2018-2019学年物理鲁科版选修3-5专题6原子核、核反应与动量守恒定律的综合应用Word版含答案

　　　　　　　
一、三种射线与半衰期
1．三种射线及实质
射线种类
α射线
β射线
γ射线
实质
高速氦核流
高速电子流
高速光子流
穿透性
最弱
居中
最强
电离性
最强
居中
最弱
偏转比较
α射线、β射线偏转方向相反，β射线弯曲程度更大
关系
γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子
2.半衰期：(1)公式：N＝N0n＝；m＝Mn＝
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
[复习过关]
1．(多选)天然放射性物质的放射线包含三种成分，下面说法中正确的是(　　)
A．一张厚的黑纸可以挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线
B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核
C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D．β射线是高速电子流，但其中的电子不是原来绕核旋转的核外电子
答案　ACD
解析　α、β、γ三种射线中穿透能力最强的是γ射线，α射线穿透能力最弱，电离能力最强的是α射线，γ射线电离能力最弱，故A、C正确；γ射线是高频率的电磁波，它是伴随α或β衰变放出的，不影响原子核的组成，故B错误；β是原子核内的中子变为质子时放出的，因此其来自原子核内部，故D正确．
2．关于半衰期，下面各种说法中正确的是(　　)
A．所有放射性元素都有一定的半衰期，半衰期的长短与元素的质量有关
B．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间
C．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半
D．放射性元素在高温和高压的情况下，半衰期要变短，但它与其他物质化合后，半衰期要变长
答案　B
解析　半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，是表明放射性元素原子核衰变快慢的物理量，与元素的质量无关，故B项正确．
二、核反应方程及核能计算
1．核反应类型
(1)α衰变：X→Y＋He；β衰变：X→Y＋e
(2)人工转变
卢瑟福发现质子的核反应方程为：N＋He→O＋H
查德威克发现中子的核反应方程为：Be＋He→C＋n
居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：
Al＋He→P＋n　P→Si＋e.
(3)裂变和聚变
裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋2n
聚变：H＋H→He＋n
2．核能计算
(1)根据ΔE＝Δmc2计算．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，Δm的单位是“u”．
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3．以铀235为核实验材料，则下列说法正确的是(　　)
A.U原子核中有92个质子，143个核子
B.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期不变
D.U的一种核反应方程可能为U＋n→Xe＋Sr＋3n
答案　C
4．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法正确的是(　　)
A．这个实验的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋n
B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C．这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算
D．实验中产生γ射线，其穿透能力极强，比X射线还强很多倍
答案　D
解析　根据质量数和电荷数守恒可知：U＋n→Ba＋Kr＋3n，A错误；
裂变反应过程中有质量亏损，所以反应后粒子质量之和小于反应前粒子质量之和，B错误；
该反应的能量用爱因斯坦质能方程求解，C错误；
γ射线，其穿透能力极强，比X射线强很多，D正确．
5．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃料的反应堆中，当U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：
　U　＋　n　　→　　Xe　＋　Sr　＋　3n
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的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，此裂变反应释放出的能量是________MeV.
答案　180
解析　ΔE＝Δmc2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×931.5 MeV≈180 MeV.
三、核反应与动量守恒定律的综合应用
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，核反应中释放的核能，在无光子辐射的情况下，将转化为生成的新核和新粒子的动能．
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6．一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态．放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为(　　)
A．E0 B.E0
C.E0 D.E0
答案　C
解析　由动量守恒定律(M－m)v＝mv0＝p，
又Ek＝，E0＝
由以上各式可得Ek＝E0，C正确．
7．光子的能量为hν，动量大小为，如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只放出一个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
答案　C
解析　原子核在放出γ光子过程中，系统动量守恒，而系统在开始时总动量为零，因此衰变后的原子核运动方向与γ光子运动方向相反．
8．实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图，如图1.则(　　)
图1
A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外
B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里
D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里
答案　D
解析　原子核发生β衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；由半径公式r＝＝(p是动量)，分析得知，r与电荷量成反比，β粒子与新核的电荷量大小分别为e和ne(n为新核的电荷数)，则β粒子与新核的半径之比为：ne∶e＝n∶1.所以半径比较大的轨迹1是衰变后β粒子的轨迹，轨迹2是新核的．新核沿逆时针方向运动，在A点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向垂直纸面向里．
9．一个静止的质量为M的不稳定原子核，当它放射出质量为m、速度为v的粒子后，原子核剩余部分的速度为(　　)
A．－v B．－
C. D．－
答案　B
解析　以原子核为一系统，放射过程中由动量守恒定律：(M－m)v′＋mv＝0
得v′＝－.
10．速度为v0的中子n击中静止的氮核N，生成碳核C和另一种新原子核X，已知C与X的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后C与X的动量之比为2∶1.
(1)写出核反应方程式；
(2)求X的速度大小．
答案　(1)n＋N→C＋H；
(2)v0
解析　(1)核反应方程为：n＋N→C＋H.
(2)规定中子的速度方向为正方向，根据动量守恒得：
m0v0＝12m0vC＋3m0vX
因为：12m0vC∶3m0vX＝2∶1，
解得：vX＝v0.