19.1 原子核的组成
课后提升作业
【基础达标练】
1.(多选)关于α、β、γ三种射线,下列说法正确的是 ( )
A.α射线是原子核发射出的氦核,它的穿透能力最强
B.β射线是电子流,它具有中等的穿透能力
C.γ射线一般伴随着α射线或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】选B、C。根据三种射线的性质可知:α射线是高速氦核流,β射线是高速电子流,γ射线是光子流,在三种射线中,α射线的电离作用最强,穿透能力最弱,γ射线的电离作用最弱,穿透能力最强,β射线的电离作用和穿透能力居中,故B、C对,A、D错。
2.(多选)以下说法中正确的是 ( )
A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电
B.原子核中的质子数一定与核外电子数相等
C.用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,因此人们断定质子是原子核的组成部分
D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比,因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子
【解析】选C、D。原子中除了带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错。对于中性原子来说,原子核中的质子数才跟核外电子数相等,故B错。正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确。因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比,才确定原子核内必还有别的中性粒子,故D正确。
3.(多选)(2018·茂名高二检测)一个原子核为Bi,关于这个原子核,下列说法中正确的是 ( )
A.核外有83个电子,核内有127个质子
B.核外有83个电子,核内有83个质子
C.核内有83个质子,127个中子
D.核内有210个核子
【解析】选C、D。根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127个,而质子和中子统称核子,故核子数为210个,因此C、D正确。由于不知道原子的电性,就不能判断核外电子数,故A、B不正确。
4.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.α射线的本质是高速氦核流
B.γ射线是原子核发生γ衰变时发出的独有粒子流
C.天然放射现象表明原子核也是可分的
D.同一原子核在发生衰变时,会同时产生三种射线
【解析】选A、C。α射线为氦核,故选项A正确。γ射线是伴随α、β衰变时放出的光子,没有所谓的γ衰变,故选项B错误。α、β射线都是从原子核放出的,说明原子核可以再分,故选项C正确。同一原子不会同时发生α衰变和β衰变,故选项D错误。
5. 如图所示,天然放射性元素放出α、β、γ三种射线,同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中,射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直,进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进,则α射线 ( )
A.向右偏 B.向左偏
C.直线前进 D.无法判断
【解析】选A。γ射线不带电,故在电磁场中不偏转,β射线不偏转是因为电场力与洛伦兹力是一对平衡力,故Eq=Bqv,即v=,而α射线的速度比β射线小,因此α射线受向右的电场力大于向左的洛伦兹力,故α射线向右偏,A正确,B、C、D错。
6.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,氦的这种同位素应表示为 ( )
AHe BHe
CHe DHe
【解析】选B。氦的同位素质子数一定相同,质量数为3,故可写作He,因此B正确,A、C、D错。
7.现在,科学家们正在设法探寻“反物质”。所谓的“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量,但电荷的符号相反,据此,若存在反α粒子,则它的质量数为 ,电荷数为 。
【解析】α粒子是氦核,它是由两个质子和两个中子组成的,故质量数为4,电荷数为2。所以它的“反粒子”的质量数也是“4”,但电荷数为“-2”。
答案:4 -2
8. 在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出一个α粒子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示),今测得两个相切圆半径之比r1∶r2=44∶1。求:
(1)这个原子核原来所含的质子数是多少?
(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹?(说明理由)
【解析】(1)设衰变后α粒子的电荷量为q1=2e,新生核的电荷量为q2,它们的质量分别为m1和m2,衰变后的速度分别为v1和v2,则原来原子核的电荷量q=q1+q2
根据轨道半径公式有:==,又由于衰变过程中遵循动量守恒定律,则m1v1=m2v2,以上三式联立解得q=90e。即这个原子核原来所含的质子数为90。
(2)由于动量大小相等,因此轨道半径与粒子的电荷量成反比。所以圆轨道1是α粒子的径迹,圆轨道2是新生核的径迹,两者电性相同,运动方向相反。
答案:(1)90 (2)圆轨道1 理由见解析
【能力提升练】
1.(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是 ( )
A.所有元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强
E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
【解析】选B、C、D。本题考查了原子核的衰变。原子序数大于83的元素才可以发生衰变,原子序数小于83的元素有的可以发生衰变,有的不可以发生衰变,A错误;放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关,B、C正确;三种射线α、β、γ穿透能力依次增强,D正确;原子核发生α或β衰变时常常伴随着γ光子的产生,但同一原子核不会同时发生α衰变和β衰变,E错误。
2.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如图,则 ( )
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
【解析】选D。静止的原子核发生β衰变,动量守恒,即Mv′=mv,新核和电子在磁场中做匀速圆周运动,根据qvB=m知r=,即r∝,故轨迹1是电子的,轨迹2是新核的,又由左手定则可知磁场的方向为垂直于纸面向里,所以只有选项D正确。
3.在匀强磁场中有一静止的原子核X,它自发地射出一个α粒子,α粒子的速度方向与磁感线垂直,若它在磁场中做圆周运动的半径为R,则反冲核的轨迹半径多大?
【解析】α粒子与反冲核在垂直于磁场方向上动量守恒,有
mαvα=m核v核①
又洛伦兹力提供向心力
Bqv=得R=②
对α粒子有Rα= ③
对反冲核有R核= ④
将①代入③④得R核=Rα
即R核=R。
答案:R
4.在暗室的真空装置中做如下实验:在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源。从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场,如图所示。在与射线源距离为H高处,水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药的纸),经射线照射一段时间后两张印像纸显影,则
(1)上面的印像纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹?
(2)下面的印像纸显出三个暗斑,试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比。
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场,一次使α射线不偏转,一次使β射线不偏转,则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少?
(已知:mα=4u,mβ=u,vα=,vβ=c)
【解析】(1)因α粒子贯穿本领弱,穿过下层纸的只有β射线、γ射线,β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑。
(2)下面印像纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑。设α射线、β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ,则sα=aα·()2,
sβ=aβ·()2,
aα=,aβ=。
由以上四式得=。
(3)若使α射线不偏转,qαE=qαvα·Bα,所以Bα=,同理若使β射线不偏转,应加磁场Bβ=,
故==10∶1。
答案:(1)两个暗斑 β射线,γ射线
(2)5∶184 (3)10∶1
【总结提升】三种射线的特性认识和判断方法
(1)要明确三种射线的本质,知道各种射线是什么物质。
(2)清楚三种射线在电场或磁场中的受力情况和运动特性,并能据其判断射线的带电性质或判断射线种类。
(3)认识三种射线的穿透能力和电离特性,根据这种特性了解其应用或判断其种类。
19.2 放射性元素的衰变
课后提升作业
【基础达标练】
1.由原子核的衰变可知 ( )
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.α衰变说明原子核内部存在氦核
D.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线
【解析】选D。原子核发生衰变时,一次衰变只能是α衰变或β衰变,而不能同时发生α衰变和β衰变,发生衰变后产生的新核往往处于高能级,要向外以γ射线的形式辐射能量,故一次衰变只可能同时产生α射线和γ射线,或β射线和γ射线,A错,D对;原子核发生衰变后,核电荷数发生了变化,变成了新核,故化学性质发生了变化,B错;原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起,因此在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来,于是放射性元素发生了α衰变,C错。
2.科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时,发现所生成的超重元素的核X经过6次α衰变后成为Fm,由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是 ( )
A.124,259 B.124,265
C.112,265 D.112,277
【解析】选D。每次α衰变质量数减少4,电荷数减少2,因此该超重元素的质量数应是277,电荷数应是112,因此A、B、C错误,D正确。
3.放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡,其衰变方程为ThRn+xα+yβ,则 ( )
A.x=1,y=3 B.x=2,y=3
C.x=3,y=1 D.x=3,y=2
【解析】选D。由衰变规律可知,β衰变不影响质量数,所以质量数的变化由α衰变的次数决定,由Th变为Rn,质量数减少了232-220=12,每一次α衰变质量数减少4,因此α衰变次数为3次;3次α衰变电荷数减少了3×2=6个,而现在只减少了90-86=4个,所以有2次β衰变(每次β衰变增加一个电荷数),故x=3,y=2,故选D。
4.一个放射性原子核,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
【解析】选C。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。
5.关于放射性元素的半衰期,以下说法中正确的是 ( )
A.半衰期是指原子核中核子数减少一半所需的时间
B.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间
C.半衰期是指原子核全部衰变所需时间的一半
D.半衰期是指具有放射性的物体总质量减少一半所需的时间
【解析】选B。根据半衰期的定义可知,半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间,原子核发生衰变时原子核中的核子数并不是减少一半,A错,B对;原子核经过一个半衰期,有一半的原子核发生了衰变,再经过一个半衰期剩余一半的原子核又有一半发生衰变,故一个半衰期不是全部衰变所需时间的一半,C错;一个半衰期中原子核有半数发生衰变后变成新核,新核仍然留在物体中,发生衰变的元素质量减半,但物体质量并没有减半,D错。
6.新发现的一种放射性元素X,它的氧化物X2O的半衰期为8天,X2O与F2发生化学反应2X2O+2F24XF+O2之后,XF的半衰期为 ( )
A.2天 B.4天 C.8天 D.16天
【解析】选C。放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定,与原子核的化学状态无关,故半衰期不变仍为8天,A、B、D错,C对。
7.(多选)(2018·永州高二检测)以下关于天然放射现象,叙述正确的是 ( )
A.若使某放射性物质的温度升高,其半衰期将变短
B.β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
C.在α、β、γ这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,α射线的电离能力最强
D.铀核U)衰变为铅核Pb)的过程中,要经过8次α衰变和6次β衰变
E.α衰变的实质是原子核内2个质子和2个中子能紧密结合在一起,在一定条件下以一个整体从原子核中抛射出来,发生α衰变
【解析】选C、D、E。半衰期是放射性元素有半数发生衰变的时间,由原子核的种类决定,与温度等外界因素无关,故A错误;β衰变的实质是原子核中的中子转变成质子和电子,即电子来源于原子核,故B错误;在α、β、γ这三种射线中,γ射线是波长很短的电磁波,其穿透能力最强,α射线是氦原子核,带正电,故其电离能力最强,故C正确;铀核U)衰变为铅核Pb)的过程的方程
为UPb+He+e,故D正确;α衰变的实质是原子核内两个质子和两个中子结合成了一个α粒子的过程,E正确。
8.(2018烟台高二检测)若核反应堆发生泄漏,铯137Cs)对环境的影响最大,其半衰期约为30年。
(1)请写出铯137Cs)发生β衰变的核反应方程 [已知53号元素是碘(I),56号元素是钡(Ba)]。
(2)泄漏出的铯137约要到公元 年才会有87.5%的原子核发生衰变。
【解析】(1)发生β衰变的核反应方程为CsBae。
(2)由半衰期公式N余=N0×(知,经历了3个半衰期,即90年,剩余的原子核没衰变,所以要到公元2106年才会有87.5%的原子核发生衰变。
答案:(1CsBae (2)2106
【能力提升练】
1.关于半衰期,以下说法正确的是 ( )
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长
B.升高温度可以使半衰期缩短
C.氡的半衰期为3.8天,若有四个氡原子核,经过7.6天就只剩下一个
D.氡的半衰期为3.8天,4克氡原子核,经过7.6天就只剩下1克氡原子核
【解析】选D。放射性元素衰变的快慢由原子核内部的因素决定,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,所以A和B错误;半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变,但可以确定各个时刻发生衰变的概率,即某时刻衰变的可能性,因此,半衰期只适用于大量的原子核,C错误;一个半衰期中原子核有半数发生衰变后变成新核,7.6天是氡的2个半衰期,因此剩余的氡核为1克,也就是说发生衰变的元素质量减半,但产生的新核仍留在物体内,物体质量并没有减半,D正确。
2.一块氡222放在天平的左盘时,需要天平的右盘加444 g砝码,天平才能处于平衡,氡222发生α衰变,经过一个半衰期以后,欲使天平再次平衡,应从右盘中取出的砝码为 ( )
A.222 g B.8 g C.2 g D.4 g
【解析】选D。原有氡222共444 g,经过一个半衰期后有222 g氡发生衰变,其衰变方程为RnPoHe,但是衰变后生成的钋218还在左盘,也就是说,经过一个半衰期只有4 g的α粒子从左盘放射出去,因此欲使天平再次平衡,右盘中只需取出4 g砝码。故A、B、C错,D正确。
3.(多选)(2018·武汉高二检测)放射性物质碘131的衰变方程为IXe+Y。根据有关放射性知识,下列说法正确的是 ( )
A.Y粒子为β粒子
B.若I的半衰期大约是8天,取4个碘原子核,经16天就只剩下1个碘原子核了
C.生成的Xe处于激发态,放射γ射线。γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强
DI中有53个质子和131个核子
E.如果放射性物质碘131处于化合态,也不会对放射性产生影响
【解析】选A、D、E。根据衰变过程中质量数和电荷数守恒,Y粒子为β粒子,故A正确;半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核才适用,对少数原子核是不适用的,所以若取4个碘原子核,经16天剩下几个碘原子核无法预测,故B错误;生成的Xe处于激发态,还会放射γ射线,γ射线的穿透能力最强,γ射线是高能光子,即高能电磁波,它是不带电的,所以γ射线的电离作用很弱,故C错误I中有53个质子,131表示质量数即核子数,故D正确;半衰期由放射性元素本身决定,与外部环境和所处状态无关,故E正确。
4.足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核Rn,它放射出一个α粒子后变为Po核。假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直,求:
(1)α粒子与Po核在匀强磁场中的径迹圆半径之比,画出它们在磁场中运动轨迹的示意图。
(2)α粒子与Po核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系(设质子和中子的质量相等)。
(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变轨迹示意图有何不同?
【解析】
(1)氡核经α衰变的核反应方程为RnPoHe。衰变的极短过程系统动量守恒,设α粒子速度方向为正,则由动量守恒定律得0=mαvα-mPovPo,即mαvα=mPovPo。α粒子与反冲核在匀强磁场中,洛伦兹力提供α粒子做匀速圆周运动的向心力qvB=m,r=∝,故===,示意图如图所示。
(2)它们在磁场中运动的周期T==∝,它们的周期之比为=·=·=,即109Tα=84TPo,这样α粒子转109圈,Po核转84圈,两者才相遇。所以,α粒子与Po核两次相遇的时间间隔Δt=109Tα。
(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则β粒子和反冲核衰变过程仍符合动量守恒定律,它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,但由于β粒子带负电,反冲核带正电,它们运动方向相反,但受的洛伦兹力方向相同,所以它们的轨迹圆是内切的,且β粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径,其运动轨迹的示意图如图所示。
答案:(1)42∶1 图见解析 (2)Δt=109Tα (3)见解析
19.3-19.4 探测射线的方法 放射性的应用与防护
课后提升作业
【基础达标练】
1.(多选)有关放射性同位素P的下列说法,正确的是 ( )
A.P与X互为同位素
BP与其同位素有相同的化学性质
C.用P制成化合物后它的半衰期变长
DP能释放正电子,可用其作示踪原子,观察磷肥对植物的影响
【解析】选B、D。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P为放射性同位素,可用作示踪原子,故D对。故正确答案为B、D。
2.(多选)下列关于盖革—米勒计数器的说法正确的是 ( )
A.射线的电离作用使计数器计数
B.α射线的电离作用强,而γ射线电离作用弱,故计数器只能记录α粒子
C.无论是α、β、γ射线都能用计数器计数
D.计数器不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子
【解析】选A、C、D。根据盖革—米勒计数器的计数原理可知,当射线进入管内时,它使管内气体电离,产生的电子在电场中加速到达阳极,正离子到达阴极,产生脉冲放电,使计数器计数。选项A、C正确,B错误;两个射来的粒子如果时间间隔小于200μs,计数器不能区分,故选项D正确。
3.(多选)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HeNOH,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
【解析】选A、C。由物理学史知A项对;本实验用α粒子轰击N而非γ射线,B项错、C项对;核反应方程两边电荷数必守恒,D项错。
4.对放射性的应用,下列说法不正确的是 ( )
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.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.对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
【解析】选A。放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,但也会对人体的正常细胞有伤害,选项A错;正因为放射线具有伤害作用,选项B、C、D均是正确的。
5.原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子。由此可知 ( )
A.A=2,Z=1 B.A=2,Z=2
C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2
【解析】选DXHHeH,应用质量数与电荷数的守恒A+2=4+1,Z+1=2+1,解得A=3,Z=2。
6.一质子束入射到静止靶核Al上,产生如下核反应:pAl→X+n,式中p代表质子,n代表中子,X代表核反应产生的新核。由反应式可知,新核X的质子数为 ,中子数为 。
【解析】根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒,新核X的质子数为1+13-0=14,质量数为1+27-1=27,所以中子数=27-14=13。
答案:14 13
7.回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展。当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”,它在医疗诊断中,常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得,同时还产生另一粒子,试写出核反应方程。若碳11的半衰期τ为20 min,经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几?(结果取2位有效数字)
【解析】核反应方程为NHCHe
设碳11原有质量为m0,经过t1=2.0 h剩余的质量为mτ,根据半衰期定义有:
=(≈1.6%
答案NHCHe 1.6%
8.同位素这个概念是1913年英国科学家索迪提出的。许多元素都存在同位素现象,在目前已发现的114种元素中,稳定同位素约300多种,而放射性同位素达1 500种,而且大多数是人工制造的。
(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)。已知Th(钍)→234Pa(镤)e(电子),则234Pa原子核里的中子数应为 。
(2)1934年,科学家在用α粒子轰击铝箔时,除探测到预料中的中子外,还探测到了正电子,更意外的是拿走α放射源后,铝箔虽不再发射中子,但仍继续发射正电子,而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样,也有一定的半衰期。
①写出α粒子轰击铝箔Al)产生中子的核反应方程式,并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)。
②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素,写出其产生正电子的核反应方程式。
【解析】(1)由方程两边的质量数和电荷数相同,可知234Pa中质子数为91,则中子数为234-91=143。
(2)①铝核被α粒子击中后产生中子的反应为AlHePn;核反应和一般化学反应的不同点:核反应是原子层次上的变化,而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化,化学反应前后则元素种类不变);一种同位素不论处于何种状态,它们的核反应性质是相同的,而它们的化学性质是不同的;同一元素的不同同位素,它们的化学性质是相同的,但它们的核反应性质是不同的。
P是磷的一种同位素,也有放射性,像天然放射性元素一样发生衰变,衰变时放出正电子,该反应为PSie。
答案:(1)143
(2)AlHePn 不同点见解析
PSie
【能力提升练】
1.(多选)一个质子以1.4×107m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获,铝原子核变为硅原子核,已知铝原子核的质量是质子的27倍,硅原子核的质量是质子的28倍。则下列判断中正确的是 ( )
A.核反应方程为AlHSi
B.核反应方程为AlHSin
C.硅原子核速度的数量级为107m/s
D.硅原子核速度的数量级为105m/s
【解析】选A、D。核反应方程为AlHSi,由动量守恒定律得m×1.4×107m/s=28mv′,解得v′=5×105m/s,因此选项A、D正确。
2.(多选)(2018·郑州高二检测)静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一
个新核Rn。则下列相关说法正确的是 ( )
A.该衰变方程为RaRnHe
B.若该元素的半衰期为T,则经过3T的时间,2 kg的Ra中仍有0.25 kg没发生衰变
C.由方程可知反应前Ra的质量等于反应后的新核Rn与He的质量之和
D.若只改变该元素所处的物理状态,则其半衰期不变
E.该元素的半衰期会随它所处的化学环境的变化而变化
【解析】选A、B、D。由核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒知,A项正确;根据半衰期的意义知剩余镭的质量为m=m0()3=0.25 kg,B项正确;在核反应过程中有质量亏损,C项错误;放射性元素的半衰期与该元素的物理状态无关,与所处的化学环境也无关,D项正确,E项错误。
3.用α粒子照射充氮的云室,得到如图所示的照片,下列说法中正确的是
( )
A.A是α粒子的径迹,B是质子的径迹,C是新核的径迹
B.B是α粒子的径迹,A是质子的径迹,C是新核的径迹
C.C是α粒子的径迹,A是质子的径迹,B是新核的径迹
D.B是α粒子的径迹,C是质子的径迹,A是新核的径迹
【解析】选D。α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子,入射的是α粒子,所以B是α粒子的径迹,产生的新核质量大,电离作用强,所以径迹粗而短,故A是新核径迹,质子电离作用弱一些,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。
4.某实验室工作人员,用初速度v0=0.09c(c为真空的光速)的α粒子,轰击静止的氮原子核N,产生了质子H,若某次碰撞可看作对心正碰,碰后新核与质子同方向运动,垂直磁场方向射入磁场,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20,已知质子质量为m。
(1)写出核反应方程。
(2)求出质子的速度v。
【解析】(1HeNOH。
(2)设α粒子、新核质量分别为4m、17m,质子速度为v,由于对心碰撞,满足动量守恒,故4mv0=17m+mv,解得v=0.20c。
答案:(1HeNOH (2)0.20c
19.5 核力与结合能
课后提升作业
【基础达标练】
1.下列对核力的认识,正确的是 ( )
A.核力是强相互作用的一种表现,比库仑力大得多
B.核力存在于质子和中子、中子和中子之间,质子和质子之间只有库仑斥力
C.核力是核子间相互吸引的力,是短程力
D.核力只存在于相邻的核子之间,具有饱和性
【解析】选D。在原子核的尺度内,核力比库仑力大得多,但当原子核大到一定程度时,核力将不足以平衡库仑力,A错误;相邻核子间都存在核力作用,具有饱和性,B错误,D正确;核子间的距离小于0.8×10-15m时核力表现为斥力,大于0.8×10-15m时表现为吸引力,C错误。
2.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解,反应方程式为γ+D→p+n。若分解后的中子、质子的动能可视为相等,则中子的动能是 ( )
A.[(mD-mp-mn)c2-E] B.[(mp+mn-mD)c2+E]
C.[(mD-mp-mn)c2+E] D.[(mp+mn-mD)c2-E]
【解析】选C。据能量守恒可知:E+Δmc2=2Ek,得:Ek=(E+Δmc2),即
Ek=[(mD-mp-mn)c2+E],故C正确。
3.下列关于平均结合能的说法正确的是 ( )
A.核子数越多,平均结合能越大
B.核子数越多,平均结合能越小
C.结合能越大,平均结合能越大
D.平均结合能越大,原子核越稳定
【解析】选D。由核平均结合能随质量数的变化图象可知,中等质量核的平均结合能较大,所以A、B、C错;而平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,所以D对。
4.以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量,则 ( )
A.mD=mp+mn B.mD=mp+2mn
C.mn>mp+mD D.mD【解析】选D。质子和中子生成氘核,要放出能量,核反应方程为pnH,由爱因斯坦质能方程可知有能量的放出一定有质量的减少,所以mp+mn>mD,D选项正确。
5.(多选)关于质能方程,下列哪些说法是正确的 ( )
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
【解析】选B、D。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。
6.(2018·淮安高二检测)一个铀核U)放出一个α粒子后衰变成钍核Th),其衰变方程为 ;
已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3,真空中的光速为c,上述衰变过程中释放出的核能为 。
【解析】根据电荷数和质量数守恒可得衰变方程为UThHe;质量亏损为Δm=m1-m2-m3,所以,释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3)c2。
答案UThHe (m1-m2-m3)c2
7.已知:氮核质量MN=14.007 53 u,氧17核的质量为MO=17.004 54u,氦核质量MHe=4.003 87u,氢核质量为MH=1.008 15u。
试判断NHeOH这一核反应吸收能量还是放出能量?能量变化多少?
【解析】反应前总质量:MN+MHe=18.011 40u
反应后总质量:MO+MH=18.012 69u
可以看出:反应后总质量增加,故该反应是吸收能量的反应。吸收的能量利用
ΔE=Δm·c2来计算,若反应过程中质量增加1u,就会吸收931.5MeV的能量,故:
ΔE=(18.01269-18.011 40)×931.5 MeV=1.2 MeV
答案:吸收能量 能量变化1.2 MeV
8.三个α粒子结合成一个碳12,已知碳原子的质量12.0 000 u,氦原子的质量为4.002 6 u。
(1)写出核反应方程。
(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳?
(3)这个能量合多少MeV?
【解析】(1)核反应方程:HeC+ΔE。
(2)质量亏损:Δm=3×4.002 6 u-12.000 0 u=0.007 8 u=12.948×10-30kg,
这个核反应放出的能量是ΔE=Δm·c2=1.165×10-12J。
(3)ΔE=1.165×10-12J=7.28 MeV。
答案:(1)HeC+ΔE (2)1.165×10-12J
(3)7.28 MeV
【能力提升练】
1.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(C)核时,放出7.26 MeV能量,则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)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
【解析】选D。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。
2.(2018·秦皇岛高二检测)一个氘核H质量为m1,一个氚核H质量为m2,它们结合成一个质量为m3的氦核。核反应方程如下HHHe+X。在这一核反应过程中释放的能量为ΔE。已知光速为c,则以下判断正确的是 ( )
A.X是质子
B.X是正电子
C.X的质量为m1+m2-m3
D.X的质量为m1+m2-m3-
【解析】选D。由电荷数守恒知,X的质子数为0,由质量数守恒知,X的质量数为1,故X为中子,设X的质量为m,反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3-m,释放的核能
ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m)c2,则X的质量为m1+m2-m3-,故选项D正确。
3.(多选)关于核反应方程ThPa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成粒子),已知Th的半衰期为T,则下列说法正确的是 ( )
A.Pa没有放射性
BPa比Th少1个中子,X粒子是从原子核中射出的,此核反应为β衰变
C.N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE(N0数值很大)
DTh的比结合能为
ETh的化合物的半衰期等于T
【解析】选B、C、E。原子序数大于83的原子核均具有放射性,A项错误;该核反应为β衰变,是原子核内的一个中子转化为一个质子,同时释放出一个电子,B项正确;N0个Th原子核经2T时间发生衰变的个数为N0,由核反应方程知,放出的核能为N0ΔE,C项正确;由比结合能的定义知,D项错误;元素的半衰期与元素的物质状态(单质、化合物)无关,E项正确。
4.(2018·大港区高二检测)海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为HHHen,其中氘核的质量为2.013 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u。(1 u=931.5 MeV)求:
(1)核反应中释放的核能。
(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。
【解析】(1)核反应中的质量亏损为
Δm=2mH-mHe-mn,由ΔE=Δmc2,
可知释放的核能:ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV。
(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前、后系统的总动量为零,即mHevHe+mnvn=0;反应前、后系统的总能量守恒,即mHe+mn=ΔE+ΔEkH,又因为mHe∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3,由以上各式代入已知数据得:EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。
答案:(1)2.14 MeV (2)2.13 MeV 0.71 MeV
19.6 核裂变
课后提升作业
【基础达标练】
1.(多选)下列说法正确的是 ( )
A.原子核在分裂或者聚合时释放的能量叫作核能
B.用中子轰击比较大的原子核可以使其发生裂变获取核能
C.核电站里的链式反应是可以控制的
D.原子弹发生爆炸时发生的链式反应也是可以控制的
【解析】选A、B、C。核能是指原子核在分裂或者聚合时由于质量亏损所释放的能量,A正确;用中子轰击比较大的原子核使其发生裂变时,会有质量亏损,我们可以获取该过程所释放的核能,B正确;核电站里的链式反应可以通过“慢化剂”和“镉棒”来控制,C正确;原子弹发生爆炸时发生的链式反应是不可控的,或者说没有控制的必要,故D错误。
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
【解析】选D。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。
3.下列核反应中,表示核裂变的是 ( )
【解析】选B。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。故选B。
4.在核反应式UnSrXe+kX中 ( )
A.X是中子,k=9 B.X是中子,k=10
C.X是质子,k=9 D.X是质子,k=10
【解析】选B。核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒,在题目所给核反应中,设X的质子数为x,则核反应方程的左边质子数为92+0=92,右边质子数为38+54+x=92,x=0,X的质子数为0,所以X为中子,左边质量数为235+1=236,右边质量数为90+136+k×1=236,k=10,所以k的数值为10。
5.一个铀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U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数) ( )
A.NA×196 MeV B.235NA×196 MeV
C.235×196 MeV D.×196 MeV
【解析】选D。由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为,因此1 g铀235释放的能量E=×196 MeV,故D正确。
6.(多选)下面是铀核裂变反应中的一个UnXeSr+1n。已知铀235的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,锶90的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中 ( )
A.质量亏损为Δm=235.043 9u+1.008 7u-89.907 7 u-135.907 2u
B.质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)u
C.释放的总能量为ΔE=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)×(3×108)2J
D.释放的总能量为ΔE=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.0087)×931.5 MeV
【解析】选B、D。计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量,二者之差可用“u”或“kg”作单位,故A错误,B对;质量单位为“u”时,可直接用“1u的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量,故D对;当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2,总能量单位才是焦耳,故C错误。
7.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,当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:
已知的原子质量为235.043 9 un的原子质量为1.008 7 u, 的原子质量为138.917 8 u, 的原子质量为93.915 4 u,且1 u的质量对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是 MeV。
【解析】ΔE=Δm·c2=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7)×9.3×102MeV=1.8×102MeV。
答案:1.8×102
8.核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,是核电站常用的核燃料。受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分,并产生 个中子。要使链式反应发生,裂变物质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积。
【解析】由质量数和电荷数守恒可知Kr+n,可见产生了3个中子,链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。
答案:3 大于
【能力提升练】
1.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它的主要组成部分是 ( )
A.核燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B.核燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C.核燃料、调速剂、碰撞系统和热系统
D.核燃料、中子源、原子能聚存和输送系统
【解析】选A。核反应堆的主要部分包括①燃料,即浓缩铀235;②慢化剂,采用石墨、重水和普通水;③控制棒,控制链式反应的速度;④冷却系统,水或液态钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆的热量传输出去用于发电,故A正确,B、C、D错。
2.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是UnBaKr+n。下列说法正确的有 ( )
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】选A、C。由核反应方程知有中子生成,选项A正确;铀块体积和铀块纯度对链式反应的发生都有重要影响,B错误;核反应堆的铀核链式反应的速度可人工控制,C正确;放射性元素的半衰期由核本身的因素决定,与环境温度无关,D错误。
3.(2018·武汉高二检测)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)。u为原子质量单位。该核衰变反应方程式为 ;
该反应中的质量亏损为 u;释放的核能为 MeV。
【解析】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知核反应方程式为UThHe。
质量亏损为Δm=mU-mTh-mα=(232.037 2-228.028 7-4.002 6)u=0.005 9 u,
释放的核能为ΔE=Δmc2=0.005 9×931.5 MeV=5.5 MeV。
答案UThHe 0.005 9 5.5
4.在可控核反应堆中需要使快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。中子在重水中可与核碰撞减速,在石墨中与核碰撞减速。上述碰撞可简化为弹性碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种减速效果更好?
【解析】设中子质量为Mn,靶核质量为M,由动量守恒定律得
Mnv0=Mnv1+Mv2
由能量守恒定律得
Mn=Mn+M
解得v1=v0
在重水中靶核质量MH=2Mn,
v1H=v0=-v0
在石墨中靶核质量MC=12Mn,
v1C=v0=-v0
与重水靶核碰后中子速度较小,故重水减速效果更好。
答案:用重水作减速剂减速效果更好
19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙
课后提升作业
【基础达标练】
1.(多选)聚变与裂变相比,下列说法正确的是 ( )
A.聚变比裂变产能效率高
B.在目前情况下,使原子核聚变要比裂变容易
C.原子弹的燃料是235U
D.氢弹的原理是核的聚变,需由原子弹来引爆
【解析】选A、C、D。聚变比裂变的平均结合能大,故A正确;在目前的条件下,核裂变要比核聚变容易很多,故B错;原子弹利用的核裂变燃料为235U,氢弹利用的核聚变需原子弹引爆,故C、D正确。
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
【解析】选A。宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,之后又经历了质子和中子等强子时代,再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再之后是中子和质子结合成氘核,并形成氦核的核时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,因此A正确,B、C、D的产生都在A之后,故B、C、D错。
3.(多选)目前我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用,请根据所学物理知识,判断下列说法中正确的是 ( )
A.核能发电对环境的污染比火力发电要小
B.核能发电对环境的污染比火力发电要大
C.都只利用重核裂变释放大量的原子能
D.既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量的原子能
【解析】选A、C。目前核电站都用核裂变,其原料是铀,且核裂变在核反应堆中应用是比较清洁的能源,故A、C正确,B、D错。
4.为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”(AMS)将在太空中寻找“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。由此可知反氢原子是 ( )
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个不带电的中子和1个带正电荷的正电子构成
【解析】选B。氢原子由一个电子和一个质子组成,根据“反物质”和“反粒子”的概念,可知反氢原子由一个带负电荷的反质子和一个带正电荷的正电子组成,故选项B正确,其他选项错误。
5.太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的,其核反应方程是 ( )
A.HHe+e BNHeOH
CUnXeSr+1n DUThHe
【解析】选A。热核聚变反应是指轻核结合为质量较重的核的反应,故A正确;B项中为实现原子核人工转变的反应。C项中为裂变,D项中为衰变,均不属聚变反应,故B、C、D不正确。
6.(多选)在某些恒星内,3个α粒子结合成一个CC原子的质量是
12.000 0 uHe原子的质量是4.002 6 u,已知1 u=1.66×10-27kg,则 ( )
A.反应过程中的质量亏损是Δm=0.007 8 u
B.反应过程中的质量亏损是Δm=1.29×10-29kg
C.反应过程中放出的能量是7.266 MeV
D.反应过程中放出的能量是1.16×10-19J
【解析】选A、B、C。其反应方程是HeC。其质量亏损为Δm=(3×
4.002 6-12.000 0)u=0.007 8u,A项对;Δm=0.007 8×1.66×10-27kg=1.29×10-29kg,B项对;ΔE=0.007 8×931.5 MeV=7.266 MeV,C项对;ΔE=7.266×106×1.6×10-19J=1.16×10-12J,D项错误。
7.热核反应中所用的燃料——氘,在地球上储量非常丰富,1 L海水中大约有
0.3 g氘,如果用来进行热核反应,放出的能量约与燃烧300 L汽油相当。若氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,光速为c,阿伏伽德罗常数为NA,氘的摩尔质量为m0。
(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程。
(2)质量为M的氘参与上述聚变反应可释放出的能量为多少?
【解析】(1)核反应方程为HHHe。
(2)核反应的质量亏损为Δm=2m1-m2,
ΔE=Δmc2=(2m1-m2)c2,
据题意得,质量为M的氘中的氘核数为n=NA
质量为M的氘核参与聚变放出的能量为
E==。
答案:(1HHHe (2)
【补偿训练】
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)释放出的核能多大?
(3)平均每个核子释放的能量是多大?
【解析】(1)聚变方程H+nH
(2)质量亏损Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.006 7u,
释放的核能
ΔE=Δmc2=0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为MeV=2.08 MeV。
答案:(1H+nH (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV
【能力提升练】
1.下面是一核反应方程HHHe+X。用c表示光速,则 ( )
A.X是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘以c2
B.X是中子,核反应放出的能量等于中子质量乘以c2
C.X是质子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和,再乘以c2
D.X是中子,核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和,再乘以c2
【解析】选D。由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为n(中子),再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积,故D项正确。
2.(多选)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HHHen
B.“人造太阳”的核反应方程是UnBaKr+n
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】选A、C。“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。
3.一个质子和一个中子聚变组合成一个氘核,同时辐射出一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常数为h,真空中的光速为c,下列说法正确的是 ( )
A.核反应方程是HnH+γ
B.聚变反应的质量亏损Δm=m1+m2-m3
C.辐射出的γ光子能量E=(m3-m1-m2)c
D.γ光子的波长λ=
【解析】选B。A项中核反应方程不满足质量数守恒,错误。B项中Δm正好是结合前核子总质量与原子核质量之差,由质能方程可知辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2,C项错误。由c=λv及E=hν得,γ光子的波长为λ=,故D错。
4.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近几年来,受控核聚变的科学可行性已得到验证,目前正在突破关键技术,最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦,并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.014 1 u,氚原子的质量为3.016 0 u,氦原子的质量为4.002 6 u,中子的质量为1.008 7 u,
1 u=1.66×10-27kg。
(1)写出氘和氚聚变的反应方程。
(2)试计算这个核反应释放出来的能量。
(3)若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站,假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能,求每年要消耗的氘的质量。(一年按3.2×107s计算,光速c=3.0×108m/s,结果取两位有效数字)
【解析】(1HHHen
(2)ΔE=Δmc2=(2.0141+3.016 0-4.002 6-1.008 7)×1.66×10-27×9×1016J
=2.8×10-12J
(3)M=×MD
=kg=23 kg
答案:(1HHHen (2)2.8×10-12J (3)23 kg
