由放射性元素的衰变实质可知，不可能同时发生α、β衰变，故A错；衰变后变为新核，故B错；衰变快慢与物理、化学状态无关，C对；正电子质量数为0，故D对。
3.
答案：D　点拨：理解半衰期为半数原子核发生衰变所需要的时间。
4.
答案：AD　点拨：由α衰变、β衰变的实质和γ射线产生的机理可知，α射线、β射线和γ射线都是从原子核内部释放出来的。
5.
答案：C　点拨：的衰变方程为
→，选项A、B错误；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正确，D错误。
6.
答案：D　点拨：根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程
解得x＝3，y＝2。故答案为D。
7.
答案：AD　点拨：从轨迹可以看出两粒子的运动方向不同，但开始运动的瞬间受力方向相同，说明电流方向相同，即发生了β衰变，在磁场中受力向上，由左手定则可以判断出磁场方向垂直纸面向内，A、D选项正确。
8.
答案：b∶4a　a∶4b
点拨：若开始时A、B两种核的个数分别为N1和N2，则经时间2T后剩下的核的个数就分别为和，而此时两种核的质量相等，于是有，由此可得N1∶N2＝b∶4a，若开始时A、B两种核的质量分别为m1和m2，则经时间2T后剩下的核的质量就分别为和，而此时两种核的个数相等，于是有，由此可得m1∶m2＝a∶4b。
9.
答案：2.5×105m3
点拨：灵活应用半衰期公式m＝解决实际问题，关键是正确理解半衰期概念。半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对于少数原子核的衰变不适用；放射性元素每经过一个半衰期都有一半发生衰变，公式中m为尚未发生衰变的原子核的质量。设该放射性元素原有质量为m0,10天后的剩余质量为m，水库存水量为Q，则有
由半衰期公式得m＝，
由以上两式联立代入数据，得
解得水库存水量为Q＝2.5×105
m3。
10.
答案：(1)如点拨图甲所示　(2)如点拨图乙所示
点拨：(1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：
m1v1－m2v2＝0。
因为它们都带正电，衰变后的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的。它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。即＝Bqv，所以R＝。又因为m1v1＝m2v2。所以，由于q1＝2，q2＝92－2＝90，因而。如图甲所示，其中轨道a为α粒子的轨迹，轨道半径为R1，轨道b为新核的轨迹，其轨道半径为R2(R1＞R2)。
(2)同理，钍234发生一次β衰变放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零，可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变后的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图乙所示，其中，c为β粒子的轨迹，d为新核的轨迹。第6节
核裂变
课后训练
1．下列关于重核裂变的说法中，正确的是(　　)
A．核裂变反应是一个吸能反应
B．核裂变反应是一个放能反应
C．核裂变反应的过程质量亏损
D．核裂变反应的过程质量增加
2．为了安全核反应堆要用厚厚的混凝土将其完全封闭。这里的混凝土层所起的作用是防止(　　)
A．核爆炸　　　　
B．射线外泄
C．核燃料外泄
D．快中子外泄
3．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成(　　)
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
4．2009年12月28日，我国首批三代核电AP1000自主化依托项目——中国电力投资集团公司山东海阳核电项目一期工程正式开工。山东海阳核电站位于海阳市留格庄镇原冷家庄和董家庄，地处三面环海的岬角东端，占地面积2
256亩，海阳核电站全部建成之后，将成为迄今为止中国最大的核能发电项目。关于海阳核电站能量来自于(　　)
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素衰变放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
5．裂变反应中释放出的能量来自于(　　)
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的比结合能变大，释放出能量
6．一个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＋→X＋＋2，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
7．某核反应堆每小时消耗浓缩铀(铀235的含量占5%)200
g，假定每个铀核裂变时释放的能量是200
MeV，核反应堆的效率为90%，求该核反应堆的输出功率。
8．我国现有核电站6个，现役核电机组有11个。其中最早建设的浙江嘉兴的秦山核电站位于杭州湾畔，一期工程是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。秦山三期核电站采用加拿大成熟的坎杜6重水堆核电技术。已知铀核()裂变生成钡()和氪()。已知、、以及中子的质量分别是235.043
9
u、143.913
9
u、88.897
3
u和1.008
7
u。我国秦山核电站一期工程的功率为30×104
kW，假如能够完全发生裂变，其中有一半核能转化为电能。则电站一年要消耗多少？(已知1
u＝1.66×10－27
kg)
参考答案
1.
答案：BC
2.
答案：BCD
3.
答案：A　解析：通过学习，我们知道核反应堆的构成分四部分：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统。
4.
答案：C　解析：世界上现在和平利用核能均采用重核裂变释放的能量。
5.
答案：D　解析：发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A错误；能量来自于原子核内部，因重核分裂为中等质量的核时，比结合能增加而释放出能量，D正确。
6.
答案：A　解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B项错误。中子数为140－(92－38)＝86，A项正确。裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，所以C、D项错误。
7.
答案：2.0×108
W
解析：200
g浓缩铀中铀235的含量为m＝200
g×5%＝10
g，则10
g铀235中含有的原子数为n＝＝×6.02×1023≈2.56×1022。这些铀在1
h内释放的能量为Q＝nΔE＝2.56×1022×200×106×1.6×10－19
J≈8.19×1011
J，则此核反应堆的输出功率为。
8.
答案：231.1
kg
解析：核裂变方程为：＋→＋＋3。
则一个裂变释放出来的核能ΔE＝(235.043
9
u－143.913
9
u－88.897
3
u－2×1.008
7
u)×c2＝0.215
3×1.66×10－27×(3×108)2
J＝3.21×10－11
J
每年核电站产生的总能量：E＝Pt＝30×107×365×24×3
600
J＝9.461×1015
J
所以每年消耗的铀核个数为
因此每年需要铀的总质量为：
。8
粒子和宇宙
课后集训
基础达标
1.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(ve)而获得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,已知核的质量为36.956
58u，核的质量为36.956
91
u，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.0.82
MeV
B.0.31
MeV
C.1.33
MeV
D.0.51
MeV
解析：核反应后的总质量：
M′=36.956
91
u+0.000
55
u=36.957
46
u，核反应前的总质量一定不小于36.957
46
u，
电子中微子的最小质量：m=36.957
46
u-36.956
48
u=0.001
02
u，
最小能量为：E=mc2=0.00102×931.5
MeV≈0.82
MeV.
答案：A
2.2005年被联合国定为“世界物理年”以表彰爱因斯坦对科学的贡献.爱因斯坦对物理学的贡献有(
)
A.创立“相对论”
B.发现“X射线”
C.提出“光子说”
D.建立“原子核式模型”
答案：AC
3.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.
答案：B
综合运用
4.K-介子衰变的方程为：K-→π-+π0，其中K-介子和π-介子带负的基元电荷，π0介子不带电.如图19-8-1所示，一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径与之比为2∶1.π0介子的轨迹未画出.由此可知π-的动量大小与π0的动量大小之比为(
)
图19-8-1
A.1∶1
B.1∶2
C.1∶3
D.1∶6
解析：设K-介子、π-介子和π0介子的质量分别为m、m1、m2.在P点衰变前K-介子速度为v，衰变后π-介子速度为v1，π0介子速度为v2，由衰变后π-介子的轨迹，根据左手定则可知v1与v反向，由动量守恒可知：
mv=-m1v1+m2v2
①
K-介子和π-介子在匀强磁场中做圆周运动，由r=mv/Bq，可知：
mv=Bqr
②
由已知、①和②可得：
=2∶1
可知m2v2=3Bq
由衰变方程可知=2mπ，由R=mv/qB，可知，注意到K-介子和π-速度方向相反，由动量守恒定律，可得C选项正确.
答案：C
5.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为
u夸克和d夸克的两类夸克组成的，u夸克带电荷量为，d夸克带电荷量为，e为元电荷.下列论断可能正确的是(
)
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量，故应从质子带一个元电荷的电荷量，中子不带电的角度考虑.分析知B项正确.
答案：B
拓展探究
6.加拿大萨德伯里中微子观察站的研究揭示了中微子失踪之谜，即观察到的中微子数目比理论值少，是因为部分中微子在运动过程中(速度很大)转化为一个μ子和一个τ子.对上述转化过程有以下说法，其中正确的是(
)
A.牛顿运动定律依然适用
B.动量守恒定律不再适用
C.若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致
D.若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向相反
解析：牛顿运动定律仅仅适用于宏观低速的物体，不适用于微观高速的中微子；动量守恒定律适用任何情况.若发现μ子和中微子的运动方向一致，由动量守恒定律可知τ子的运动方向也可能与中微子的运动方向一致.
答案：C8
粒子和宇宙
自主广场
我夯基
我达标
1.关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于______________.
思路解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸.
尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜.
答案：大爆炸
2.下列说法中正确的是（
）
A.太阳是宇宙的中心
B.太阳系中只存在太阳和它的九大行星
C.太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成
D.以上说法都正确
思路解析：太阳系中以太阳为中心，有九大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2
000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项.
通常我们所说的九大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星.
答案：C
3.现在，科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？
思路解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
答案：4-2
4.1997年8月26日在日本举行的国际学术会上，德国的研究组宣布了他们的研究成果，银河系的中心可能存在一个大黑洞，他们的根据是用口径为3.5
m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近六年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2
000千米每秒的速度围绕银河系中心旋转.根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（最后结果保留一位有效数字，引力常量G=6.67×10-11
N·m2/kg2）提示：
（1）黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；
（2）计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，即使黑洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用.
思路解析：设黑洞质量为M，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿km的星体正经2
000
km/s的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m的星体绕银河系中心做圆周运动，则，得M=
=3.6×1035
kg.由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离去，则，得?r=·R=3×108
m.当物体速度v＞c时，，得r′＜r，所以r为最大半径.
答案：3×108
m
5.在天体演变的过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子），中子星具有极高的密度.
（1）若已知某中子星的密度为107
kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期；
（2）中子星也在绕自转轴自转，则其密度至少应为多大？（假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体，引力常量G=6.67×1011
N·m2/kg2）
思路解析：（1）如图中所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m，由万有引力提供向心力，可得.
又当R=r（中子星的半径）时，卫星的运行周期最小，注意到M=，由此可得Tmin=1.2×10-3
s.
（2）设中子星的质量为M，半径为r，密度为ρ自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分，设其质量仍为m.由万有引力提供向心力，可得=mω2r.又M=，整理可得ρ=，代入数据，可得ρmin=1.3×1014
kg/m3.
答案：（1）1.2×10-3
s
（2）1.3×1014
kg/m3
我综合
我发展
6.已知物体从地球上的逃逸速度v=，其中G、M、R分别是万有引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×1011
N·m2/kg2、光速c=2.99×108
m/s，求下列问题：
（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞，设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030
kg，求它可能的最大半径；
（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为0.4
kg/m3，如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物体都不能脱宇宙.问宇宙的半径至少为多大？
思路解析：（1）由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v2＞c，所以R＜=2.93
km，即太阳成为黑洞时的最大半径为2.93
km.
（2）把宇宙视为一普通天体，则质量为M=ρV=，其中R为宇宙半径，ρ为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为v=，由于宇宙密度使其逃逸速度大于光速，即v＞c,由以上的三个关系可得R＞=4.2×1010（光年）.
答案：（1）2.93
km
（2）4.2×1010光年
7.天文观测表明：几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是宇宙在膨胀.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，其计算公式为T=___________.
思路解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，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；二是各星体匀速运动，设想我们位于其中心.取大爆炸后的速度分别为v1、v2的两个星体研究（v1＞v2）.设大爆炸开始到现在经过的时间为T，由于各星体做匀速运动，物理模型如图所示.
则两个星体的位移应满足：r1=v1T，r2=v2T，根据r=vT，结合题中的v=Hr，可分析得到：T==1010年
答案：1010年
8.彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1
600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.
下面是关于彗星的几个问题：
（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，还是抛物线，还是双曲线？为什么？
（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还有含钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的？
（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4
km），以60
km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1
000
km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012
kg，它相对于木星的速度为600
m/s，求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少？
（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×1020
J的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200
MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？
思路解析：（1）哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”.哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆.
（2）当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质.
（3）这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有ΔE==1012×J=1.8×1011
J.
（4）我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦？ΔE=2×108×1.6×10-19
J，我们再计算多个铀235裂变后可放出8×1020
J的能量，即n==2.5×1031（个），则约相当于发生裂变的铀的质量
m=235×10-3×=9.8×106
kg
答案：（1）椭圆（2）光谱分析（3）1.8×1017
J（4）9.8×106
kg6
核裂变
课后训练
基础巩固
1．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　　)
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
2．关于原子反应堆，下面哪种说法是错误的(　　)
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的速率
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内能
3．(天津)一个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＋→X＋＋，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
4．1个铀235核吸收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．235
NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D．×196
MeV
5．关于重核的裂变，以下说法正确的是(　　)
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中穿过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
6．国家重大科技专项示范项目CAP1400核电站，于2013年在山东荣成石岛湾开工建设。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．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站
D．核电站比火电站更容易建造
能力提升
7．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的裂变，现有四种说法：
①原子核中有92个质子，143个中子；
②的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为＋→＋;
③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
8．受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出200
MeV的能量。现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料。假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023/mol)
9．在所有能源中，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势。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，释放出大量核能。
(1)核反应方程式
→＋＋aX
是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X为待求粒子，a为X的个数，则X为______，a＝______，以mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝______。
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106
kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%。假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11
J，核的质量MU＝390×10－27
kg。求每年(1年＝3.15×107
s)消耗的的质量。
10．曾落在日本广岛上爆炸的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量。原子弹放出的能量约8.4×1013
J，试问有多少个原子核进行分裂？该原子弹中含的质量最小限度为多少千克？(一个原子核分裂时产生的能量约为200
MeV)
参考答案
1.
答案：C　点拨：使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，只要组成铀块的体积小于临界体积，就不会产生链式反应。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。相同密度下，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。
2．答案：C　点拨：石墨的作用是使中子减速。
3.
答案：A　点拨：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。
4.
答案：D　点拨：由于1
mol的铀核质量为235
g,1
g铀235的物质的量为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确。
5.
答案：D　点拨：根据重核发生裂变的条件和裂变放出能量的原理分析可知，裂变时铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量。链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积。如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生。在裂变反应中核子数是不会减少的，如裂变为和的核反应，其核反应方程为：
＋→＋＋，
其中各粒子质量分别为
mU＝235.043
9
u，mn＝1.008
67
u，
mSr＝89.907
7
u，mXe＝135.907
2
u，
质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.151
0
u。
可见铀核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C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减少，发生质量亏损，从而释放出核能。故D正确。
6.
答案：ABC　点拨：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、C均正确；核电站的建造难度较大，D错误。
7.
答案：D　点拨：由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。
8.
答案：0.527
kg
点拨：核电站每天的发电量为：
E＝Pt＝50×104×103×24×3
600
J＝4.32×1013
J
据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数为：
n＝个＝个＝1.35×1024个
故发电站每一天需要的纯铀235的质量为：
m＝·M＝×235×10－3
kg＝0.527
kg。
9.
答案：(1)中子()　3　[mU－(mBa＋mKr＋2mn)]·c2
(2)110.477
kg
点拨：(1)依据核电荷数守恒的质量数守恒定律可判断X为中子()，且a＝3，据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2，
即ΔE＝[mU－(mBa＋mKr＋2mn)]·c2。
(2)依题意可知，P＝1.00×106
kW，t＝3.15×107
s，η＝40%，
MU＝390×10－27
kg，ΔE＝2.78×10－11
J。
则W输出＝P·t
再据W总＝，即W总＝，
则核反应次数为n＝
则每年消耗的U的质量MU总＝n·MU，
即MU总＝·MU＝110.477
kg。
10.
答案：2.6×1024个　1.015
kg
点拨：一个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个核发生裂变，则
n＝≈2.6×1024(个)
铀的质量m＝235×10－3×
kg≈1.015
kg3
探测射线的方法
自主广场
我夯基
我达标
1.研究放射性的本性时，可以让射线垂直射入磁场，根据射线在磁场中偏转情况来研究它所带的电荷、质量等性质.如图1932所示，P是放射线源，B是垂直纸面向里的匀强磁场，a、b、c分别是放射源放出的射在磁场中的三条射线，由它们偏转的情况可知（
）
图19-3-2
A.a是α射线，b是β射线，c是γ射线
B.a是γ射线，b是α射线，c是β射线
C.a是α射线，b是γ射线，c是β射线
D.a是α射线，b是γ射线，c是α射线
思路解析：由三种射线在磁场中的偏转情况，根据左手定则可知cd射线是由带正电的粒子组成的，b是由不带电粒子组成的，c是由带负电粒子组成的．由三种放射线的本性可知：a是α射线，b是γ射线，c是β射线．
答案：C
2.最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展.1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次α衰变后的产物是.由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是（
）
A.124、259
B.124、265
C.112、265
D.112、277
思路解析：题中的核
经过6次α衰变成，注意到的质子数为100，质量数为253，每发生一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，由质量数、电荷数守恒有：
A=4×6+253=277
Z=2×6+100=112
所以选项D正确.
答案：D
3.下面的说法正确的是（
）
①β射线粒子和电子是两种不同的粒子；②红外线的波长比X射线的波长长；③α粒子不同于氦原子核；④γ射线的贯穿本领比粒子的强
A.①②
B.①③
C.②④
D.①④
思路解析：α粒子带正电荷，它实质是氦原子核，贯穿本领小;β射线粒子是高速运动的电子流，贯穿本领很强;γ射线呈电中性，贯穿能力比α射线、β射线都强；红外线的波长比红光长，而X射线的波长比紫外线还要短，在可见光范围内红光波长最长，紫光波长最短．
答案：C
4.光子的能量为hν，动量的大小为，如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只发出了一个γ光子，则衰变后的原子核（
）
A.仍然静止
B.沿着与光子运动方向相同的方向运动
C.沿着与光子运动方向相反的方向运动
D.可能向任何方向运动
思路解析：相互作用的物体，如果不受外力作用，或它们所受外力之和为零，它们的总动量保持不变，这就是动量守恒定律．动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子．静止的原子核动量为零，在原子核发出一个光子衰变后，原子核和γ光子的动量之和仍然为零即衰变后原子核的动量和发出丁光子的动量大小相等方向相反．故衰变后的原子核应沿着与光子运动方向相反的方向运动．
答案：C
5.在云室中，为什么α粒子显示的径迹直而粗、β粒子显示的径迹细而曲？
思路解析：因为α粒子带电荷量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1
cm路程上能使气体分子产生104对离子．过饱和酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很粗的径迹．且由于α粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直．β粒子带电荷量少，电离本领较小，在1
cm路程上仅产生几百对离子，且β粒子质量小，容易改变运动状态，所以显示的径迹细而弯曲．
我综合
我发展
6.静止在匀强磁场中的核发生α衰变后，α粒子和反冲核在垂直于它们运动方向的匀强磁场中分别做匀速圆周运动，其半径之比为45∶1，周期之比为90∶117.求α粒子和反冲核的动能之比为多少？
思路解析：根据衰变时系统的总动量守恒，做匀速圆周运动时由洛伦兹力提供向心力这样两个基本关系，即可得解．
衰变时，α粒子和反冲核的动量大小相等，即mαvα=mxvx，式中mx、vx为反冲核的质量与速度．
在磁场中，它们做匀速圆周运动时都由洛伦兹力作为向心力，由qvB=，得r=．
由此可见，α粒子和反冲核的圆运动半径之比为
所以反冲核的核电荷数为：qx=90．
因为由洛伦兹力作向心力时，做圆周运动的周期为T=
所以α粒子和反冲核的周期之比为：，得
所以α粒子和反冲核的动能之比为：.
答案：117：2
7.静止在匀强磁场中的锂（）在俘获一个速度为7.7×104
m/s的中子后，生成一个α粒子和一个氚核.若α粒子的速度为
2.0×104
m/s，其方向与反应前中子的速度方向相同，且与磁场方向垂直.求:
（1）氚核的速度是多少？
(2)当α粒子在磁场中运动6周时，氚核运动了几周？
思路解析：(1)系统动量守恒mnvn=mαvα+mHvH
1×7．7×104=4×2×104+3vH
uH=-1．0×103m／s，方向与中子速度方向相反．
(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T=
2TH=3Tα，即4TH=6Tα
α粒子运动了6周，氚核运动了4周．
答案：(1)1．0×103m／s，方向与中子速度方向相反
(2)4周
8.如图19-3-3在匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才做如图的圆周运动，并确定它们环绕的方向，若两圆的半径之比是44∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？
图19-3-3
思路解析：因为原子核衰变时，遵守动量守恒定律，由原于核的初态是静止的，可以判定：衰变时射出的粒子与新核的动量大小相等，方向相反．
设带电粒子质量为m，在磁感应强度为B的磁场中，以速度v做匀速圆周运动，则其运动半径为R=．
由衰变时动量守恒知射出粒子动量m1v1等于新核动量m2v2，而B相同，所以R与q成反比，可判定出衰变射出粒子运动轨道半径大，新核半径小．在A点利用左手定则可判断出新核反冲速度方向，判断出发射粒子的速度方向，即确定粒子的种类和衰变的类型.
由可从发射粒子的电荷数确定新核的电荷数，由于衰变过程中电荷数守恒，可求出原来放射性元素原子核的电荷数即它的原子序数．
由R∝知大圆是发射出粒子的轨迹，小圆则是新核轨迹．
根据左手定则判断：在A点发射出的粒子是负电子，
它初速度水平向左，沿圆轨道顺时针方向旋转．新核初速水平向右，沿圆轨道逆时针旋转．
由于
q1=e，电荷数是1，所以q2=44e，电荷数是44，根据电荷守恒定律，原来的放射性元素原子核的原子序数是45，它发生的是β衰变，电子顺时针方向做匀速圆周运动，新核逆时针做匀速圆周运动．
答案：457
核聚变
自主广场
我夯基
我达标
1.有下列核反应：
①
②
③
④
下列说法中正确的是（
）
A.①是原子核的人工转变的反应方程式
B.②是聚变的核反应方程式
C.③是α衰变的反应方程式
D.④是裂变的核反应方程式
思路解析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不需要外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式.故答案为A、B、D.
答案：ABD
2.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
思路解析：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，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，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
3.关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是（
）
A.它们都是利用核聚变释放原子能的
B.它们都是利用核裂变释放原子能的
C.两者的核燃料都是纯铀235
D.一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能
思路解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，还没有实现可控热核反应，故答案为B.
答案：B
4.氘核（）和氚核（）的核反应方程如下：，该氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，则反应过程中释放的能量为（
）
A.（m1+m2-m3）c2
B.（m1+m2-m4）c2
C.（m1+m2-m3-m4）c2
D.（m3+m4-m1-m2）c2
思路解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m1+m2）-（m3+m4），而不是（m3+m4）-（m1+m2）.此反应的质量亏损为Δm=m1+m2-m3-m4，释放的能量ΔE=Δmc2=（m1+m2-m3-m4）c2.
答案：C
5.已知氘核质量为2.013
6
u，中子质量为1.008
7
u，核的质量为3.015
0
u.
（1）写出两个氘核聚变成的核反应方程.
（2）计算上述核反应中释放的核能.
（3）若两个氘核以相等的动能0.35
MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成核和中子的动能各是多少？
思路解析：（1）→.
（2）核反应中质量亏损Δm=2.013
6
u×2-(3.015
0
u+1.008
7
u)=0.003
5
u,
释放的核能：ΔE=Δmc2=0.003
5×931.5
MeV=3.26
MeV.
（3）设核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m1v1-m2v2=0,Ek1+Ek2=2Ek0+ΔE
解方程组可得：Ek1=×(2×0.35+3.26)
MeV=0.99
MeV;
Ek2=(2Ek0+ΔE)=×(2×0.35+3.26)
MeV=2.97
MeV.
答案：（1）
(2)3.26
MeV
（3）0.99
MeV
2.97
MeV
我综合
我发展
6.下列核反应方程及其表述都正确的是（
）
A.是聚变反应
B.是裂变反应
C.是聚变反应
D.是裂变反应
思路解析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变.根据以上裂变和聚变的定义可判断出A、B、C正确.
答案：ABC
7.下列说法中不正确的是（
）
A.是聚变
B.是裂变
C.是α衰变
D.e是裂变
思路解析：解答本题的关键是正确理解衰变、裂变和聚变的含义，根据各核反应规律可知：A是轻核聚变.B是重核裂变.C是α衰变.故A、B、C都正确.而D项属于β衰变，不是裂变，在物理学中裂变指的是把重核分裂变成质量较小的核的过程，故选D.
答案：D
8.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的裂变，现有4种说法：
①原子核中有92个质子，有143个中子
②的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：
③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
思路解析：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.
答案：D
9.一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mn=1.008
7
u，氚核质量m=3.018
0
u.
（1）写出聚变方程.
（2）释放出的核能是多大.
（3）平均每个核子释放的能量是多大？
思路解析：（1）聚变方程为：.
（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
MeV=2.08
MeV.
答案：（1）
（2）6.24
MeV
（3）2.08
MeV
10.4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106
eV的能量，列出核反应方程，并计算1
g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.
思路解析：该反应的核反应方程为：.
由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为E0=2.8÷4×106
eV=7×105
eV.
1
g氢核（即1
mol）所包含的氢核的粒子个数为?6.0×1023个，应释放出的总能量E为：
E=7×105×6.0×1023
eV=4.2×1029
eV=6.72×1010
J
答案：
6.72×1010
J
11.在一次研究原子核内部结构的实验中，让1个速度为7.7×104
m/s的中子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场，击中1个原来静止的锂核（）后产生1个氦核和另一个新核.测得氦核的速度是2.0×104
m/s，方向与反应前中子的运动方向相同，设中子质量与质子质量相等.
（1）写出核反应方程式.
（2）求出氦核和新核的轨道半径之比.
（3）当氦核转6圈时，新核转了几圈？
思路解析：（1）方程式为.
（2）设中子质量为m0、速度为v0，则氦核的质量为4m0、速度设为v1，新核质量为3m0、速度设为v2，由动量守恒定律得m0v0=4m0v1+
3m0v2
v2==-0.1×104
m/s.
（负号表示新核的速度方向与中子的速度方向相反）
有Bqv=,即r=
则氦核轨道半径r1=
新核轨道半径r2=
所以.
（3）由Bqv=mω2r=得带电粒子在磁场中运动的周期T=，
所以氦核的周期T1=，
新核的周期T2=
设氦核转6圈时，新核转n圈，则有6T1=nT2，即，所以n=4.
答案：（1）
（2）40∶3
（3）4圈第2节
放射性元素的衰变
课后训练
1．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．原子核全部衰变所需要的时间的一半
B．原子核有半数发生衰变所需要的时间
C．相对原子质量减少一半所需要的时间
D．元素质量减半所需要的时间
2．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它的(　　)
A．质子数减少一个，中子数不变
B．质子数增加一个，中子数不变
C．质子数增加一个，中子数减少一个
D．质子数减少一个，中子数增加一个
3．某放射性同位素样品，在21天里衰减掉，它的半衰期是(　　)
A．3天
B．5.25天
C．7天
D．10.5天
4．表示放射性元素碘衰变的方程是(　　)
A．―→＋
B．―→＋
C．―→＋
D．―→＋
5．在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。则(　　)
A．措施①可减缓放射性元素衰变
B．措施②可减缓放射性元素衰变
C．措施③可减缓放射性元素衰变
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
6．美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍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→＋
B．镍63的衰变方程是→＋
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
7．本题中用大写字母代表原子核。E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：
EFGH
另一系列衰变如下：
PQRS
已知P是F的同位素，则(　　)
A．Q是G的同位素，R是H的同位素
B．R是E的同位素，S是F的同位素
C．R是G的同位素，S是H的同位素
D．Q是E的同位素，R是F的同位素
8．某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α衰变。如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，氡通过人的呼吸沉积在肺部，并大量放出射线，从而危害人体健康，原来静止的氡核()发生一次α衰变生成新核钋()。已知放出的α粒子速度为v。
(1)写出衰变方程。
(2)求衰变生成的钋核的速度大小。
参考答案
1.
答案：BD　解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同。放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确。
2.
答案：C　解析：β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，故中子减少一个而质子增加一个。故A、B、D错，C对。
3.
答案：C　解析：在21天里衰变掉，则剩余，故经历3个半衰期，因此半衰期为
(天)。
4.
答案：B　解析：原子核发生β衰变时，从原子核内部释放出一个电子，同时生成一个新核，选项B正确。
5.
答案：D　解析：放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定，与外界因素无关，所以选项A、B、C错误，选项D正确。
6.
答案：C　解析：的衰变方程为→＋，选项A、B错。电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C对，D错。
7.
答案：B　解析：因为P是F的同位素，其电荷数设为Z，则衰变过程可记为
Z＋2EZFZ＋1GZ－1H
ZPZ＋1QZ＋2RZS
显然E和R的电荷数均为Z＋2，则E和R为同位素，Q和G的电荷数均为Z＋1，则Q和G为同位素，S、P、F的电荷数都为Z，则S、P、F为同位素，故选项B正确，选项A、C、D错误。
8.
答案：(1)
→＋　(2)
解析：(1)由质量数和电荷数守恒，可得衰变方程为
→＋。
(2)由于衰变过程中满足动量守恒，则：mPov′＋mαv＝0
故。第7节
核聚变
第8节
粒子和宇宙
课后训练
1．关于聚变，以下说法正确的是(　　)
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量
B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍
C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
2．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
3．科学家发现在月球上含有丰富的
(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＋→2＋。关于聚变，下列表述正确的是(　　)
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用聚变反应发电
4．下面是一核反应方程＋→＋X。用c表示光速，则(　　)
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2
5．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026
J，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
6．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
π＋
π－
u
d
带电荷量
＋e
－e
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
7．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr。式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。
(1)由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式是什么？
(2)根据观测，哈勃常数H＝3×10－2米/秒·光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为多少年？
8．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，若已知中子质量为1.008
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。
参考答案
1.
答案：BD　解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但不一定是中等质量的核，故A错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多，这点我们由聚变反应的特点就可以知道，故B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15
m，故要求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功，故C错误，D正确。
2.
答案：A　解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组成氘核，并形成氢核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错误。
3.
答案：B　解析：聚变反应是轻核变为较大质量核的反应，发生质量亏损，释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。
4.
答案：D　解析：由质量数守恒及电荷数守恒可得X为n(中子)，再根据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D项正确。
5.
答案：D　解析：根据爱因斯坦的质能方程，，D正确。
6.
答案：AD　解析：根据电荷量关系可知，由于π＋介子带有＋e的电荷量，又由于π＋介子是由u夸克和d夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个u夸克()和反d夸克()合成，同理π－介子由d夸克和反u夸克构成。
7.
答案：(1)
　(2)1×1010年
解析：(1)由于爆炸后各星体做的是匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现距我们的距离为r＝vT＝HrT，得：。
(2)
。
8.
答案：6.59×1014
J
解析：计算核能的步骤一般是：首先，写出核反应方程；其次，计算质量亏损Δm；然后根据质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。若Δm以原子质量单位(u)为单位，可直接用ΔE＝Δm(u)×931.5
MeV计算，此法较快且常用。
两个质子和两个中子结合成氦核的反应为2＋2→
质量亏损Δm＝(2×1.008
7＋2×1.007
3－4.002
6)
u＝0.029
4
u
放出的核能
ΔE＝0.029
4×931.5
MeV＝27.386
MeV
生成1
kg氦释放的总核能
E＝×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19
J＝6.59×1014
J。7
核聚变
课后集训
基础达标
1.核反应方程如下：
①
②+能量
③
④
对于以上反应方程，下面说法中正确的是…(
)
A.①是原子核的人工转变核反应方程
B.②是链式反应方程
C.③是核裂变方程，其中x=10
D.④是α衰变方程，其中y是质子
解析：用α粒子轰击铍核是查德威克发现中子的实验，属于人工转变，根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒知C是错的.②式是聚变反应方程；④式是原子核的人工转变，不是α衰变方程.
答案：A
2.下列说法不正确的是(
)
Ａ.是聚变
B.是裂变
Ｃ.是α衰变
D.是裂变
解析：由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变反应，使重核分裂成中等质量的原子核的核反应，称为裂变，放出α粒子的衰变叫做α衰变，选项A、B、C正确.放出β粒子的衰变叫做β衰变，不正确的选项是D.
答案：D
3.一个氘核()与一个氚核()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
B.放出能量，生成的新核是
C.吸收能量，生成的新核是
D.放出能量，生成的新核是
解析：聚变出现质量亏损，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，选项B正确.
答案：B
4.1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是(
)
A.
B.
C.
D.
解析：氢弹是核聚变反应，选项D正确.
答案：D
5.下列关于核能的说法正确的是(
)
A.物质是由原子组成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B.到目前为止，人类获得核能有两种途径，即原子核的裂变和聚变
C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的
D.自然界的原子核只有在人为的条件下才会发生聚变
解析：核能是人们在近几十年里才发现和开始利用的新能源.虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量.只有当原子核发生裂变和聚变时才能放出巨大的能量.原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短的时间内释放出巨大能量的原理制成的，而氢弹则是利用轻核的聚变制成的.自然界除了人为的聚变反应外，太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来.故应选B.
答案：B
6.氘和氚发生聚变的核反应方程是：+17.6
MeV.若有2
g氘和3
g氚全部发生聚变，NA为阿伏加德罗常数，则释放出的能量(
)
A.NA×17.6
MeV
B.5NA×17.6
MeV
C.2NA×17.6
MeV
D.3NA×17.6
MeV
解析：2
g氘和3
g氚均为1
mol.原子核个数为NA个，每个氘核与氚核聚变释放17.6
MeV能量，则1
mol释放的能量为NA×17.6
MeV，故选项A正确.
答案：A
7.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，一个质子和一个中子结合成氘核时，若放出的能量全部转变为一个γ光子的能量，已知普朗克常量为h，真空中的光速为c.则放出的γ光子的频率为(
)
A.
B.
C.
D.(m1+m2-m3)c2h
解析：核反应中的质量亏损为：Δm=m1+m2-m3，释放的能量为：ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3)c2，光子的能量与频率的关系为：E=hν，所以光子的频率ν=.
答案：B
8.1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT-7型超导托卡马克，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katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词.根据以上信息，下列说法正确的是(
)
①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，与太阳发光的原理类似
②这种装置同我国秦山核电站、大亚湾核电站所使用的核装置反应原理相同
③这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
④这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多
A.①③④
B.②③④
C.①②④
D.①②③
解析：太阳发光的原理是轻核的聚变.
答案：A
综合运用
9.一个质子和一个中子结合成一个氘核，并释放E的能量.
(1)写出该核反应方程；
(2)若质子质量为m1
kg，中子质量为m2
kg，求氘核的质量为多少.
解析：(1)核反应方程为.
(2)由于这个核反应是单个核子结合成原子核，会释放出能量，这一反应的质量亏损为：Δm=m1+m2-m，而E=Δmc2，故氘核的质量m=m1+m2-Δm=m1+m2-.
答案：(1)
(2)m1+m2-
10.在某次核聚变实验中，氘核被加热至高温，引起动能各为0.3
MeV的两个氘核正碰放出一个快中子和一个新核，释放出3.27
MeV的能量，氘核的质量为2.013
553
u，中子的质量为1.008
665
u，新核的质量为3.015
u，已知1
u的质量相当于931.5
MeV的能量.计算快中子的动能.
解析：设聚变后新核速度为v，中子速度为vn，质量为m，则由能量守恒定律得：
2×0.3+Δmc2=3.27+mvn2+×3mv2
由动量守恒定律得：0=3mv+mvn
m=2×2.013
53
u-3.015
u-1.008
665
u
由以上各式可求得快中子动能：
Ek=mvn2=0.405
MeV.
答案：0.405
MeV
11.太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和、等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10％，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成.
已知质子质量mp=1.672
6×10-27
kg，质量mα=6.645
8×10-27
kg，电子质量
me=0.9×10-30
kg，光速c=3×108
m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.
解析：核反应每发生一次的质量亏损：Δm=4mp+2me-mα，释放的核能为：ΔE=(4mp+2me-mα)c2
代入数值，得：ΔE=4.2×10-12
J.
答案：4.2×10-12
J
拓展探究
12.有一种聚变反应是：四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子.求：
(1)该聚变反应释放多少能量？
(2)若1
g氢完全聚变，能释放多少能量？
(3)1
g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值q=3.36×107
J/kg，氢核质量为1.008
142
u，氦核质量为4.001
509
u)
解析：(1)核反应方程为：，所以Δm=4×1.008
142
u-4.001
509
u=0.030
959
u
ΔE=Δmc2=0.030
959
uc2=0.030
959×931.5
MeV=0.030
959×931.5×106×1.6×10-19
J=4.625×10-12
J.
(2)1
g氢聚变释放的能量为：E=×6×1023×4.625×10-12
J=6.96×1011
J.
(3)相当于煤完全燃烧的质量m为：m=
kg=2.08×104
kg.
答案：(1)4.625×10-12
J
(2)6.96×1011
J
(3)2.08×104
kg3
探测射线的方法
4
放射性的应用与防护
主动成长
夯基达标
1.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
思路解析：根据放射性的性质分析放射性的应用.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射线的贯穿能力强的性质,正确选项为B、C.
答案：BC
2.下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　)
A.利用钴60治疗肿瘤等疾病
B.γ射线探伤
C.利用含有放射性碘131的油检测地下输油管的漏油情况
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
思路解析：利用钴60治疗肿瘤是利用它的射线能量高的特点，γ射线探伤也是利用它的射线贯穿能力强的特点.
答案：CD
3.下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是(　　)
A.利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子的
思路解析：消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误.探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种是利用它的射线；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子.
答案：BCD
4.对放射性的应用，下列说法中正确的是(　　)
A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害
B.对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
思路解析：放疗时射线对人体的正常细胞也是有害的，A选项错误.B、C、D关于放射线的防护的表述都是正确的.
答案：BCD
5.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40几种，而今天人工制成的放射性同位素已达1
000多种，几乎每种元素都有放射性同位素.放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用.
（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）1965年，我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是（　　）
A.光谱分析　　　　　　　B.同位素示踪原子
C.微机技术
D.测定介电常数
答案：（1）B　（2）B
6.联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境.下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(　　)
A.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
思路解析：铀238的半衰期很长，所以会长时期产生环境危害.
答案：AD
7.（1）1992年1月初，美国前总统老布什应邀访日，在欢迎宴会上，突然发病昏厥.日本政府将他急送回国，回国后医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因.这是利用了123I所放出的(　　)
A.热量　　　　　　　B.α射线
C.β射线
D.γ?射线
（2）美国医生使用123I对布什总统诊断，使他很快恢复健康.可知123I的特性是（　　）
A.半衰期长，并可迅速从体内消除
B.半衰期长，并可缓慢从体内消除
C.半衰期短，并可迅速从体内消除
D.半衰期短，并可缓慢从体内消除
思路解析：在α射线、β射线及γ射线中，γ射线穿透本领最大.123I的半衰期较短，可以迅速从体内消除，不至于因为长时间辐射而对身体造成损害.
答案：（1）D　（2）C
8.如图19-3-3所示，带电粒子在“云室”中运动时，可呈现其运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律.现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或电子或正电子.所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图19-3-3所示（发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直，a、b均表示长度）.则
图19-3-3
（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____________（填“①”或“②”）.
（3）14C的衰变方程是___________.
（4）简要推导发生衰变后的瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比.
思路解析：（1）由轨迹可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同，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，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)根据电荷与质量数守恒可得.
（4）由动量守恒可得：
即,
由平抛知识可得
x=v0t,
∝
故
所以.
答案：（1）α粒子　（2）②　（3）　(4)5∶2
9.自然界中的铀和钴都有同位素.
（1）铀主要以三种同位素的形式存在，三者的原子百分含量分别为0.005?%?,
0.72?%?,
99.275?%?.请写出计算铀元素近似相对原子质量的计算式（不必算出具体数值）：____________.
（2）放射性同位素钴60能够产生γ?射线.高速运动的γ?射线作用于?DNA?，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生_________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种.此外用γ?射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ?射线能________、_________.在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体保护.操作完毕后，人体__________（填“可以”或“不可以”）直接接触射线处理过的材料.
思路解析：铀元素的相对原子质量等于每种同位素与其百分含量乘积之和即（234×0.005+235×0.72+238×99.275）×10-2?;γ射线的照射强度增大到一定程度往往会使生物发生基因突变.由于经过放射线同位素照射处理过的材料无放射性，所以人体完全可以直接接触它.
答案：（1）（234×0.005+235×0.72+238×99.275）×10-2
（2）基因突变　杀虫　杀菌　可以
10.如图19-3-4所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.
图19-3-4
（1）请简述自动控制原理.
（2）如果工厂生产的是厚度为1
mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度起主要控制作用，为什么？
思路解析：从三种射线的穿透能力不同的角度来分析探测器接收的粒子的个数变化.三种射线的贯穿能力不同，γ射线最强，α射线最弱，对于铝板，γ射线不起作用，α射线被全部挡住，所以起作用的是β射线.
答案：(1)当铝板变薄时，探测器探测到的射线变多，把信号传递给自动控制装置，自动调整厚度使铝板变厚；当铝板变厚时，探测器探测到的射线变少，也把信号传递给自动控制装置，自动调整厚度使铝板变薄一些，这样就起到了自动控制的作用.
（2）由于α射线的贯穿能力很弱，一张白纸或铝箔就可以挡住，铝板变厚、变薄都可以挡住α射线，探测器接收不到信号；γ射线的贯穿能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，铝板更不在话下，铝板厚度的变化几乎不会影响探测器接收的粒子的个数；β射线能穿透几毫米的铝板，如果铝板厚，探测器就接收不到信号，太薄则信号增强，所以起作用的是β射线.
11.α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出x粒子，而氮13是不稳定的，它放出y粒子而变成碳13，那么x粒子和y粒子分别是(　　)
A.质子和中子
B.质子和正电子
C.中子和电子
D.中子和正电子
思路解析：可根据质量数守恒和电荷数守恒判断出x、y:得知，x为.
得知，y为.
x为中子，y为正电子,故答案为D.
答案：D
12.近年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”.据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务.问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（　　）
A.γ射线具有很强的贯穿本领
B.γ射线具有很强的电离作用
C.γ射线具有很高的能量
D.γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地
思路解析：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会聚，利用γ射线的高能杀死肿瘤细胞.如图所示.
综上所述，本题正确选项为A、C.
答案：AC3
探测射线的方法
课后训练
基础巩固
1．用威耳逊云室探测射线，其中粒子在威耳逊云室中径迹直而粗的是(　　)
A．α粒子
B．β粒子
C．γ粒子
D．以上都不是
2．关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是(　　)
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．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线
C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线
D．威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
3．下列说法中错误的是(　　)
A．威耳逊云室和盖革—米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质
B．盖革—米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类
C．用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是β粒子的径迹
D．根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况
4．在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是(　　)
A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹
B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长
C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹
D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗
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。如图是在有匀强磁场的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
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
能力提升
6．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
7．用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，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
8．1919年卢瑟福用α粒子撞击核发现了质子。
(1)写出这个核反应的方程式_______________________________________________。
(2)上述核反应可以用如下的模型来认识，运动的α粒子撞击一个静止的核，它们暂时形成一个整体(复合核)，随即复合核迅速转化成一个质子和另一个原子核。已知复合核发生转化需要能量1.19
MeV。那么要想发生上述核反应，入射的α粒子的能量至少要多大？
(3)英国物理学家威耳逊在1911年发明了“云室”，带电粒子在云室中运动时，可以显现出运动的径迹。把云室放在匀强电场中，分别将质子和α粒子垂直于电场方向打入同一匀强电场中，观察它们运动的径迹，如果质子和α粒子运动的径迹相同(电场方向和质子、α粒子运动径迹所在平面平行)。求：质子和α粒子进入电场时的动能之比是多少？
参考答案
1.
答案：A　点拨：α粒子的质量比较大，在空气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，故A正确。β粒子的质量小，跟气体碰撞时易改变方向，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，而且常常弯曲。γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。故B、C错误，答案选A。
2.
答案：AB　点拨：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，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A选项正确；由于α粒子的质量大，电离本领大，所以α射线在云室中的径迹粗而直，即B选项正确；由于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，而细长径迹是β射线的，所以C选项错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的变化方向就可以判断射线所带电荷的正负，所以D选项错误。
3.
答案：B　点拨：盖革—米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革—米勒计数器中产生的脉冲现象相同。
4.
答案：D　点拨：在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因质量较大，飞行时不易改变方向，且径迹直而粗，故只有D正确。
5.
答案：AC　点拨：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。
6.
答案：AC　点拨：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。
7．，
入射的是α粒子，所以B是α粒子产生的径迹。质量大、电离作用强的新核，径迹粗而短，故A是新核径迹。质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为D。
答案：D　点拨：α粒子轰击氮的核反应方程为
8.
答案：(1)→
(2)1.53
MeV　(3)
点拨：(1)→
(2)α粒子撞击静止的，满足动量守恒，即：
mαvα＝(mα＋mN)·v，
所以v＝①
系统碰撞损失的能量成为复合核转化所需要的能量，即
②
①②联立得入射的α粒子的动能为
E0＝＝1.53
MeV。
(3)带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中做类平抛运动，设沿电场方向的位移为y，垂直于电场方向的位移为x，则有
y＝·③
又因为质子和α粒子径迹相同，即通过相同的x，沿电场方向的位移y相同
即yH＝yα
由③式得
得。1
原子核的组成
更上一层楼
基础·巩固
1.关于α、β、γ三种射线,下列说法中正确的是(
)
A.α射线是原子核自发地放射出的氦核,它的穿透能力很强
B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等穿透能力
C.γ射线一般伴随α、β射线产生,它的穿透能力最强
D.γ射线是电磁波,它的穿透能力最弱
解析：α射线是不稳定原子核放出的由两个中子和两个质子组成的粒子流,它的电离本领最大,穿透能力最弱,A项错.β射线是原子核内的一个中子转化为一个质子时所放出的电子组成的高速运动的电子流,其穿透能力与电离能力在这三种射线中都居中,B项错.γ射线是处于激发态的原子核放出的光子,是波长很短的电磁波,常伴随α或β衰变产生,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,C项对，D项错.
答案：C
2.(2004辽宁)下列关于原子的几种描述中，不正确的是(
)
A.18O与19F具有相同的中子数
B.16O与17O具有相同的电子数
C.12C与13C具有相同的质量数
D.15N与14N具有相同的质子数
解析：18O与19F都含有10个中子，A项正确.16O和17O核外电子数都是8个，B项正确.12C的质量数为12，13C的质量数为13，C项不正确.15N和14N都含有7个质子，D项正确.
答案：C
3.铀235的原子核符号通常写成，则(
)
A.铀235的原子核中有92个质子
B.铀235的原子核中有92个电子
C.铀235的原子核中有92个中子
D.铀235的原子核中有143个中子
解析：原子核符号中X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为核电荷数.核电荷数等于质子数，中子数等于质量数减去质子数，质子数等于核外电子数.因而，A、D两项正确.
答案：AD
4.(2004辽宁)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，则对的原子核来说(
)
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；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，所以选项B正确.
答案：B
5.简单计算：的核内有多少个质子，多少个中子？是的同位素吗？它们有何异同？
答案：92
146
是同位素
有相同的质子数
不同的中子数
6.用符号表示以下原子核：
(1)铀238；
(2)有6个中子的碳原子核；
(3)核质量数为14的碳原子核；
(4)核电荷数为8、核质量数为17的原子核；
(5)α粒子.
解析：中A表示质量数，Z表示质子数.
答案：(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
综合·应用
7.(经典回放)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.
B.
C.
D.
解析：氦是2号元素，质量数为3的氦同位素为.
答案：B
8.如图19-1-3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(
)
图19-1-3
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
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上，β粒子受的洛伦兹力向下，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(如果一个打在b，则另一个必然打在b点下方).选A、C两项.
答案：AC
9.(2006广东)下列说法正确的是(
)
A.康普顿发现了电子
B.卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C.贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
D.伦琴发现了X射线
解析：汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构模型，贝克勒尔在1896年发现了铀和含铀的矿物的天然放射现象，使人们认识到原子核是有复杂的结构的，伦琴用高速电子流撞击对阴极发现了X射线.
答案：BCD
10.(经典回放)图19-1-4中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(
)
图19-1-4
A.a为α射线，b为β射线
B.a为β射线，b为α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：α为，β为，γ为电磁波(不带电)，故答案为C.
答案：C
11.(2005辽宁)如图19-1-5所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种.下列判断正确的是(
)
图19-1-5
A.甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B.甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C.甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D.甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
解析：由图中乙射线沿直线运动，不受磁场影响，必为不带电的γ射线.由左手定则易知甲必带负电而丙带正电，故甲是β射线，丙是α射线，所以选项B正确.
答案：B
12.将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图19-1-6表示射线偏转情况中正确的是(
)
图19-1-6
解析：已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α和β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断.
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r=，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：
··=××≈
由此可见，A项正确，B项错误.
带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：
x=v0t,y=·t2，消去t可得y=
对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为
··=××=
由此可见，C项错误，D项正确，故正确答案是A、D.
答案：AD
13.有J、K、L三种原子核，已知J、K的核子数相同，K、L的质子数相同，试完成下列表格.
原子核
原子序数
质量数
质子数
中子数
J
9
18
K
Z
A
L
10
19
解析：质子数与原子序数相同，中子数等于质量数减去质子数.
答案：如下表所示.
原子核
原子序数
质量数
质子数
中子数
J
9
18
9
9
K
10
18
10
8
L
10
19
10
9
14.有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自原子核的内部？天然放射现象的发现对物质微观结构的研究有什么意义？
解析：实验发现，如果一种元素具有放射性，那么无论它是以单质存在，还是以化合物形式存在，都具有放射性，而且放射性的强度也不受温度、外界压强的影响.由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这说明射线与核外电子无关.也就是说，射线来自原子核内部.
天然放射现象的发现，使人们认识到原子核的结构，而且原子核可以发生变化，成为另一种原子核.实际上，人们认清原子核的结构就是从天然放射现象开始的.6
核裂变
主动成长
夯基达标
1.关于重核的裂变，以下说法正确的是（　　）
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
思路解析：根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程.因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量.链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积.如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生.在裂变反应中核子数是不会减小的，如裂变为和的核反应，其核反应方程为
,
其中各粒子质量分别为
mU=235.043
9u,mn=1.008
67
u,
mSr=89.907
7
u,mXe=135.907
2
u,
质量亏损为
Δm=(mU+mn)-(mSr+mXe+10mn)=0.151
0
u
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，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能.
综上所述，选项D正确.
答案：D
2.利用重核裂变释放核能时选用铀235核，主要原因是（　　）
A.它裂变放出核能比其他重核裂变多
B.它可能分裂成三部分或四部分
C.它能自动裂变，与体积无关
D.它比较容易发生链式反应
思路解析：铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大，D项正确.
答案：D
3.在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是（　　）
A.使用浓缩铀
B.改变铀块的临界体积
C.通过自动控制装置改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D.利用石墨与中子的碰撞，来改变中子的速度
思路解析：控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的.
答案：C
4.下列核反应中，表示核裂变的是（　　）
A.
B.
C.
D.
思路解析：裂变是重核俘获中子后变成中等质量的原子核，同时还要放出几个中子.
答案：B
5.一个铀235吸收一个中子后发生的反应式是，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）c2
B.(M+m-m1-m2)c2
C.(M-m1-m2-9m)c2
D.(m1+m2+9m-M)c2
思路解析：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：E=Δmc2=(M-9m-m1-m2)c2.
答案：C
6.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的裂变，现有四种说法：
①原子核中有92个质子，143个中子
②的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：
③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
④一个裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10-11J
以上说法中完全正确的是(　　)
A.①②③　　　　B.②③④
C.①③④　　
D.①②④
思路解析：由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.
答案：D
7.已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm=0.215
3
u,则反应中平均每个核子释放的能量为多少？
思路解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1
MeV.由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：
ΔE=Δmc2=0.215
3×931.5
MeV=201
MeV
铀核中含有235个核子,所以平均每个核子释放的能量为MeV=0.86
MeV.
答案：0.86
MeV
8.受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出200
MeV的能量.现要建设发电功率是5×105kW的核电站，由铀235作为原子锅炉的燃料.假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需纯铀235的质量为多大？（阿伏加德罗常数为6.02×1023个/mol）
思路解析：铀235释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率为5×105
kW的发电站一天发出的电能，也就是一天所需要的铀235释放的核能，进而求得铀235的质量.
先根据发电功率计算出每天应发电能的总量为：
E=24×3.6×103×5×105×103
J=4.32×1013
J,
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为：
=1.35×1024个，
则对应的质量为
×235×10-3
kg=0.527
kg.
答案：0.527
kg
9.裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为：
235.043
9　1.008
7　　138.917
8　　93.915
4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量（以原子质量u为单位），已知1
u?的质量对应的能量为9.3×102
MeV,求放出的能量.
思路解析：裂变前后的质量亏损是：
Δm=(235.043
9+1.008
7-138.917
8-93.915
4-3×1.008
7)u,
由质能方程E=mc2有ΔE=Δmc2,即放出的能量ΔE=Δm×9.3×102
MeV=1.8×102
MeV.
答案：1.8×102
MeV
10.在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势.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，释放出大量核能.
（1）核反应方程式是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为_________，a=_________.以mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=_______________.
(2)有一座发电能力为P=1.00×106
kW的核电站，核能转化为电能的效率μ=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11J,核的质量mU=390×10-27kg,求每年（1年=3.15×107s）消耗的的质量.
思路解析：(1)由反应方程可知：X为10n，a为3，释放的能量为ΔE=（mu-mBa-mKr-2mn）c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗235U的功率为=2.5×106
kW,电站每年消耗235U的能量为W=Pt=2.5×109×3.15×107
J=7.875×1016J,每年消耗的235U的质量为kg=1
105
kg.
答案：　3　（mu-mBa-mKr-2mn）c2
　（2）1
105
kg
11.一静止的核转变为核时放出一个α粒子，已知232U、228Th和α粒子的相对原子质量分别为M0、M1、M2，求放出的α粒子的初动能.
思路解析：首先根据质量关系，可计算出核反应过程中释放出的核能，设232U、228Th和He核的质量分别为m0、m1、m2，则核反应放出的能量为ΔE=（m0-m1-m2）c2,忽略电子的质量，一个232U原子的质量应为（N为阿伏加德罗常数）.同理,,即;因为反应前后总动量守恒，设反应后228Th与HE核的动量分别为p1、p2，则p1-p2=0.设228Th与HE核的动能为Ek1、Ek2,则,,故α粒子的初动能为.
答案：
12.某些放射性元素在一定条件下发生衰变，产生一个新核以及一个质量较小的粒子，同时放出能量.当一个镭?（226Ra）?发生衰变时，产生了一个α粒子以及一个氡（222Rn）的核，过程如下：
.
若已知衰变时释放的能量?（即粒子与核的动能之和）为4.8
MeV,求α粒子的动能.
思路解析：设镭衰变前是静止的，系统动量为零，由动量守恒定律得mαvα=mRnvRn(其中vα和vRn是α粒子与氡核的速度).将上式转变为
即,
也即mαEkα=mRnEkRn?(其中Ekα和EkRn是α粒子、氡核的动能).
同时，由题意知Ekα+EkRn=4.87
MeV,
所以可得.
答案：
13.在原子反应堆中，用石墨（碳）作减速剂使快中子变成慢中子，已知碳核的质量是中子质量的12倍.假设中子与碳核的碰撞是弹性的（即碰撞中不损失动能），而且碰撞前碳核是静止的,试求：
（1）设碰撞前中子的动能为E0,经过一次碰撞后，中子的动能损失；
（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0？（lg13=1.114，lg11=1.041）
思路解析：(1)设中子的质量为m，速度为v0，碰撞后速度为v1;碳核的质量为m′,碰撞后的速度为v,
mv0=mv1+m′v,①
,
②
由①②解得.碰撞一次，中子的动能损失.
(2)中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能
同理，经第二次碰撞后，中子剩余的动能为
……
第n次碰撞后，中子剩余的动能为=10-6E0
两边取对数得
2n（lg11-lg13）=-6,
2n(1.041-1.114)=-6
解得n=41.4，
因此至少要碰撞42次，中子的动能才能小于10-6E0.
答案：（1）　（2）42次1
原子核的组成
自主广场
我夯基
我达标
1.关于质子与中子，下列说法正确的是（
）
A.原子核由质子和中子组成
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
思路解析：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.
答案：ABC
2.某种元素的原子核用表示，下列说法正确的是（
）
A.原子核的质子数为Z，中子数为A
B.原子核的质子数为Z，中子数为A-Z
C.原子核的质子数为A，中子数为Z
D.原子核的质子数为A-Z，中子数为Z
思路解析：明确原子核的符号的含义：A——表示质量数，Z——表示质子数，则中子数为A-Z，所以B正确.
答案：B
3.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克带电荷量为，d夸克的带电荷量为，e为元电荷.下列论断可能正确的是（
）
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
思路解析：质子带电荷量为2×=e
中子带电荷量为=0.
答案：B
4.原子核的表示符号为，下列说法正确的是（
）
A.原子核的质子数为A
B.原子的质量数为A
C.原子的质量数为Z
D.原子核的质子数为Z
思路解析：原子核的符号中A表示质量数，Z表示质子数.
答案：D
5.α粒子可表示为，下列说法正确的是（
）
A.α粒子原子核内有4个质子
B.α粒子原子核内有2个中子
C.α粒子原子核内有2个质子
D.α粒子实际就是He原子核
思路解析：根据原子核的数学表示符号：A表示质量数，Z表示中子数，X表示元素符号，综合分析，得B、C、D正确.
答案：BCD
我综合
我发展
6.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图19-1-1所示.则（
）
图19-1-1
A.α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B.原来放射性元素的原子核电荷数为90
C.反冲核的核电荷数为88
D.α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
思路解析：粒子之间相互作用的过程中遵守动量守恒，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反.
由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动.
由Bqv=得R=，
若原来放射性元素的核电荷数为Z，则对于α粒子有
R1=,对反冲核：R2=
由于p1=p2，得R1∶R2=44∶1，得Z=90.
它们的速度大小与质量成反比,D错误，上述选项正确的为A、B、C.
答案：ABC
7.天然放射现象的发现揭示了（
）
A.原子不可再分
B.原子的核式结构
C.原子核还可再分
D.原子核由质子和中子组成
思路解析：按照人们认识的发展过程，自汤姆孙发现电子和原子是中性的这一事实，认为原子应由电子和带正电的部分组成，即原子还有结构，故A错.卢瑟福由α粒子散射的现象，提出了原子的核式结构学说，并为人们接受，即B亦不对.天然放射现象（贝克勒耳最早发现）表明原子核并非绝对稳定，也可以变化，即核还有结构，即C正确.原子核中发现中子、质子是在人工转变条件下发现的，故D也不正确.所以本题正确选项应为C.
答案：C1
原子核的组成
课后训练
基础巩固
1．下列哪些现象能说明射线来自原子核(　　)
A．三种射线的能量都很高
B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D．α射线、β射线都是带电的粒子流
2．如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度生产的装置，放射源能放出α、β、γ三种射线。根据设计要求，该生产线压制的是3
mm厚的铝板。那么，在三种射线中哪种射线对控制厚度起主要作用(　　)
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．α、β和γ射线都行
3．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是(　　)
A．电子数与质子数相等
B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
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，一定跟核外电子数相等
C．用α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原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
5．以下说法正确的是(　　)
A．Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222
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
6．如图所示，一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(其方向如图所示)，调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在胶片MN上只有两个点受到射线照射。则射到b点的是________射线。
能力提升
7．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
8．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个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b
9．如图所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁场B，LL′为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为(　　)
A．α粒子，B垂直于纸面向外
B．α粒子，B垂直于纸面向内
C．β粒子，B垂直于纸面向外
D．β粒子，B垂直于纸面向内
10．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素、、从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
参考答案
1.
答案：BC　点拨：能说明放射线来自原子核的证据是，元素的放射性与其所处的化学状态和受到的物理条件无关，B、C正确。
2.
答案：B　点拨：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的射线的强度发生较明显变化，即β射线对控制厚度起主要作用。
3.
答案：C　点拨：质量数是质子数的2倍或2倍还多些。
4.
答案：CD　点拨：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不正确。正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确。因为绝大多数的原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内必还有别的中性粒子存在，故D正确。
5.
答案：D　点拨：A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错误；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错误，D正确。
6.
答案：α或β
点拨：γ射线不发生偏转，只能射到a点。α粒子受向右的电场力和向左的洛伦兹力，若qαE＝qαvαB，则α粒子不偏转，射到a点，此时E＝vαB。β粒子受向左的电场力qβE和向右的洛伦兹力qβvβB，又有vβ＞vα，得qβvβB＞qβE，故β粒子向右偏转射到b点；若qβE＝qβvβB，则β粒子不偏转，但α粒子，qαE＞qαvαB，合力向右，α粒子向右偏转射到b点，故射到b点的是α射线或β射线。
7.
答案：B　点拨：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，使带电体所带的电荷很快消失。
8.
答案：AC　点拨：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粒子受的落伦兹力向下，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。本题应选A、C。
9.
答案：D　点拨：由于α粒子贯穿本领很弱，只能穿透几厘米空气，因此穿透厚纸板到达屏上P点的不可能是α粒子；由于γ粒子不带电，穿过B区域不会发生偏转，因此到达P点的也不可能是γ粒子；因此可知，到达P点的必然是β粒子。又由于β粒子带的是负电，因此用左手定则便可判断B的方向应该是垂直于纸面向内。所以应选D。
10.
答案：(1)　(2)1∶∶
点拨：(1)离子被加速时，由动能定理得qU＝，进入磁场时洛伦兹力提供向心力qvB＝，又x＝2r，由以上三式得x＝。
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，
xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶。6
核裂变
课后集训
1.下列核反应中，表示核裂变的是(
)
A.
B.
C.
D.
解析：裂变是重核分裂成中等质量的原子核的核反应，选项B正确.选项A为α衰变，选项C为β衰变，选项D为发现中子的人工核转变.
答案：B
2.吸收一个慢中子后，分解成和,放出下列什么粒子(
)
A．一个α粒子
B.一个氘核
C.三个中子
D.两个中子
解析：裂变方程为：，选项C正确.
答案：C
3.一个铀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纯铀235完全核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)(
)
A.196NAMeV
B.196×235NAMeV
C.235×196
MeV
D.×196
MeV
答案：D
4.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,它主要有哪四部分组成(
)
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、调速剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统
答案：A
5.镉棒在核反应堆中的作用是(
)
A.使快中子变慢中子
B.使慢中子变快中子
C.使反应速率加快
D.控制反应速率
答案：D
6.目前核电站利用的核反应是(
)
A.裂变，核燃料为铀
B.聚变，核燃料为铀
C.裂变，核燃料为氘
D.聚变，核燃料为氘
答案：A
7.浙江秦山核电站第三期工程两个60万千瓦发电机组已并网发电.发电站的核能来源于的裂变，现有四种说法：①原子核中有92个质子、143个中子；②的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为；③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；④一个裂变能放出约200
MeV的能量，合3.2×10-11
J.以上四种说法中正确的是(
)
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④
解析：半衰期与温度无关.
答案：D
8.同学们根据中学物理知识讨论“随着岁月的流逝，地球绕太阳公转的周期、日地间的平均距离、地球表面温度变化的趋势”的问题中，有下列结论，请你判断哪些结论正确(
)
A.太阳内进行着剧烈的热核反应，辐射大量光子，根据ΔE=Δmc2可知，太阳质量M在不断减少
B.根据F=GMm/r2和F=mv2/r知，日地间的距离r不断增大，地球环绕速度将减小，且周期T=2πr/v
将增大
C.根据F=GMm/r2和F=mv2/r知，日地间的距离将不断减小，地球环绕速度将增大，且周期T=2πr/v
将减小
D.由于太阳质量M不断减小，辐射光子的功率不断减小，而日地间的距离将增大，所以辐射到地球表面的热功率也将减小，地球表面温度也将逐渐降低
解析：太阳不断释放出能量，并发生质量亏损，所以太阳的质量在不断减少，选项A正确.太阳质量在不断减少，导致太阳对地球的万有引力减小，地球由于得不到足够的向心力而做离心运动，轨道半径增大，克服万有引力做功而减小动能，速度减小而轨道半径增大，所以周期增大，则选项B正确.由于太阳质量M不断减小，辐射光子的功率不断减小，而日地间的距离将增大，辐射到地球表面的热功率也将减小，地球表面单位面积单位时间内接收到的太阳的能量减小，所以温度也将逐渐降低，则选项D正确.
答案：ABD
综合运用
9.核反应中的燃料是__________.用石墨、重水等作为__________使裂变时产生的中子速度减小，易于被铀核吸收.用镉棒来__________以控制核反应的__________，再用水等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量.
答案：铀235
减速剂
吸收中子
反应速度
10.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()，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)
(2)
(3)
11.裂变反应是目前利用中常用的反应，以铀235为燃料的反应堆中，当铀235俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：.
,,,的静止质量分别为235.043
9
u，1.008
7
u，138.917
8
u，93.915
4
u.已知1
u的质量对应的能量为930
MeV，此裂变反应释放出的能量是__________MeV.
解析：质量亏损为：Δm=(mU+mn)-(mXe+mSr+3mn)=0.193
3
u,释放的能量：ΔE=Δmc2≈180
MeV.
答案：180
拓展探究
12.在一原子反应堆中,用石墨(碳)作减速剂使快中子减速.已知碳核的质量是中子的12倍.假设把中子与碳核的每次碰撞都看作是弹性正碰,而且认为碰撞前碳核都是静止的.
(1)设碰撞前中子的动能是E0,问经过一次碰撞中子损失的能量是多少
(2)至少经过多少次碰撞,中子的动能才能小于10-6E0？(lg13=1.114，lg11=1.041)
解析：(1)设中子和碳核的质量分别为m和M，碰撞前中子的速度为v0,碰撞后中子和碳核的速度分别为v和V.根据动量守恒定律,可得:mv0=mv+MV
①
根据弹性碰撞中动能守恒,可得:
mv02=mv2+MV2
②
由①②可解出:v0+v=V
将上式代入①中,得:
③
已知M=12m,代入③中可得:
④
在碰撞过程中中子损失的能量为:
ΔE=mv02-mv2=.
(2)设E1，E2,…,En分别表示中子第1次、第2次……第n次碰撞后的动能.
由④可得:E1=()2E0
同理可得:E2=()2E1=()4E0
……
En=()2nE0
已知En=10-6E0,代入上式可得:
10-6E0=()2nE0
即10-6=()2n
取对数可得:2n(lg13-lg11)=6
将lg13=1.114,lg11=1.041代入上式,即得:n==41.1
因此,至少需经过42次碰撞,中子的动能才能小于10-6E0.
答案：(1)
(2)42次4
放射性的应用与防护
自主广场
我夯基
我达标
1.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
思路解析：根据放射性的性质分析放射性的应用．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，利用它的射线探伤是利用了射线的贯穿能力强的性质，正确选项为B、C.
答案：BC
2.下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的（
）
A.利用钴60治疗肿瘤等疾病
B.γ射线探伤
C.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
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
思路解析：利用钴60治疗肿瘤是利用它的射线能量高的特点，γ射线探伤也是利用它的射线贯穿能力强的特点．
答案：CD
3.下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是（
）
A.利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
思路解析：消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误．探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种是利用它的射线；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子．
答案：BCD
4.对放射性的应用，下列说法中正确的是（
）
A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用
B.对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
思路解析：放疗的同时对人的身体也是有害的．A选项错误．B、C、D关于放射线的防护的表述都是正确的．
答案：BCD
5.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造成的放射性同位素已达1
000多种，每种元素都有放射性同位素.放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用.
（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）1965年，我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是（
）
A.光谱分析
B.同位素示踪原子
C.微机技术
D.测定介电常数
思路解析：从放射性的应用去考虑．
答案：(1)B
(2)B
6.联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是（
）
A.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
思路解析：铀238的半衰期很长，所以会长时期产生环境危害.
答案：AD
7.如图19-4-1所示，带电粒子在“云室”中运动时，可呈现其运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律.现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或电子或正电子.所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图19-4-1所示（发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直，a、b均表示长度）.则
图19-4-1
（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_________________（填“①”或“②”）.
（3）14C的衰变方程是__________________________.
（4）简要推导发生衰变后的瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比.
思路解析：（1）由轨迹可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同，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，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）根据电荷与质量数守恒可得.
（4）由动量守恒可得：,
又Ek=·P·v
所以
所以.
答案：（1）α粒子
（2）②
（3）
（4）5∶2
我综合
我发展
8.（1）1992年1月初，美国前总统老布什应邀访日，在欢迎宴会上，突然发病昏厥.日本政府将他急送回国，回国后医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因.这是利用了123I所放出的（
）
A.热量
B.α射线
C.β射线
D.γ射线
（2）美国医生使用123I对布什总统诊断，使其很快恢复健康.可知123I的特性是（
）
A.半衰期长，并可迅速从体内消除
B.半衰期长，并可缓慢从体内消除
C.半衰期短，并可迅速从体内消除
D.半衰期短，并可缓慢从体内消除
思路解析：在α射线、β射线及γ射线中，γ射线穿透本领最大.123I的半衰期较短，可以迅速从体内消除，不至于因为长时间辐射而对身体造成损害.
答案：（1）D（2）C
9.自然界中的铀和钴都有同位素.
（1）铀主要以三种同位素的形式存在，三者的原子百分含量分别为0.005%，0.72%，99.275%.请写出计算铀元素近似原子量的计算式(不必算出具体数值)：__________.
(2)放射性同位素钴60能够产生γ射线．高速运动的丁射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种．此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ射线能__________、__________.在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体保护．操作完毕后，人体__________(填“可以”或“不可以”)直接接触射线处理过的材料．
思路解析：铀元素的原子量等于每种同位素的原子量与其百分含量乘积之和即（234×0.005+235×0.72+238×99.275）×10-2；γ射线的照射强度增大到一定程度往往会使品种基因突变.由于经过放射线同位素照射处理过的材料无放射性，所以人体完全可以直接接触它.
答案：（1）（234×0.005+235×0.72+238×99.275）×10-2
（2）基因突变杀虫杀菌可以
10.近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5
000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的
最佳仪器、令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研究的旋式丁刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(
)
A.γ射线具有很强的贯穿本领
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线具有很高的能量
D．γ射线能很容易地绕过阻碍物达到目的地
思路解析：γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很高，甚至可以穿透几厘米的铝板，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会聚，利用γ射线的高能杀死肿瘤细胞，如图所示.
综上所述，本题正确选项为A、C.
答案：AC
11.放射性同位素可作为示踪原子，例如，在医学上可以确定肿瘤的位置等等，今有四种不同的放射性同位素R、P、Q、S，它们的半衰期分别为半年、38天、15天和2天，则应选用的同位素是(
)
A．S
B．Q
C．P
D．R
思路解析：作为示踪原子的放射性同位素，应该有稳定的放射性，半衰期越长，放射性越稳定；但考虑到放射性对人体的危害，半衰期太长，对人体的危害越大，所以一旦研究结束，就希望放出的射线量大大减小，因此应选择半衰期较短、衰变稍快的放射性元素作示踪原子，用2天的就可以了.
答案：A
12.正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段．PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13作示踪剂．氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的．反应中同时还产生另一种粒子，试写出该反应方程．
思路解析：由题意可知：氧16（16O）在质子（）的轰击下产生了氮13（）和另外一种粒子，由质量数和电荷数守恒可知另一种粒子是，所以核反应方程为：
.
答案：
13．如图19-4-2所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．
图19-4-2
(1)请简述自动控制原理．
(2)如果工厂生产的是厚度为1
mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度起主要控制作用，为什么
思路解析：从三种射线的穿透能力不同的角度来分析探测器接收的粒子的个数变化．三种射线的贯穿能力不同，γ射线最强，α射线最弱，对于铝板，γ射线不起阻碍作用，α射线被全部挡住，所以起作用的是β射线．
答案：(1)当铝板变薄时，探测器探测到的射线变多，把信号传递给自动控制装置，自动调整厚度使铝板变厚；当铝板变厚时，探测器探测到的射线变少，也把信号传递给自动控制装置，自动调整厚度使铝板变薄一些，这样就起到了自动控制的作用.
(2)由于α射线的贯穿能力很弱，一张白纸或铝箔就可以挡住，铝板变厚、变薄都可以挡住。射线，探测器接收不到信号；γ射线的贯穿能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，对铝板更不在话下，铝板厚度的变化不会影响探测器接收的粒子个数的变化；β射线能穿透几毫米的铝板，如果铝板厚，探测器就接收不到信号，太薄则信号增强，所以起作用的是β射线．6
核裂变
自主广场
我夯基
我达标
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、原子能聚存系统和输送系统
思路解析：通过学习，我们知道核反应堆的构成分四部分：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统.
答案：A
2.已知在铀235裂变成钡和氪的过程中，质量亏损Δm=0.215
3
u，则反应中平均每个核子释放的能量为多少？
思路解析：铀核裂变为不同的产物时，每个核子释放的能量不同，一般来说平均每个核子释放的能量约为1
MeV.由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时放出的能量：
ΔE=Δmc2=0.215
3×931.5
MeV=201
MeV
铀核中含有235个核子，所以平均每个核子释放的能量为MeV=0.86
MeV.
答案：0.86
MeV
3.受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出200
MeV的能量.现要建设发电功率是5×105
kW的核电站，由铀235作为原子锅炉的燃料.假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需纯铀235的质量为多大？（阿伏加德罗常数为6.02×1023个/mol）
思路解析：铀235释放的能量等于一天发电的电能，计算出发电功率为5×105
kW的发电站一天发出的电能，也就是一天所需要的235释放的核能，进而求得铀235的质量.先根据发电功率计算出每天应发电能的总量为：E=24×3.6×103×P=4.32×1013
J,
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为：n==1.35×1024个，
则对应的质量为m=×235×10-3
kg=0.527
kg.
答案：0.527
kg
4.裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种方式可表示为：
235.043
9
1.008
7
138.917
8
93.915
4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核静止时的质量（以原子核质量u为单位），已知1
u的质量对应的能量为9.3×102
MeV，求放出的能量.
思路解析：裂变前后的质量亏损是：
Δm=(235.043
9+1.008
7-138.917
8-3×1.008
7)
u,
由质量方程E=mc2有ΔE=Δmc2，
即放出的能量ΔE=Δm×9.3×102
MeV=1.8×102
MeV.
答案：1.8×102
MeV
5.在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，如图19-6-5所示为这种电磁泵的结构.导管放在磁场中，当电流通过导电液体时，这种液体即被驱动.如果导管中截面面积为ωh，磁场的宽度为L，磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流为I，求驱动力造成的压强差为多少？
图19-6-5
思路解析：电磁泵的原理是，当电流流过液体时，液体即成为载流导体，在磁场中受到安培力作用，力的方向由左手定则判定，所以液体将沿v的方向流动.液体导电后可视为导体，从电磁泵原理图中可抽象出通电导体在磁场中受力模型.以载流导体为对象，根据安培力公式，载流导体受到的安培力（即液体受力）为F=BIh，由压强公式得p=，由题知S=ωh,由上面的几个关系得p=.
答案：p=
6.在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，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，释放出大量核能.
（1）核反应方程式是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为______________，a=____________.以mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=_____________.
（2）有一座发电能力为P=1.00×106
kW的核电站，核能转化为电能的效率μ=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11
J，核的质量mU=390×10-27
kg，求每年（1年=3.15×107
s）消耗的的质量.
思路解析：（1）由反应方程可知：X为，a为3，释放的能量为ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2.
（2）因电站发电效率为40%，故电站消耗235U的功率为P′==2.5×106
kW,
电站每年消耗235U的能量为W=Pt=2.5×109×3.15×107=7.875×1016
J
每年消耗的235U的质量为M=kg=1
105
kg.
答案：（1）
3
(mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)1
105
kg
7.一静止的核转变为核时放出一个α粒子，已知232U、228Th和α粒子的原子量分别为M0、M1、M2，求放出的α粒子的初动能.
思路解析：首先根据质量关系，可计算出核反应过程中释放出的核能，设232U、228Th和He核的质量分别为m0、m1、m2.则核反应放出的能量为ΔE=（m0-m1-m2)c2,忽略电子的质量，一个232U原子的质量应为=m0(N为阿伏加德罗常数）.
同理=m1,=m2,即ΔE=；因为反应前后总动量守恒，设反应后228Th与He核的动量分别为p1、p2,则p1-p2=0.设228Th与He核的动能为Ek1、Ek2,则Ek1=,Ek2=,
故α粒子的初动能为(M0-M1-M2)c2.
答案：(M0-M1-M2)c2
我综合
我发展
8.某些放射性化学元素在一定条件下发生衰变，产生一个新核以及一个质量较小的粒子，同时放出能量，当一个镭（226Ra)发生衰变时，产生了一个α粒子以及一个氡（222Rn)的核，过程如下：
若已知衰变时释放的能量（即粒子与核的动能之和）为4.87
MeV，求α粒子的动能.
思路解析：设镭衰变前是静止的，系统动量为零，由动量守恒定律得mαvα=mRnvRn（其中vα和vRn是α粒子与氡核的速度）.将上式转变为
即,也即mαEkα=mRnEkRn（其中Ekα和EkRn是α粒子、氡核的动能）.
同时，由题意知Ekα+EkRn=4.87
MeV，所以可得Ekα=MeV=4.78
MeV.
答案：4.78
MeV
9.1999年10月日本的一家核电站发生了核泄露事件，对附近的环境造成了很大的危害.核泄露直接导致严重的环境污染，其产生的射线具有非常大的危害性，能够使动植物体内的细胞发生癌变，致使生物死亡.根据以上材料回答以下问题：
核电站的发电原理是通过核裂变产生巨大的能量，完成下面铀核裂变可能的一个反应方程+____________，并计算1
kg铀核裂变放出的能量是____________kJ？（结果保留两位有效数字，235U、141Ba、92Kr和中子的质量分别为235.049
3
u，140.913
9
u，91.897
3
u，1.008
7
u，1
u=1.66×10-27
kg）.
思路解析：3；一个铀原子核裂变放出的核能
ΔE=Δmc2=(235.049
3
u-140.913
9
u-91.897
3
u-2×1.008
7
u)c2=3.3×10-11
J.
1
kg铀核裂变放出能量E=ΔE··NA=3.3×10-11××6.02×1023
J=8.5×1013
J=8.5×1010
kJ
答案：3
8.5×1010
10.在原子反应堆中，用石墨（碳）作减速剂使快中子变成慢中子，已知碳核的质量是中子质量的12倍.假设中子与碳核的碰撞是弹性的（即碰撞中不损失动能），而且碰撞前碳核是静止的，试求：
（1）设碰撞前中子的动能为E0，经过一次碰撞后，中子的动能损失；
（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0（lg13=1.114，lg11=1.041）？
思路解析：（1）设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为m′，碰撞前、后的速度分别为v1、v，mv0=mv1+m′v
①
②
由①②解得v1=.
碰撞一次，中子的动能损失ΔE=.
（2）中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能E1=
同理，经第二次碰撞后，中子剩余的动能为E2=
……
第n次碰撞后，中子剩余的动能为En==10-6E0
两边取对数得2n(lg11-lg13)=-6，2n(1.041-1.114)=-6，
解得n=41.4
因此至少要碰撞42次，中子的动能才能小于10-6E0.
答案：（1）
(2)42次
11.一个铀235核俘获一个速度为1.00×104
m/s的中子后，裂变为两个新核，同时放出两个中子.其中一个中子的速度为8.69×106
m/s，方向与原中子的方向相同；另一个中子的速度为8.68×106
m/s，方向与原中子的方向相反，两个新核中有一个是.今让这两个新核垂直进入同一匀强磁场.它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比多大？周期之比多大？
思路解析：在核裂变过程中遵循动量守恒定律.由题意可知被俘获的中子的动量与裂变时释放出的两个中子的总动量相等，故两个新核的总动量为零，也即两个新核的动量大小相等、方向相反.由于洛伦兹力提供向心力，可知新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径：R=.
由于两个新核的动量大小相等，进入的是同一匀强磁场，故mv、B均相同，得它们的半径之比等于它们电荷量的反比.由题意可写出裂变方程：
由质量数守恒可解得新核X的质量数A=235+1-95-2×1=139.
由电荷数守恒可得新核X的电荷数Z=92-38=54.
故两个新核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比为：R1∶R2=54∶38=27∶19.
新核在磁场中做匀速圆周运动的周期：T=
把半径R代入得：T=
可见，两个新核做匀速圆周运动的周期之比与它们的质量成正比，与它们的电荷量成反比，即.
答案：两新核做匀速圆周运动的半径之比为27∶19，周期之比为135∶139.
12.苏联的切尔诺贝利核电站曾发生核泄漏，使居住在附近的人都遭受到了不同程度的影响，在核泄漏后，该地区存在着各种不同的放射性射线.假设其中有一种是由铀核衰变成，并释放一种粒子产生的.
（1）写出衰变为钍的方程式；
（2）已知铀核质量为3.853
131×10-25
kg，钍核质量为3.786
567×10-25
kg，α粒子质量为6.646
72×10-27
kg，求衰变释放的能量.
思路解析：（1）核反应方程为→.
（2）ΔE=Δmc2=(mU-mTb-mα)c2代入数据解得ΔE=8.7×10-13
J.
答案：（1）→
(2)8.7×10-13
J4
放射性的应用与防护
课后训练
基础巩固
1．下列说法正确的是(　　)
A．通过核反应可以人工制造放射性同位素
B．现在用的射线都是利用的人工放射性同位素
C．人工制造的放射性同位素发出的射线对人体无害
D．人工制造的放射性同位素半衰期短，因此放射性废料容易处理
2．对放射性的应用中，下列说法正确的是(　　)
A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用
B．对放射性的废料，要装入特制的容器中并埋入深地层进行处理
C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置
D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
3．放射性同位素被用做示踪原子，主要是因为(　　)
A．放射性同位素不改变其化学性质
B．放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多
C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关
D．放射性同位素容易制造
4．下列方程中属于衰变的是(　　)，属于核反应的是(　　)，生成原来元素的同位素的是(　　)，放出β粒子的是(　　)
①→
②→＋
③→＋
④→
5．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用的衰变来验证，其核反应方程是→，其中是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零。
(1)的核外电子数为________。在上述衰变方程中，衰变产物的质量数A是________，核电荷数Z是________。
(2)在衰变前核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和，那么衰变过程将违背________守恒定律。
能力提升
6．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
7．用高能轰击，释放出一个中子后，生成了一个新核。关于新核的推断正确的是(　　)
A．其质子数为122　　　
B．其质量数为294
C．其原子序数为118
D．其中子数为90
8．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上。
(1)→＋________；
(2)→＋________；
(3)→＋________；
(4)→＋________；
(5)
________→；
(6)＋→＋________。
9．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的同位素已达1
000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用。
(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)如图是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3
mm厚的铝板，那么是三种射线中的____射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得____些。
(3)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种物质，为此曾采用放射性同位素碳14作________。
10．为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中会被红血球所吸收这一事实，向病人体内输入适量含有做示踪原子的血液。先将含有的血液4
cm3分为两等份，其中一份留作标准样品，20
min后测量出其放射性强度为10
800
s－1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20
min后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2
cm3，测出其放射性强度为5
s－1，则病人的血液体积为多少？
参考答案
1.
答案：AD　点拨：放射线有的是用天然放射性同位素，但大部分是用人工放射性同位素，因为人工放射性同位素品种多，并且半衰期短，废料容易处理。
2.
答案：BCD　点拨：放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但同时也会对人体的正常细胞造成伤害，A错。正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均是正确的。
3.
答案：ABC　点拨：放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D错误．
4.
点拨：首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是核反应，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为核反应；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成该元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③。
答案：②③　①④　①　③
5.
答案：(1)27　60　28　(2)动量
点拨：(1)由可知它的质子数为27，又因为核外电子数与质子数相等，故的核外电子数为27，由→＋＋可推得中A为60，Z为28。
(2)衰变前核静止，动量为零，衰变后，Ni和运动径迹不在一条直线上，此时它们两个动量之和不为零，如果衰变产物只有Ni和，则动量不守恒，故还应有其他产物。
6.
答案：C　点拨：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。
7.
答案：C　点拨：本题考查核反应方程及原子核的组成。核反应方程为→＋
新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175。故正确选项为C。
8.
答案：(1)　(2)　(3)　(4)　(5)　(6)
点拨：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反应的所有基本粒子来用左下角(电荷数)配平。左上角(质量数配平)未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。如(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子()，同理确定其他粒子分别为：中子()，电子()，正电子()，中子()质子()。
9.
答案：(1)B　(2)β　大　(3)示踪原子
点拨：(1)因放射线的电离作用，在空气中电离出与验电器所带电荷电性相反的离子，并与之中和，所以使验电器所带电荷消失。(2)α射线贯穿本领弱，不能穿透厚度1
mm的铝板，因而探测器不能探到；γ射线贯穿本领最强，穿透1
mm厚的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨；β射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨。(3)把掺入碳14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，得到了放射性碳14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为一体，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查明的情况或规律，人们把用于这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。
10.
答案：4
320
cm3
点拨：由于标准样品与输入体内的的总量是相等的，设病人血液总体积为V
cm3，因此有×5
s－1＝10
800
s－1，得V＝4
320
cm3。1
原子核的组成
课后集训
基础达标
1.使人类首次认识到原子核可变可分的事实依据是(
)
A.电子的发现
B.α粒子散射实验
C.天然放射现象
D.原子核的人工转变
解析：电子的发现使人类认识到原子可分；α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型；天然放射现象使人类首次认识到原子核是可变可分的；原子核的人工转变使人类开始掌握核变化.
答案：C
2.锶原子核的符号是，那么它的原子(
)
A.核外有38个电子、核内有95个质子
B.核外有38个电子、核内有57个中子
C.核外有57个电子、核内有57个质子
D.核外有57个电子、核内有38个质子
解析：元素符号的左下角表示的是质子数，原子核的电荷数就是核内的质子数；左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数.
答案：B
3.下列关于α、β、γ射线的叙述中,正确的是…(
)
A.α、β、γ射线都是电磁波
B.α射线由高速氦原子核组成
C.高速运动的电子流就是β射线
D.γ射线射入磁场时会发生偏转
解析：α射线是由氦核构成，β射线是高速电子流，γ射线是波长极短的电磁波.
答案：B
4.如图19-1-2所示,x为未知放射源,若将磁铁移开后,计数器所得的计数率保持不变,其后将薄铝片L移开,计数率大幅上升,则(
)
图19-1-2
A.纯β放射源
B.纯γ放射源
C.α、β混合放射源
D.α、γ混合放射源
解析：α射线是由氦核构成的，β射线是高速电子流，γ射线是波长极短的电磁波.α射线贯穿物质的本领最弱，不能透过薄铝片.
答案：D
5.下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是(
)
A.α粒子散射实验
B.氢光谱实验
C.X光的发现
D.天然放射现象
答案：D
6.下列说法中正确的是(
)
A.氦4核中有4个质子,2个中子
B.氦4核与氦3核不是互为同位素
C.中的质子数比中子数少6
D.中的质子数比中子数少2
解析：元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数.质子数相同而中子数不同的原子核互称同位素.
答案：D
7.现在,科学家们正在设法探寻“反物质”,所谓“反物质”是由“反粒子”构成的,“反粒子”跟与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反,据此,若有反α粒子,则它的质量数为___________,电荷数为___________.
解析：α粒子是氦核，反α粒子,则它的质量数为4,电荷数为2.
答案：4
2
8.一个原子核内有__________个质子，__________个中子，在1
g铀235中总共有__________个质子，__________个中子.
解析：元素符号的左下角表示的是质子数，原子核内有92个质子；左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数，原子核内有143个中子.1
g铀235是
mol，总共有2.35×1023个质子，3.65×1023个中子.
答案：92
143
2.35×1023
3.65×1023
综合运用
9.图19-1-3中，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(
)
图19-1-3
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β射线
D.b为γ射线，c为α射线
解析：α射线为氦核流，β射线为电子流，γ射线为光子流.
答案：BD
10.如图19-1-4所示，R是一放射源，虚线框内有匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏.实验中，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则此时磁场方向，到达O、P点的射线与实验相符的是(
)
图19-1-4
选项
磁场方向
到达O点的射线
到达P点的射线
A
竖直向上
γ射线
β射线
B
竖直向下
γ射线
α射线
C
垂直纸面向里
γ射线
β射线
D
垂直纸面向外
γ射线
α射线
解析：由α射线贯穿物质的本领最弱，不能透过薄纸以及三种射线在相应磁场中的偏转情况易知选项C正确.
答案：C
11.据报道，月球上有大量存在，以下关于的说法正确的是(
)
A.是的同分异构体
B.比多一个中子
C.是的同位素
D.比少一个质子
解析：元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数.质子数相同而中子数不同的原子核互称同位素.是的同位素，比少一个中子.
答案：C
拓展探究
12.下列说法中正确的是(
)
A.α、β、γ三种射线，照射到锌板上都会使之带电
B.在地球大气层外观察到的太阳光谱是连续谱
C.查德威克发现中子的核反应方程是:+→
D.核能发电对环境的污染比火力发电要大
解析：由于α、β粒子均带电，故α、β粒子射到锌板上会使之带电，γ射线能使锌板发生光电效应，A正确.太阳光谱是吸收光谱，B错.查德威克发现中子的核反应方程为，C错.核能发电，对环境的污染比火力发电小，D错.
答案：A7
核聚变
课后训练
基础巩固
1.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　　)
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应平均每个核子释放的能量一定大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
2．关于核能的利用，下列说法正确的是(　　)
A．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆
B．在地球上，人类还无法实现聚变反应
C．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”
D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能
3．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
4．有下列核反应：
①→
②→＋γ
③＋→＋
④＋→＋＋＋γ
下列说法正确的是(　　)
A．①是原子核的人工转变的反应方程式
B．②是聚变的核反应方程式
C．③是α衰变的反应方程式
D．④是裂变的核反应方程式
5．关于聚变，以下说法中正确的是(　　)
A．两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才能放出能量
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几倍
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
6．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，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1亿摄氏度，这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变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，中子的质量为m2，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所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(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
能力提升
7．(北京理综)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＋→＋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)c
D．γ光子的波长λ＝
8．我国自行设计并成功研制“人造太阳”——托卡马克实验装置，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＋→＋，反应原料氘()富存于海水中，而氚()是放射性元素，自然界中不存在，便可以通过中子轰击()的人工核转变得到。则：
(1)请把下列用中子轰击锂核()产生一个氚核()和一个新核的人工核转变方程填写完整；
＋(　　)→(　　)＋
(2)在(1)中，每生产1
g的氚同时有多少个核实现了核转变？(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023/mol)
(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，求该核聚变过程中的质量亏损。
9．氢弹首先由普通炸药引爆________，再利用它产生的高温高压引爆热核材料。若聚变方程为＋→＋＋17.6
MeV。某氢弹爆炸放出的能量相当于引爆300万吨TNT，已知1
kg
TNT炸药爆炸时放出能量为4.2×106
J，求该氢弹爆炸时内部发生聚变反应的次数。
参考答案
1.
答案：B　点拨：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误。
2.
答案：C　点拨：现有核电站均为重核裂变反应释放能量，而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术，但还不能实现大规模的受控核聚变，故B错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C正确。
3.
答案：ABD　点拨：
选项
剖析
结论
A
聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量
√
B
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散
√
C
核电站的原理是裂变，托卡马克的原理是聚变
×
D
该装置使人们可以在实验室控制聚变反应速度，平稳释放核能
√
4.
答案：ABD　点拨：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；④是裂变的核反应方程式。故选A、B、D正确。
5.
答案：BD　点拨：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，所以选项A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，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，所以选项B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15
m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，所以选项C错误，D正确。
6.
答案：BD　点拨：由核反应方程知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。
7.
答案：B　点拨：根据该反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：＋→＋γ，故选项A错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故选项B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故选项C错误；由E＝知，γ光子的波长λ＝，故选项D错误。
8.
答案：(1)　　(2)2.0×1023个　(3)3.1×10－29
kg
点拨：计算核聚变中释放的核能，方法与其他核反应相似。首先，应算出聚变反应前的质量和反应后的质量，进而求出质量亏损Δm＝m前－m后，再运用爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2求出释放的总能量。
(1)　
(2)因为1
g氚为
mol，根据核反应方程知实现核转变的也为
mol，所以有×6.0×1023个＝2.0×1023个实现了核转变。
(3)核聚变中有5个核子参加了反应，所以该核聚变中的质量亏损Δm＝＝
kg≈3.1×10－29
kg。
9.
答案：原子弹　4.47×1027
点拨：氢弹爆炸放出的总能量E＝4.2×106×3×109
J＝1.26×1016
J，发生聚变的次数N＝次≈4.47×1027次。6
核裂变
更上一层楼
基础·巩固
1.利用重核裂变释放核能时选铀235，主要原因是(
)
A.它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多
B.它可能分裂成三部分或四部分
C.它能自动裂变，与体积无关
D.它比较容易形成链式反应
解析：铀235发生裂变时会生成2—3个中子，中子再去轰击铀核发生链式反应，但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积，所以选项A、B、C错误，选项D正确.
答案：D
2.(经典回放)原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是(
)
A.+→+
B.→+
C.+→+
D.+→++3
解析：由链式反应特点知：反应过程中由一个中子引发裂变，放出2—3个中子促成链式反应，故选项D正确.
答案：D
3.原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要有哪四部分组成(
)
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、调速剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
答案：A
4.1964年10月16日，我国在新疆罗布泊沙漠成功地进行了第一颗原子弹爆炸实验，结束了中国无核时代.
(1)原子弹爆炸实际上是利用铀核的裂变释放出巨大的能量，由于裂变物质的体积超过临界体积而爆炸.
①完成核裂变反应方程
+→(
)Xe++2+200百万电子伏特
②铀原子核裂变自动持续下去的反应过程叫什么？产生这种反应的条件必须是什么？
(2)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线危害人体和污染环境，需采用哪些措施？(举两种)
解析：(1)①
②链式反应
中子再生率大于1
(2)核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；放射性废料要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理.
5.(2006北京理综)目前核电站利用的核反应是(
)
A.裂变、核燃料为铀
B.聚变、核燃料为铀
C.裂变、核燃料为氘
D.聚变、核燃料为氘
答案:A
综合·应用
6.(2006天津理综)一个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+→X++2，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=2mc2，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：核反应方程必须遵循电荷数和质量数守恒，则该核反应方程为：+→++2，则X原子核中有140个核子，有140-54=86个中子，所以选项A正确，选项B错误.因为裂变时放出能量，由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2，一定有质量的减少，而原子核反应中的质量数仍守恒，所以选项C、D均错误.
答案：A
7.(经典回放)在其他能源中，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势.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，释放出大量核能.
(1)核反应方程+→++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为_____________，a=_____________.以mU、mBa、mKr分别表示、、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=_____________.
(2)有一座发电能力为P=1.00×106
kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11J,
核质量mU=390×10-27
kg,求每年(1年=3.15×107
s)消耗的的质量.
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程.计算质量亏损，再用质能方程计算核反应过程中放出的核能.
(1)
3
(mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)反应堆每年提供的核能E总=
其中T表示1年的时间
以M表示每年消耗的的质量,得M∶mU=E总∶ΔE
解得：M=
代入数据得M=1.10×103
kg.3
探测射线的方法
4
放射性的应用与防护
课后集训
基础达标
1.下列说法正确的是(
)
A.根据轨迹的长短粗细可以知道离子的性质
B.α粒子径迹细且直，β粒子径迹较粗且弯曲程度大
C.α粒子穿过威尔逊云室时偏转角比β粒子的大
D.γ粒子在威尔逊云室中一般看不见其径迹
解析：α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很粗的径迹，所以它在云室中的径迹直而短粗；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，且常常发生弯曲；γ粒子的电离本领更小，一般看不见它的径迹.因此，我们根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质.故选项A、C、D正确.
答案：ACD
2.卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为，下列说法中正确的是(
)
A.通过此实验发现了质子
B.实验中利用了放射源放出的γ射线
C.实验中利用了放射源放出的α射线
D.原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒
答案：AC
3.关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有(
)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害
解析：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出.γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视.作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种.用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量.
答案：D
4.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，选项A错误.β射线或γ射线的穿透性强，可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等工作，选项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，作为示踪原子，选项D正确.
答案：D
5.硼10俘获一个α粒子后生成氮13放出x粒子,而氮13是不稳定的,它放出y粒子而变成碳13.那么x和y粒子分别是(
)
A.质子和电子
B.质子和中子
C.中子和正电子
D.中子和电子
解析：整个过程的反应方程是,，即x和y粒子分别是中子和正电子，故选C.
答案：C
6.下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子(
)
A.γ射线探伤仪
B.利用含有放射性碘131的铀检测地下输油管漏油情况
C.利用钴60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：示踪原子的获得可用物理方法和化学方法.化学方法的原理是同位素具有相同的化学性质.在制造化合物时用适量的放射性同位素取代非放射性同位素，以后便可通过仪器探测跟踪该元素的“去向”，在工业中可以用以测定输油管中的流速，测定油管的漏油情况等.γ射线探伤仪可检查金属内部的损伤，其物理依据是有很强的贯穿本领.钴60
能放出γ射线，大量杀死癌细胞.
答案：BD
7.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
解析：因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失.
答案：B
8.γ射线具有几个特点：①γ射线具有极强的穿透本领；②γ射线很容易地绕过障物到达病灶区域；③γ射线具有很高的能量.
用“γ刀”治疗肿瘤，不用麻醉，病人在清醒的状态下经较短时间可完成手术，在此过程中，主要利用的是(
)
A.①②
B.②③
C.①②③
D.①③
解析：γ射线具有极强的穿透本领，具有很高的能量，可以穿透皮肤并杀死癌细胞.
答案：D
综合运用
9.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的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C作.
解析：把搀入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合到一起，经过多次重新结晶后，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完全融为一体，它们是同一种物质.这种把放射性同位素的原子搀到其他物质中去，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，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律.人们把作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.
答案：示踪原子
10.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定.
答案：(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4)
拓展探究
11.为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液均匀倒入水库.已知该溶液1min衰变8×107次，该放射性同位素的半衰期为2天，经10天后，从水库后取出1m3的水，测得1min衰变10次，该水库中取出1m3的水，测得1min衰变10次，该水库存水是来________.
解析：设原放射性元素质量为m0，10天后的质量为m，水库共有Q
m3水，10天后每立方米水中放射性元素剩余量为.由衰变规律知：m=m0.因为放射性物质单位时间内衰变次数跟放射性元素的质量成正比，所以由题意可知m0∶=8×107∶10，即得水库存水量Q=×8×107
m3=2.5×105
m3.
答案：2.5×105
m37
核聚变
主动成长
夯基达标
1.下列核反应：
①
②
③
④
下列说法中正确的是（　　）
A.①是原子核的人工转变的反应方程式
B.②是聚变的核反应方程式
C.③是α衰变的反应方程式
D.④是裂变的核反应方程式
思路解析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，④是裂变的核反应方程式.故答案为?A、B、D.
答案：ABD
2.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
思路解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故A错误.聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B正确.裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15
m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C错,D正确.
答案：BD
3.氘核（）和氚核（）的核反应方程如下：，该氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4,则反应过程中释放的能量为
(　　)
A.（m1+m2-m3）c2
B.(m1+m2-m4)c2
C.(m1+m2-m3-m4)c2
`
D.(m3+m4-m1-m2)c2
思路解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m1+m2）-(m3+m4),释放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2.
答案：C
4.下列核反应方程及其表述都正确的是(　　)
A.
是聚变反应
B.
是裂变反应
C.
是聚变反应
D.是裂变反应
思路解析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变.根据以上裂变和聚变的定义可判断出A、B、C正确.
答案：ABC
5.关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是(　　)
A.它们都是利用核聚变释放原子能的
B.它们都是利用核裂变释放原子能的
C.两者的核燃料都是纯铀235
D.一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能
思路解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，故答案为B.
答案：B
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，这种反应又叫做________.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________.
思路解析：“聚变”就是要使原先相距“较远”的核能克服库仑斥力而结合为一个“稳定”的新核，因此事先须让两核获得较大的初动能，常采用加热的方法.
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　
7.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3,质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克?常量为h，真空中的光速为c,则γ射线的频率为________.
思路解析：根据题意，可知反应中释放的能量以射线的形式出现，则射线的能量可由反应前后的质量亏损计算，而射线的能量又与射线的频率有关，容易求解.
反应前后的质量亏损为m1+m2-m3，
释放的能量为E=（m1+m2-m3）c2，
射线的能量为hν=(m1+m2-m3)c2，
所以射线的频率就是ν=(m1+m2-m3)c2/h.
答案：（m1+m2-m3）c2/h
8.4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV的能量，写出核反应方程，并计算1
g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.
思路解析：该反应的核反应方程为：,由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为eV=7×105
eV,1
g氢核（即1
mol）所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个，应释放出的总能量E为：
E=7×105×6.0×1023
eV=4.2×1029
eV=6.72×1010
J.
答案：　6.72×1010
J
9.已知氘核质量为2.013
6
u，中子质量为1.008
7
u,
核的质量为3.015
0
u.
(1)写出两个氘核聚变成的核反应方程;
(2)计算上述核反应中释放的核能;
(3)若两个氘核以相等的动能0.35
MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成核和中子的动能各是多少？
思路解析：（1）.
(2)核反应中质量亏损Δm=2.013
6
u×2-(3.015
0
u+1.008
7
u)=0.003
5
u,
释放的核能：ΔE=Δmc2=0.003
5×931.5
MeV=3.26
MeV.
（3）设32HE核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：
m1v1-m2v2=0,Ek1+Ek2=2Ek0+ΔE
解方程组可得：Ek1=（2Ek0+ΔE）=×(2×0.35+3.26)
MeV=0.99
MeV;
Ek2=
(2Ek0+ΔE)=×(2×0.35+3.26)
MeV=2.97
MeV.
答案：(1)
(2)3.26
MeV
(3)0.99
MeV　2.97
MeV
10.一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
7
u,氚核质量m=3.018
0
u.
（1）写出聚变方程;
(2)释放出的核能是多大？
（3）平均每个核子释放的能量是多大？
思路解析：(1)聚变方程为：.
(2)质量亏损为：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
7×931.5
MeV=6.24
MeV.
(3)平均每个核子放出的能量为fMeV=2.08MeV?.
答案：(1)
（2）?6.24MeV　?（3）2.08MeV
11.太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.
（1）写出这个核反应方程.
（2）这一核反应能释放多少能量？
（3）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？（mp=1.007
3u,mα=4.001
5u,me=0.000
55u）
思路解析：根据爱因斯坦的质能方程求解.
（1）核反应方程是
.
（2）这一核反应的质量亏损是
Δm=4mp-mα-2mE=0.026
6u,
ΔE=Δmc2=0.026
6×931.5
MeV=24.78
MeV.
（3）由ΔE=Δmc2得每秒太阳质量减少
kg=4.2×109
kg.
答案：（1）（2）24.78
MeV　(3)4.2×109
kg8
粒子和宇宙
主动成长
夯基达标
1.下列说法中正确的是（　　）
A.太阳是宇宙的中心
B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星
C.太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成
D.以上说法都正确
思路解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2
000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项.
通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星.
答案：C
2.关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于________.
思路解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸.
尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜.
答案：大爆炸
3.现在，科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？
思路解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反，所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.
答案：4　-2
4.1997年8月26日在日本举行的国际学术会上，德国的研究组宣布了他们的研究成果：银河系的中心可能存在一个大黑洞.他们的根据是用口径为3.5
m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近六年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2
000千米每秒的速度围绕银河系中心旋转.根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（最后结果保留一位有效数字，万有引力常量G=6.67×10-11N·m2·kg-2）
提示：
（1）黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；
（2）计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，即使墨洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用.
思路解析：设黑洞质量为M，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿千米的星体正以2
000
km/s的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m的星体绕银河系中心做圆周运动，则,得=3.6×1035
kg.由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离去，则,?得=3×108m.r为最大半径.
答案：3×108m
5.在天体演变的过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子），中子星具有极高的密度.
(1)若已知某中子星的密度为107
kg/m3,该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期;
(2)中子星也在绕自转轴自转，则其密度至少应为多大？（假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体，万有引力常量G=6.67×10-11N·m2·kg-2）
思路解析：(1)如右图中所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m,由万有引力提供向心力，可得.
又当R=r（中子星的半径）时，卫星的运行周期最小，注意到,由此可得Tmin=1.2×10-3
s.
(2)设中子星的质量为M，半径为r，密度为ρ，自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分，万有引力恰好提供向心力，可得.又，整理可得，代入数据，可得ρmin=1.3×1014
kg/m3.
答案：(1)1.2×10-3
s
（2）1.3×1014
kg/m3
6.已知物体从地球上的逃逸速度,
其中G、M、R分别是万有引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×10-11N·m2·kg-2，光速c=2.99×108
m/s.
求下列问题：
（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞.设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030kg,求它可能的最大半径；
（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为0.4kg/m3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c,因此任何物体都不能脱离宇宙.问宇宙的半径至少多大？
思路解析：（1）由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v2>c,所以=2.93
km,即该黑洞的最大半径为2.93
km.
(2)把宇宙视为一普通天体，则质量为，其中R为宇宙半径，ρ为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为由于宇宙密度使其逃逸速度大于光速，即v>c，由以上的三个关系可得=4.2×1010光年.
答案：(1)2.93
km
(2)4.2×1010光年
7.天文观测表明：几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是宇宙在膨胀.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=__________.
思路解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，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；二是各星体匀速运动.设想我们位于其中心,取大爆炸后的速度分别为v1、v2的两个星体研究（v1>v2）.设大爆炸开始到现在经过的时间为T，由于各星体做匀速运动，物理模型如右图所示.
则两个星体的位移应满足：r1=v1T,r2=v2T,根据r=vT，结合题中的v=Hr，可分析得到：
.
答案：1010年
8.彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1
600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.
下面是关于彗星的几个问题：
（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？
（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的.
（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4km）,以60km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1
000
km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012kg，它相对于木星的速度为600
m/s,求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少.
（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×1020J的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200
MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？
思路解析：（1）哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”.哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆.
（2）当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质.
（3）这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，
则有.
(4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦.ΔE=2×108×1.6×10-19
J,我们再计算n个铀235裂变后可放出8×1020
J的能量，
即=2.5×1031(个),
则约相当于发生裂变的铀的质量
=9.8×106
kg.
答案：(1)椭圆　（2）光谱分析　（3）1.8×1017J
?(4)9.8×106
kg
走近高考
9.(2006江苏高考，18)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条，一是在宇宙中诞生后3分钟左右生成的，二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的.
（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（ν）.请写出该氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量.
（2）研究表明，银河系的年龄为t=3.8×1017s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J（即P=1×1037J/s）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）.
（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.
(可能用到的数据：银河系质量为M=3×1041kg,质量单位1u=1.66×10-27kg,1u相当于1.5×10-10J的能量，电子质量Me=0.000
5u,氦核质量Mα=4.002
6
u,氢核质量MH=1.007
8
u,中微子（ν）质量为零）.
思路解析：(1)方程式：.
其质量亏损为Δm=4Mp-Mα-2ME=0.028
11
u=4.664
6×10-29
kg.
ΔE=Δmc2=4.14×10-12J.
(2)氦的质量
≈6.0×1039
kg.
(3)氦的含量
由估算可知，k=2%<25%.故银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的.
答案：（1）　4.14×10-12J（2）6.0×1039
kg
（3）宇宙诞生后不久产生的2
放射性元素的衰变
自主广场
我夯基
我达标
1．原子核X经p衰变(一次)变成原子核Y，原子核Y再经一次α衰变变成原于核Z，则下列说法中不正确的是(
)
A．核X的中子数减核Z的中子数等于2
B．核X的质子数减核Z的质子数等于5
C．核Z的质子数比核X的质子数少1
D．原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少1
思路解析：根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次β衰变减少一个中子而增加一个质子.中性原子的电子数等于质子数.
答案：C
2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图19-2-3所示．其中(
)
图19-2-3
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
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
思路解析：从三束粒子在电场中可以看出，A为α粒子，B为γ光子，C为电子.γ光子的波长比X射线还短.
答案：C
3．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的，而当用1
cm厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小到几乎为零．由此可知，该放射源所射出的(
)
A．仅是α射线
B．仅是β射线
C．是α射线和β射线
D．是α射线和γ射线
思路解析：三种射线中，γ射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，本题中用1
cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含γ射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的α射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有β射线.从三种射线的贯穿能力大小方面分析问题.
答案：C
4．一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6
000次．若将它注射到一位病人的血管中，15
h后从该病人身上抽取10mL血液，测得此血样每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期为5h，则此病人全身血液总量为____________L.
思路解析：设衰变前原子核的个数为N0，15
h后剩余的原子核的个数为N，则
N=N0·,
①
设人血液的总体积为V，衰变的次数跟原子核的个数成正比，即，
②
由①②得,所以V=3
750
mL=3.75
L.
原子核的个数越多，衰变的次数越多，两者成正比关系.
答案：3.75
5.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，得到两条如图19-2-4中所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向。不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是(
)
图19-2-4
A．发生的是β衰变，B为β粒于的径迹
B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹
C．磁场方向垂直纸面向外
D．磁场方向垂直纸面向内
思路解析：从轨迹可以看出两粒子的运动方向不同，但受力方向相同，说明电流方向相同，即发生了β衰变，在磁场中受力向上，由左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向内，A、D选项正确.
答案：AD
6．静止状态的镭原子经一次α衰变后变成一个新核．
(1)写出核衰变方程．
(2)若测得放出的α粒子的动能为E1，求反冲核动能E2及镭核衰变时放出的总能量E．
思路解析：（1）.
（2）由动量守恒定律得m1v1-m2v2=0，式中m1、m2、v1、v2分别为α粒子及新核的质量和速度，则反冲核的动能为：E2=,
则衰变放出的总能量为E=E1+E2=，发生α衰变时遵循动量守恒和能量守恒.
答案：（1）
(2)
7．碳14具有放射性，其半衰期τ=5686年，空气中碳12跟碳14的存量约为1012：1．2．活着的生物体中碳的这两种同位素质量之比与空气中相同。生物体死亡后，不再吸收碳，碳将以τ=5
686年为半衰期减少，因此测出生物遗骸中碳12与碳14的质量比，再跟空气中的相比较，可估算出古生物的死亡年代．如果现测得一古代遗骸中碳14跟碳12的存量比为空气中的三分之二，试估算该遗骸的年代．
思路解析：设该遗骸在古代活着时含14C为n0个，含12C为m个，则古代时期存量比.测得该遗骸目前含14C为n个，而12C因不具有放射性，不会衰变，仍为m个，其存量比为.设古代和目前空气中14C与12C存量之比基本不变，令为k，
由题意得，即，
由n=n0·，
得，取对数得：t=年=3
326．6年．
应用“放射性碳14定年法”是现代考古学中分析推测古代文化遗址年代的最基本方法．
答案：3
326．6年
我综合
我发展
8.关于α射线、β射线、γ射线的本质和主要作用，以下说法正确的是(
)
A．α射线是高速α粒子流，α粒子实际上是氦原子核，它的穿透能力很强
B．β射线是高速电子流，是核外电子激射出来形成的，它的电离能力较强，同时穿透能力也较强
C．γ射线是波长很短的电磁波，与X射线相比，γ射线的贯穿本领更大
D．γ射线是波长很短的电磁波，它是由于原子的内层电子受到激发后产生的
思路解析：α射线是高速α粒子流，α粒子就是氦核，具有较强的电离能力，但穿透能力很弱，在空气中能前进几厘米，一张普通的纸就能把它挡住，A选项错误．β射线是高速电子流，是原子核衰变时产生的一种射线，这种射线来源于原子核内部，而不是核外电子激射形成的，实际上是原子核内部的一个中子转变成质子时产生的,β射线的电离作用较弱，但贯穿本领较强，很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，故B选项错误．γ射线是波长很短的电磁波，具有很高的能量，其波长比X射线更短，因而贯穿本领更强，γ射线是原子核受到激发后产生的，并不是由核外电子受到激发后产生的，故C选项正确，D选项错误．要正确掌握三种射线的来源、穿透能力和电离能力．
答案：C
9.分别将一个α粒子和一个β粒子以相等大小的动量垂直射入同一匀强磁场中，它们的偏转半径依次为R1和R2，其匀
速圆周运动的周期依次为T1和T2，则以下选项中正确的是(
)
A．
B．
C．
D．
思路解析：α粒子和β粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动时，其轨道半径和周期分别满足：
，
据题知m1v1=m2v2，解得=9．2×102．
故本题只有B选项正确．
答案：B
10.测得某矿石中铀、铅质量比为1．17：1，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206．已知铀238的半衰期是4．5×109年，求矿石的年龄．
思路解析：解此类问题要抓住两个要点：一是半衰期公式中的m、m0及衰变掉的原子核的质量(m0-m)之间的关系．二是衰变掉的原子核与产生的新核质量之间的比例关系，每衰变掉一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比．
只要利用半衰期的计算公式m=m0找出m、m0的关系，τ=4．5×109，即可求出矿石的年龄．
设开始矿石中有m0(千克)的铀238，经n个半衰期后，剩余铀m(千克)，则m=m0，衰变掉的铀m0-m=m0[1-]，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅x(千克)，则
据题意有
解得n=1，即t=τ=4．5×109年．
答案：4．5×109年
11.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，π0介子不带电.一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径与之比为2：1．π0介子的轨迹未画出．如图19-2-5所示，由此可知π-的动量大小与π0的动量大小之比为(
)
图19-2-5
A．1：1
B．1：2
C．1：3
D．1：6
思路解析：本题涉及核衰变、电荷在匀强磁场中的运动规律及动量守恒定律，同时，本题较贴近现代科技前沿，情景较新颖，能较好地考查学生解决问题的能力，其知识含量和思维含量较大．解决此类问题注意以下几个方面：
(1)核反应总遵循质量数守恒和电荷数守恒．
(2)动量是矢量，列动量守恒方程时须注意各动量的矢量性．
(3)微观带电粒子在匀强磁场中运动时，都不计其重力作用，且有Bqv=.
K-介子衰变过程中动量守恒，且K-介子和π-介子在磁场中做匀速圆周运动．圆弧AP和PB在P处相切，说明衰变前K-介子的速度方向与衰变后π-介子的速度方向相反，设衰变前K-介子的动量大小为p0，衰变后π-介子和π0介子的动量大小分别为p1和p2，根据动量守恒定律可得：p0=-p1+p2．K-介子和π-介子在磁场中分别做匀速圆周运动，其轨道半径为：，又由题意知，联立方程组解得：p1：p2=1：3．
答案：C
12.本题中用大写字母代表原子核，E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H，上述系列衰变可记为下式：，
另一系列衰变如下：；
已知P是F的同位素，则(
)
A．Q是G的同位素，R是H的同位素
B．R是E的同位素，S是F的同位素
C．R是G的同位素，S是H的同位素
D．Q是E的同位素，R是F的同位素
思路解析：(1)互称同位素的原子核电荷数相同而质量数不同．
(2)任何核反应都遵循电荷数守恒和质量数守恒．
(3)α衰变和β衰变的核反应方程表达式分别为：
(α衰变)，(β衰变)．
P和F是同位素，设电荷数均为Z，则衰变过程可记为：
显然，E和R的电荷数均为Z+2，G和Q的电荷数均为Z+l，F、P和S的电荷数均为Z，故B项正确．
答案：B
13.如图19-2-6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；再在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19-2-6
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
思路解析：此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力，正确理解计数器的计数率的含义，是解决本题的关键．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，计数器计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故此时只有丁射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源，正确答案是C.
答案：C2
放射性元素的衰变
课后集训
基础达标
1.放射性镭自发放出三种射线，现垂直于射线射出方向加一匀强电场，射线的偏转情况如图19-2-1所示，下列判断正确的有(
)
图19-2-1
A.1是γ射线，其贯穿本领最强
B.2是γ射线，其贯穿本领最强
C.3是α射线，其电离作用最强
D.1是α射线，其电离作用最强
解析：此题的关键是由射线在电场力作用下的偏转方向来确定射线的电性(带何种电荷)，确定1为α射线，3为β射线，不偏转的为不带电的γ射线，遇到类似问题要注意前后知识的联系及知识、方法的灵活运用.
答案：BD
2.关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是(
)
A.原子核全部衰变所需时间的一半
B.原子核有半数发生衰变所需的时间
C.原子量减少一半所需的时间
D.放射性样品质量减为一半所需的时间
解析：放射样品发生衰变后生成的新物质仍在样品中，故样品的质量几乎是不变的，半衰期是一种统计规律，只对大量原子核才适用.
答案：B
3.本题中用大写字母代表原子核.E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H.P经β衰变成为Q，再经β衰变成为R，再经α衰变成为S.上述系列衰变可记为下式：
已知P是F的同位素，则(
)
A.Q是G的同位素，R是H的同位素
B.R是E的同位素，S是F的同位素
C.R是G的同位素，S是H的同位素
D.Q是E的同位素，R是F的同位素
解析：β衰变后，新生成的核与原来的核电荷数增加1；α衰变后，新生成的核比原来的核电荷数减少2.R的核电荷数比P多2，E的核电荷数比F多2，P是F的同位素，所以R是E的同位素.S的核电荷数与P的相同，S是F的同位素.选项B正确.
答案：B
4.某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子.由此可知(
)
A.A=7，Z=3
B.A=7，Z=4
C.A=8，Z=3
D.A=8，Z=4
解析：原子核吸收一个中子后，放出一个电子，电荷数增加1，质量数增加1.又因为两个α粒子的质量数为8，电荷数为4，所以A=7，Z=3.
答案：A
5.钫的β衰变半衰期是21
min，则原来16
g钫经衰变后剩下1
g所需要的时间是(
)
A.315
min
B.336
min
C.84
min
D.5.25
min
解析：设半衰期T=21
min，根据衰变公式，经时间t后剩下的质量数为
即m=m0
1=16
所以=4,t=4T=84
min.
答案：C
6.下列有关半衰期的说法正确的是(
)
A.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的时间越短，衰变速度越大
B.放射性元素样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核减少，元素的半衰期也变短
C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速率
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减小半衰期
答案：A
7.14C是一种半衰期为5
730年的放射性同位素，若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的1/4，则该古树死亡时间距今大约(
)
A.22
920年
B.11
460年
C.5
730年
D.2
865年
解析：元素的半衰期数为2，古树死亡时间距今大约11
460年.
答案：B
8.(2006上海高考，1A)
如图19-2-2所示，一束β粒子自下而上进入一水平方向的匀强电场后发生偏转，则电场方向向__________，进入电场后，β粒子的动能__________
(填“增加”“减少”或“不变”).
图19-2-2
解析：β粒子实质是电子，由β粒子在匀强电场的偏转情况可知电场方向向左；进入电场后，电场力做正功，β粒子的动能增加.
答案：左
增加
综合运用
9.原子核中两个质子和两个中子结合成一个α粒子放出，这就是α衰变.β衰变是放出一个负电子.现某原子核共进行了8次α衰变，6次β衰变，问减少质子多少？减少中子多少？
解析：β衰变是原子核内一个中子转化为一个质子，再向外释放一个电子，由此可见每发生一次β衰变，核内要减少一个中子，故减少的中子数应是Δn=2×8+1×6=22(个).
答案：减少了10个质子，22个中子
10.某放射性元素X衰变为稳定的元素Y的半衰期为2.7×105年，设某矿石中开始无Y元素，只含X元素，则经过54万年后，这块矿石中X234与Y206的质量之比为__________.
解析：t=54万年=5.4×105年,τ=2.7×105年，衰变数n==2，设矿石中原X核的数目为N0，则经过54万年矿石中剩余X核数目：
NX=N0()2=
Y核数：NY=N0-=
故剩余X234与Y206质量之比
mX∶mY=234NX∶206NY
=234×∶206×=39∶103.
答案：39∶103
11.钍232经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素.这种元素是什么？它的原子量是多少？它的原子序数是多少？
解析：6次α衰变和4次β衰变总的效果使原子量和原子序数变化为：原子量=232-6×4=208，原子序数=90-2×6-4×(-1)=82，该元素是.
答案：该元素是，原子量是208，原子序数是82.
拓展探究
12.俄罗斯科学家最近发现第114号超重元素，这一成果被认为是化学领域里的重要发现.这种元素的质量数为289，该元素经过衰变成铋209().
(1)经过α衰变和β衰变的次数分别是多少
(2)α射线和β射线的主要性质是什么
解析：(1)设α衰变的次数为x次，β衰变的次数y次，114号元素为，核反应方程：
据质量数守恒：289=209+4x得x=20次
核电荷数守恒：114=83+20x×2+y×(-1)得y=9次.
(2)α射线：电离本领强、穿透能力弱；β射线：电离本领弱、穿透能力强.
答案：(1)α衰变的次数是20次和β衰变的次数是9次
(2)α(β)射线：电离本领强(弱)、穿透能力弱(强)1
原子核的组成
主动成长
夯基达标
1.关于质子与中子，下列说法正确的是（　　）
A.原子核由质子和中子组成
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
思路解析：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.
答案：ABC
2.某种元素的原子核，下列说法正确的是(　　)
A.原子核的质子数为Z，中子数为A
B.原子核的质子数为Z，中子数为A-Z
C.原子核的质子数为A，中子数为Z
D.原子核的质子数为A-Z，中子数为Z
思路解析：明确原子核的符号的含义：A——表示质量数，Z——表示质子数，则中子数为A-Z，所以B正确.
答案：B
3.一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的，而当用1
cm厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小到几乎为零.由此可知，该放射源所射出的(　　)
A.仅是α射线　　　　　　　
B.仅是β射线
C.是α射线和β射线
D.是α射线和γ射线
思路解析：三种射线中，γ射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，本题中用1
cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含γ射线，用薄纸便可挡住部分射线,说明射线中含有贯穿本领较小的α射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有β射线.
答案：C
4.关于γ射线，下列说法正确的是（　　）
A.它是处于激发状态的原子核放射的
B.它是原子内层电子受到激发时产生的
C.它是一种不带电的光子流
D.它是波长极短的电磁波
思路解析：γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子.
答案：ACD
5.下列说法中正确的是（　　）
A.玛丽·居里首先提出原子的核式结构学说
B.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说
思路解析：原子的核式结构是卢瑟福提出的，A选项错误.电子是汤姆孙发现的，B选项错.查德威克在实验中发现了中子，证实了卢瑟福的猜想，C选项正确.光子说是爱因斯坦受普朗克量子论的启发，为解释光电效应现象而提出的，D选项正确.
答案：CD
6.质子和中子“牢牢抱成团”组成原子核靠的是（　　）
A.万有引力
B.库仑力
C.核力
D.万有引力和核力
思路解析：质子带正电，中子不带电.故B是错误的.根据估算可知由于质子和中子的质量很小，因而万有引力很小，不足以将质子和中子结合成“稳固”的原子核.
答案：C
7.原子核的表示符号为，下列说法正确的是(　　)
A.原子核的质子数为A　　　?B.原子的质量数为A
C.原子的质量数为Z
D.原子核的质子数为Z
思路解析：原子核的符号中A表示质量数，Z表示质子数.
答案：D
8.α粒子可表示为，下列说法正确的是(　　)
A.α粒子原子核内有4个质子
B.α粒子原子核内有2个中子
C.α粒子原子核内有2个质子
D.α粒子实际就是He原子核
思路解析：在原子核的表示符号中：A表示质量数，Z表示质子数，X表示元素符号.可见，B、C、D正确.
答案：BCD
9.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图19-1-4所示，则（　　）
图19-1-4
A.α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B.原来放射性元素的原子核电荷数为90
C.反冲核的核电荷数为88
D.α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
思路解析：粒子之间相互作用的过程遵守动量守恒，由于初始总动量为零，则末动量也为零,即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反.
由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动.
由得,
若原来放射性元素的核电荷数为Z，则对于α粒子有，对反冲核
由于p1=p2得R1∶R2=44∶1，得Z=90.
它们的速度大小与质量成反比，D错误，上述选项正确的为A、B、C.
答案：ABC
10天然放射现象的发现揭示了(　　)
A.原子不可再分
B.原子的核式结构
C.原子核还可再分
D.原子核由质子和中子组成
思路解析：按照人们认识的发展过程，自汤姆孙发现电子并且原子是中性的这一事实，认为原子应由电子和带正电的部分组成,即原子还有结构，故A错.卢瑟福由α粒子散射的现象，提出了原子的核式结构学说，并为人们接受，即B亦不对.天然放射现象（贝克勒尔最早发现）表明原子核并非绝对稳定，也可以变化，即核还有结构，即C正确.原子核中发现中子、质子是在人工转变条件下发现的，故D也不正确.
答案：C
11氢原子半径是0.53×10-10m，根据卢瑟福的原子模型，求：
（1）电子所在轨道的电场强度；
（2）电子绕核运动的速率、频率.
思路解析：（1）由点电荷场强公式得
=9.0×109×N/C=5.13×1011
N/C.
（2）由得
m/s=2.2×106
m/s
由Hz=6.6×1015
Hz.
答案：（1）5.13×1011
N/C　(2)v=2.2×106
m/s　f=6.6×1015
Hz2
放射性元素的衰变
主动成长
夯基达标
1.由原子核的衰变规律可知（　　）
A.放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B.放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变
C.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D.放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1
思路解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线，A项错误.原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核（新的物质）的化学性质理应发生改变,B项错误.衰变不是化学反应，快慢不能人为控制，C项正确.发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1，D项错误.
答案：C
2.原子核X经β衰变（一次）变成原子核Y,原子核Y再经一次α衰变变成原子核Z，则下列说法中不正确的是…（　　）
A.核X的中子数减核Z的中子数等于2
B.核X的质子数减核Z的质子数等于5
C.核Z的质子数比核X的质子数少1
D.原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少1
思路解析：根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次β衰变减少了一个中子而增加一个质子.中性原子的电子数等于质子数.
答案：CD
3.近几年来，原子物理学家在超重元素的探测方面取得了重大进展，1996年，科学家在研究两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次α衰变后的产物是,由此判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是(　　)
A.124、259　　　　　　　B.124、265
C.112、265
D.112、277
思路解析：由电荷数守恒和质量数守恒及衰变规律可知，M-24=253，Z-12=100得M=277，Z=112，D选项正确.
答案：D
4.某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子.由此可知(　　)
A.A=7，Z=3
B.A=7，Z=4
C.A=8，Z=3
D.A=8，Z=4
思路解析：其核反应方程为.由质量数守恒知Z=2×4-1=7,由电荷数守恒知Z=2×2-1=3,故A正确.
答案：A
5.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，得到两条如图19-2-1中所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向.不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是(　　)
图19-2-1
A.发生的是β衰变，b为β粒子的径迹
B.发生的是α衰变，b为α粒子的径迹
C.磁场方向垂直纸面向外
D.磁场方向垂直纸面向内
思路解析：从轨迹可以看出两粒子的运动方向不同，但受力方向相同，说明电流方向相同，即发生了β衰变；在磁场中受力向上，由左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向内，A、D选项正确.
答案：AD
6.一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6
000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，测得此血样每分钟衰变2次.已知这种同位素的半衰期为5
h，则此病人全身血液总量为________L.
思路解析：设衰变前原子核的个数为N0，15
h后剩余的原子核的个数为N，
则
即　①
设人血液的总体积为V，衰变的次数跟原子核的个数成正比，
即　②
由①②得
所以V=3
750
mL=3.75
L.
答案：3.75
7.静止状态的镭原子核经一次α衰变后变成一个新核.
(1)写出核衰变方程；
(2)若测得放出的α粒子的动能为E1，求反冲核的动能E2及镭核衰变时放出的总能量E.
解：（1）.
（2）由动量守恒定律得m1v1-m2v2=0,式中m1、m2、v1、v2分别为α粒子及新核的质量和速度，则反冲核的动能为：E2=12m2v22=12m2（m1·v1m2）2=E1·m1m2=156E1，
则衰变放出的总能量为E=E1+E2=5756E1.发生α衰变时遵循动量守恒和能量守恒.
答案：（1）（2）E1　E1
8.碳14具有放射性，其半衰期τ=5
686年，空气中碳12跟碳14的存量约为1012∶1.2.活着的生物体中碳的这两种同位素质量之比与空气中相同.生物体死亡后，不再吸收碳，碳将以τ=5
686年为半衰期减少，因此测出生物遗骸中碳12与碳14的质量比，再跟空气中的相比较，可估算出古生物的死亡年代.如果现测得一古代遗骸中碳14跟碳12的存量比为空气中的三分之二，试估算该遗骸的年代.
思路解析：设该遗骸在古代活着时含14C为n0个，含12C为m个，则古代时期存量比.测得该遗骸目前含14C为n个，而12C因不具有放射性，不会衰变，仍为m个，其存量比为,设古代和目前空气中14C与12C存量之比基本不变，令为k,
由题意得,,即,
由,
得,取对数得：
=3
326.6年.
应用“放射性碳14定年法”是现代考古学中分析推测古代文化遗址年代的最基本方法.
答案：3
326.6年前
9.测得某矿石中铀、铅质量比为1.17∶1,假设开始时该矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄.
思路解析：解此类问题要抓住两个要点：一是半衰期公式中的m、m0及衰变掉的原子核的质量（m0-m）之间的关系；二是衰变掉的原子核与产生的新核质量之间的比例关系.
设开始矿石中有m0(千克)的铀238，经n个半衰期后，剩余铀m(千克),则,衰变掉的铀,一个铀核衰变成一个铅核，
设生成铅x(千克)，
则，,
据题意有,即
解得n=1,即t=τ=4.5×109年.
答案：4.5×109年第1节
原子核的组成
课后训练
1．下列哪些现象能说明射线来自原子核(　　)
A．三种射线的能量都很高
B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D．α射线、β射线都是带电的粒子流
2．关于质子与中子，下列说法正确的是(　　)
A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成
B．质子和中子统称为核子
C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在
D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
3．有三种射线，射线a很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照射带电的导体，可使电荷很快消失。则下列判断中正确的是(　　)
A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线
B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线
C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线
D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线
4．据最新报道，放射性同位素钬可有效治疗癌症，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
5．氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚，则(　　)
A．它们的质子数相等
B．它们原子的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的中子数相等
6．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
7．如图是利用射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3
mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得______些。
8．现在，科学家正在设法探寻“反物质”。所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的，“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷的符号相反，据此，反α粒子的质量数为________，电荷数为________。
参考答案
1.
答案：BC　解析：能说明放射线来自原子核的证据是，元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，选项B、C正确。
2.
答案：ABC　解析：原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在。
3.
答案：B　解析：由题意知，射线a贯穿能力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿能力很强且能量高，是γ射线；射线c很容易使空气电离，从而将导体上的电荷中和，是α射线。
4.
答案：A　解析：根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错。
5.
答案：AB　解析：氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，因为是同位素，质子数和原子核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以本题选项A、B正确。
6.
答案：C　解析：此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力。在放射源和计数器之间加上薄铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在薄铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过薄铝片的粒子中一定不含有β粒子，能穿透铝片打到计数器上的是γ粒子，x应是α粒子和γ光子的混合放射源。
7．答案：β　大
8.
答案：4　－2
解析：α粒子是氦核，它是由两个质子和两个中子构成，故质量数为4，电荷数为2。而它的“反粒子”质量数也是4，但电荷数为－2。第3节
探测射线的方法
第4节
放射性的应用与防护
课后训练
1．下列关于一些物理学史的说法中，正确的是(　　)
A．卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说
B．汤姆孙在α粒子散射实验中发现了电子
C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说
2．对放射性的应用，下列说法中正确的是(　　)
A．射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体正常细胞不会有伤害作用
B．对有放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置
D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
3．有关放射性同位素的下列说法，正确的是(　　)
A．与互为同位素
B．与其同位素有相同的化学性质
C．用制成化合物后它的半衰期变长
D．能释放正电子，可用其作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
4．α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出X粒子，而氮13是不稳定的，它放出Y粒子后变成碳13，那么X粒子和Y粒子分别是(　　)
A．质子和中子　　　
B．质子和正电子
C．中子和负电子
D．中子和正电子
5．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境。下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(　　)
A．由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害
C．铀238的衰变速率很快
D．铀的半衰期很长
6．下表给出了四种放射性同位素的辐射线和半衰期。在医疗技术中，常用放射线治疗肿瘤，其放射线必须满足：①具有较强的穿透能力，以辐射到体内的肿瘤处；②在较长时间内具有相对稳定的辐射强度。为此所选择的放射源应为(　　)
同位素
钋210
锝99
钴60
锶90
辐射线
α
γ
γ
β
半衰期
138天
6小时
5年
28年
A．钋210
B．锝99
C．钴60
D．锶90
7．如图所示，带电粒子在“云室”中运动时，可呈现其运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律。现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或电子。所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直，a、b均表示长度)。则：
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是______。
(2)14C发生衰变时所放射出粒子的运动轨迹是______(选填“①”或“②”)。
(3)14C的衰变方程是________________________________________________。
8．自然界中的铀和钴都有同位素。
(1)铀主要以三种同位素的形式存在，三者的原子百分含量分别为
0.005%，
0.72%，
99.275%。请写出计算铀元素近似相对原子质量的计算式(不必算出具体数值)：______________。
(2)放射性同位素钴60能够产生γ射线。高速运动的γ射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种。此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ射线能______。在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体保护。操作完毕后，人体______(选填“可以”或“不可以”)直接接触射线处理过的材料。
参考答案
1.
答案：ACD
2.
答案：BCD　解析：放疗杀伤癌细胞的同时对人的身体也是有害的，A选项错误。B、C、D关于放射性的防护的表述都是正确的。
3.
答案：BD　解析：同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错；同位素有相同的化学性质，故B对；半衰期与物理、化学状态无关，故C错；为放射性同位素，可用作示踪原子，故D对。故正确选项为B、D。
4.
答案：D　解析：根据题意可以写出核反应方程为＋→＋,→＋，所以选项D正确。
5.
答案：AD　解析：天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故选项A、D正确，选项B、C错误。
6.
答案：C　解析：因放射线要有较强的穿透能力，所以应为γ射线，要使其在较长时间具有相对稳定的辐射强度，放射源应具有较长的半衰期，故选项C正确。
7.
答案：(1)α粒子　(2)②　(3)
→＋
解析：(1)由轨迹可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场方向相同，所以放出的粒子为α粒子。
(2)由动量守恒知，α粒子的动量与反冲核的动量相同，α粒子的质量小，速度必然大，在相等时间内垂直电场方向上的位移大，故②为α粒子的径迹。
(3)据质量数守恒和电荷数守恒可得→＋。
8.
答案：(1)(234×0.005＋235×0.72＋238×99.275)×10－2　(2)基因突变　杀菌　可以
解析：(1)铀元素的相对原子质量等于每种同位素的质量数与其百分含量乘积之和，即(234×0.005＋235×0.72＋238×99.275)×10－2。(2)γ射线的照射强度增大到一定程度会诱发生物体的基因突变。由于经过放射性同位素照射过的物体并不存在放射性，所以人体可以直接接触。如利用γ射线照射食品杀菌后，利于贮藏，贮藏后的这些食品照样可以食用。5
核力与结合能
课后集训
基础达标
1.关于原子的结合能，下列说法中正确的是(
)
A.使原子核分解为核子时释放的能量
B.核子结合成核时需要吸收的能量
C.核子结合成核时释放的能量
D.核子结合成核时释放的能量等于将核分解为核子时吸收的能量
解析：根据结合能的定义判断出正确选项为C、D.
答案：CD
2.氘核、中子、氚核的质量分别为m1、m2、m3，那么氘核和中子结合成氚核时释放的能量是(
)
A.m3c2
B.(m1+m2)c2
C.(m3-m1+m2)c2
D.(m1+m2-m3)c2
解析：氘核与中子结合成氚核时质量亏损为Δm=m1+m2-m3，根据质能方程有ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3)c2，故正确选项为D.
答案：D
3.(2005北京)
为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”.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：E=mc2中的E是对应的能量.
答案:D
4.某核反应方程为.已知的质量为2.013
6
u.的质量为3.018
u,
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：核反应前总共有3个中子和2个质子，核反应后的只具有2个中子和2个质子，因此X是中子.核反应前的总质量为5.031
6
u，核反应后的总质量为5.011
3
u，有质量亏损，该反应释放能量，选项B正确.
答案：B
5.在下列四个方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子.
(1)
(2)+x2→
(3)
(4)
以下判断中正确的是(
)
A.x1是α射线
B.x2是质子
C.x3是α粒子
D.x4是氘核
解析：核反应方程中满足质量数和电荷数守恒.
答案：C
6.静止的镭核发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是(
)
A.
B.
C.
D.
解析：衰变过程动量守恒：0=mv-MV
反冲核的动能：EkM=MV2，
总动能：E=E0+EkM=E0+MV2
=E0+M·
又因为E=Δmc2，所以Δm=.
答案：D
7.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，有一些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡.人们若经常处于高浓度氡环境中，氡会经呼吸进入人体并停留于呼吸道中进行放射性衰变，放射出α、β、γ射线.这些射线会导致细胞发生癌变，引发肺癌、白血病及呼吸道等方面的疾病.下列说法正确的是(
)
A.铀衰变为氡要经过4次α衰变和4次日β衰变
B.处于激发态的氡原子发出一束绿光照射到某金属能产生光电效应，若这束绿光被遮住一半，则不会产生光电效应
C.放射性元素发生β日衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的
D.放射性元素在发生。衰变时2个中子和2个质子结合为一个α粒子，设中子、质子和α粒子的质量分别为ml、m2、m3,则2(ml+m2)=m3
答案：C
8.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()和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β裂变时释放电子给铜片，把镍63和铜片做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的裂变方程是
B.镍63的裂变方程是
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：由电荷数守恒和质量数守恒可知A、B错.由于镍63放出电子，故带正电，电势比铜片电势高，C正确.电流方向从铜片到镍，D错.
答案：C
综合运用
9.一静止的硼核()吸收一个慢中子(速度可忽略)后，转变成锂核()并发出一个粒子，已知该粒子的动能为1.8
MeV，求锂核的动能.
解析：核反应方程，发生核反应时动量守恒.设铀核和α粒子质量、速度、动能分别为：m1、m2，v1、v2，Ek1、Ek2
则有m1v1=m2v2，
所以Ek2=m2v22=
Ek1=×1.8
MeV=1.03
MeV.
答案：1.03
MeV
方法点拨：动量守恒在微观世界中有十分广泛的应用.本题无法从质量亏损计算有关能量，而由动量守恒出发进行能量计算，对常规思路而言有一定的新意.
10.为确定爱因斯坦质能关系方程△E=Amc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1=0.9
MeV的质子去轰击静止的锂核生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和为E=19.9
MeV.
(1)写出该核反应方程.
(2)计算核反应过程中释放出的能量△E.
(3)通过计算说明△E＝△mc2的正确性(计算中质子、α粒子和锂核的质量分别取：mp=1.007
3
u，mα＝4.00l
5
u，mLi=7.0160u).
解析：(1)→2.
(2)核反应中释放总能量
ΔE1=E-E1=19
MeV
由质能方程计算的能量ΔE2=Δmc2=(1.0073
u+7.016
0
u-2×4.001
5
u)×931.5
MeV=18.9
MeV.
(3)因为ΔE1=ΔE2
所以在实验误差允许范围内爱因斯坦质能方程完全正确.
答案：(1)→
(2)18.9
MeV
(3)见解析
方法点拨：ΔE=Δmc2可在国际单位制中运算，m为kg,c为3×108
m·s-1,ΔE为J，也可用常用单位进行运算，Δm以u为单位，ΔE为MeV，1
u相当于931.5
MeV.
11.裂变生成和，已知、和的中子的质量分别为235.043
9
u、140.913
9
u、91.897
3
u和1.008
9
u，(1
u=931.5
MeV)
(1)写出裂变反应方程，并计算一个裂变时放出的核能.
(2)我国秦山核电一期工程功率为3.0×105kW，设能完全裂变，产生的核能最终有50％转化为电能，以上述裂变反应来估算，电站一年要消耗含量为4％的浓缩铀的质量(取两位有效数字，每年有效发电日为320天).
解析：(1)核反应方程式：
一个裂变放出能量ΔE=Δmc2=(235.043
9+1.008
7-140.913
6-91.897
3-3×1.008
7)×931.5
MeV=200
MeV.
(2)设需m
kg浓缩铀×6.02×1023×2×108×1.6×10-19
J=320×24×3
600×3×108
所以m=5.1×103
kg.
答案：(1)，
200
MeV
(2)5.1×103
kg
拓展探究
12.1930年，中国物理学家赵忠尧在实验中发现：铅对高能量的射线具有很强的吸收能力，同时还伴随着一种“额外散射”，产生大约是0.5
MeV光子.这是历史性的重大发现，但由于当时出现了某种评价上的失误，使赵忠尧的研究成果没有得到应有的评价.20世纪90年代著名物理学家杨振宁，撰写专文澄清事实，以正视听.赵忠尧的“额外散射”与正负电子湮灭转化为光子有关，当然光子也能转变为一对正负电子(图19-5-1的右上方为气泡室中正负电子对的径迹).试从能量转化的角度计算要转化为一对电子时每个光子的频率至少应为_________Hz.(已知电子的质量m=9.1×10-31
kg)
图19-5-1
解析：由γ+γ→+可知能量增加为ΔE=2mc2,故每个光子的频率至少为：
ν==1.26×1020
Hz.
答案：1.26×10203探测射线的方法
4
放射性的应用与防护
更上一层楼
基础·巩固
1.下述关于放射线的探测说法正确的是(
)
A.气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似
B.由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况
C.盖革—米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领
D.盖革—米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质
解析：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碰场中的弯曲方向等，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.
答案：ABC
2.关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是(
)
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.威耳逊云室中径迹粗而短的是α射线
C.威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线
D.威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
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，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A选项正确；由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，即B选项正确，由于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，而细长径迹是β射线的，所以C选项错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，所以D选项错误.
答案：AB
3.为了说明用α粒子轰击氮，打出了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，在他拍摄的二万多张照片中，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粒子接近原子核的机会很少，从而发生核反应并使径迹分叉的机会很少，所以C选项正确.
答案：C
4.根据布拉凯特的充氮云室实验可知(
)
A.质子是直接从氮核中打出来的
B.α粒子打进氮核后形成一个复核，这个复核放出一个质子
C.云室照片中短而粗的是质子的径迹
D.云室中，短而粗的是α粒子的径迹
解析：α粒子轰击氮核满足动量守恒，若直接打出质子则质子运动方向与α粒子运动方向应一致，但实验中不是这样，径迹分叉，即质子与α粒子运动方向不一致，所以应是先形成一个复核，再由复核中放出一个质子，所以A选项错误，B选项正确；在云室中，径迹粗细反映粒子的电离本领的强弱，径迹长短反映粒子的贯穿本领的强弱，所以粗而短的是新核的径迹，细而长的是质子的径迹，所以C、D两项都错误.
答案：B
5.关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有(
)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害
解析：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出.γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视.作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种.用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量.本题选D选项.
答案：D
6.放射性同位素被用做示踪原子，主要是因为(
)
A.放射性同位素不改变其化学性质
B.放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多
C.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关
D.放射性同位素容易制造
解析：放射性同位素用做示踪原子，主要是用放射性同位素替代没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物的过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理等，因此，选项A、B、C正确.选项D不正确.
答案：ABC
7.关于同位素的下列说法中，正确的是(
)
A.一种元素的几种同位素在元素周期表中的位置相同
B.一种元素的几种同位素的化学性质、物理性质都相同
C.同位素具有放射性
D.互称同位素的原子含有相同的质子数
解析：同位素的质子数相同，在元素周期表中的位置相同，具有相同的化学性质，但物理性质不一定相同，所以选项A、D正确，选项B错误.同位素不一定具有放射性，所以选项C错误.
答案：AD
8.α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出X粒子，而氮13是不稳定的，它放出Y粒子后而变成碳13，那么X粒子和Y粒子分别是(
)
A.质子和中子
B.质子和正电子
C.中子和电子
D.中子和正电子
解析：根据题意可以写出核反应方程为+→+，→+，所以选项C正确.
答案：C
9.完成下列核反应方程：
+→+______________
+→_________________+
解析：核反应中未知粒子的质量数分别为
A1=4+11-14=1
A2=4+23-1=26
核电荷数分别为
Z1=2+5-7=0
Z2=2+11-1=12
则第一个方程中应为中子，第二个方程中应为.
答案：
综合·应用
10.如图19-3-3所示是“原子核人工转变”实验装置示意图，其中A是放射性物质，F是铝箔，S为荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光是(
)
图19-3-3
A.α粒子射到屏上产生的
B.α粒子从F打出的粒子射到屏上产生的
C.α粒子击中氮核后产生的新粒子射到屏上产生的
D.放射性物质放出的γ射线射到屏上产生的
解析：α粒子贯穿本领弱，被铝箔挡住，所以看到的亮点是α粒子击中氮核后新产生的粒子产生的，而不是α粒子产生的，另α粒子击中氮核后产生的是质子，而不是γ射线，所以正确选项是C.
答案：C
11.如图19-3-4所示为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是闪光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是(
)
图19-3-4
A.充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁
B.充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁
C.充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁
D.充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁
解析：实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝薄厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，所以D选项正确.
答案：D
12.如图19-3-5所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，放射线首先通过一块薄铝箔P，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的.现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变.多面手再将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，则可以判定x为(
)
图19-3-5
A.纯β放射源
B.纯γ放射源
C.α及β放射源
D.α及γ放射源
解析：由于磁场对射线粒子没有影响，可以肯定有γ射线，但肯定没有β射线，由于去掉薄铝箔后明显上升，一定是α粒子，因为α粒子穿透性弱，所以不能穿透铝箔，去掉铝箔后可以明显增多.
答案：D
13.(经典回放)在核反应方程+→+(X)的括弧中，X代表的粒子是(
)
A.
B.
C.
D.
解析：由于核反应过程中质量数和电荷数守恒，则X的质量数为4+14-17=1，核电荷数为2+7-8=1，所以X代表的是质
.
答案：A
14.在下列四个方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子.
①+→++3x1
②+x2→+
③→+x3
④+→+x4
以下判断中正确的是(
)
A.x1是中子
B.x2是质子
C.x3是α粒子
D.x4是氘核
解析：首先根据核电荷数守恒算出x1、x2、x3、x4分别为0、1、2、1.从而确定粒子的名称分别为中子、氢、氦、氢，然后再根据质量数守恒确定x1代表中子，x2代表氘核，x3代表α粒子，x4代表质子，故A、C正确.
答案：AC
15.(2005上海)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为+→+，下列说法中正确的是(
)
A.通过此实验发现了质子
B.实验中利用了放射源放出的γ射线
C.实验中利用了放射放出的α射线
D.原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒
解析：由物理学史实知A项对；本实验用α粒子轰出而非γ射线，B项错，C项对，原子核反应方程两边电荷数必守恒，D项错.
答案：AC