19.1 原子核的组成
[基础达标练]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．贝可勒尔最早发现天然放射现象
B．只有原子序数大于或等于83的元素才能自发地发出射线
C．γ射线是一种电磁波，可见光也是电磁波，所以能看到γ射线
D．具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素
答案 AD
解析 原子序数小于83的元素有一些也具有放射性，B错，γ射线不可见，C错。
2．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到( )
A．原子具有一定的结构
B．原子核具有复杂的结构
C．原子核中含有质子
D．原子核中含有质子和中子
答案 B
解析 天然放射现象中，原子核发生变化，生成新核，同时有电子或α粒子产生，因此说明原子核可以再分，具有复杂的结构。而原子核中含有质子与中子，不符合本题意。只有选项B正确。
3．如图所示，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( )
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
答案 B
解析 γ射线不带电，故乙是γ射线；α射线带正电，由左手定则可判断丙是α射线；同理判断甲是β射线。故B项正确。
4．在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会放射出α、β、γ射线，这些射线会导致某些疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法中不符合实际情况的是( )
A．α射线的电离本领最强，穿透能力最弱
B．γ射线的穿透能力最强，电离本领最弱
C．金属铀有放射性，二氧化铀没有放射性
D．β射线是高速运动的电子流，穿透能力较强，电离本领较弱
答案 C
解析 三种射线中的α射线电离性强，穿透能力最差；γ穿透能力最强，电离本领最弱。故A、B正确；放射性与元素的化学状态无关。故C错误；β射线穿透力较强，电离本领较弱。所以D选项是正确的。
5．(多选)元素X的原子核可用符号X表示，其中a、b为正整数，下列说法正确的是( )
A．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的中子数
B．a等于此原子核中的中子数，b等于此原子核中的质子数
C．a等于此元素的原子处于中性状态时的核外电子数，b等于此原子核中的质子数加中子数
D．a等于此原子核中的质子数，b等于此原子核中的核子数
答案 CD
解析 X中的a等于此原子核中的质子数，也等于此元素的原子处于中性状态时的核外电子数，b等于此原子核中的质子数加中子数，也等于此原子核中的核子数，故C、D正确，A、B错误。
6．(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图中正确表示射线偏转情况的是( )
答案 AD
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、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，其轨道半径 r＝，代入数据，得α粒子与β粒子的轨道半径之比为＝··≈××＝。由此可见，A正确，B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错误，D正确。
7．(多选)一个原子核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
答案 CD
解析 根据原子核的表示方法可知，这种原子核的电荷数为83，质量数为210。因为原子核的电荷数等于核内质子数，故核内有83个质子。因为原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和，即等于核内核子数，故该原子核核内有210个核子，D正确。其中质子为83个，中子为127个，C正确。因为该原子电性未知，故不能确定核外电子数，A、B错误。
8．在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是( )
A．γ、β、α B．β、γ、α C．α、β、γ D．γ、α、β
答案 C
解析 α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线，γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线，β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板和铅板，故②是β射线，故C正确，A、B、D错误。
[题组通关练]
9．(1)日本东部海域9.0级大地震曾引发了福岛核电站泄漏事故。以下关于核辐射的说法中正确的是( )
A．降温可以减小核辐射泄漏强度
B．β射线本质上是一种高频电磁波
C．α、β、γ三种射线中穿透本领最强的是α射线
D．α、β、γ三种射线中运动速度最快的是γ射线
(2)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。
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？
答案 (1)D (2)①两个暗斑 β射线，γ射线
②5∶184 ③10∶1
解析 (1)放射性强度与温度无关，故A错误；β射线带负电，是电子流，而γ射线是高频电磁波，不带电，故B错误；α、β、γ三种射线中穿透本领最强的是γ射线，故C错误。α、β、γ三种射线中运动速度最快的是γ射线，所以D正确。
(2)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。
10．(1)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.He B.He C.He D.He
(2)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)：
①在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？
②余下的这束β和γ射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)
③用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)
答案 (1)B (2)①用一张纸放在射线前即可除去α射线
②见解析
③α射线的圆周运动的半径很大，几乎不偏转。故与γ射线无法分离。
解析 (1)氦的同位素质子数一定为2，质量数为3，故可写作He，B正确，A、C、D错误。
(2)①由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。
②如图所示。
③α粒子和电子在磁场中偏转，据R＝，对α射线
R1＝，对β射线R2＝，故＝＝400。α射线穿过此磁场时，轨道半径很大，几乎不偏转，故与γ射线无法分离。
19.2 放射性元素的衰变
[基础达标练]
1．(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( )
A．α衰变是原子核释放出氦原子核，故衰变前的原子核内存在氦原子核
B．半衰期是指原子核总质量减半所需时间
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．γ射线经常伴随α射线和β射线产生
答案 CD
解析 2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛出来形成α衰变，衰变前的原子核内没有氦原子核，A错误；半衰期是指原子核数衰变一半所需的时间，B错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，不可人为控制，C正确；衰变产生的新核处于较高能级，向低能级跃迁会产生γ射线，所以γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变产生的，D正确。
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
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错误，C正确。
3．原子核X经过一次α衰变成为原子核Y，原子核Y再经一次β衰变变成为原子核Z，则下列说法中正确的是( )
A．核X的中子数比核Z的中子数多2
B．核X的质子数比核Z的质子数多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
答案 C
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。故A、B、D错误，C正确。
4．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为( )
A．1∶2 B．2∶1 C．5∶4 D．4∶5
答案 A
解析 元素A的半衰期为4天，经过20天后，剩余的质量mA＝m；元素B的半衰期为5天，经过20天后，剩余的质量mB＝m，所以mA∶mB＝1∶2，A正确。
5．某放射性元素的原子核X连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y，则该新核的正确写法是( )
A.Y B.Y C.Y D.Y
答案 D
解析 根据衰变的规律：新核的质量数为M′＝M－12，故A、B错误。电荷数为Z′＝Z－6＋2＝Z－4，故C错误，D正确。
6．表示放射性元素碘131(I)β衰变的方程是( )
A.I→Sb＋He B.I→Xe＋e
C.I→I＋n D.I→Te＋H
答案 B
解析 β衰变的实质是放射出电子e，由衰变过程中的质量数和电荷数守恒可知B正确。
7．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，下列各图中能近似反映正电子e和Si核运动轨迹的是( )
答案 B
解析 衰变过程中动量守恒，放出的正电子的运动方向与Si核的运动方向一定相反，且它们都带正电，在洛伦兹力作用下运动轨迹是两个外切圆，C、D错误；由洛伦兹力提供向心力得qvB＝m，故半径r＝，衰变时放出的正电子获得的动量与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一磁场中正电子和Si核做匀速圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即＝＝14，可见正电子运动形成的圆的半径较大。故B正确，A错误。
8．超低温下一块固态氡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
答案 D
解析 衰变前氡的质量为444 g，摩尔质量为222 g/mol，444 g氡即2 mol。经过一个半衰期，有1 mol氡衰变成金属钋，放出1 mol α粒子，则左盘质量减少了4 g，故应从右盘中取出4 g砝码，D正确，A、B、C错误。
9．(多选)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，如图所示为某种质谱仪的原理图，现利用这种质谱仪对氢元素进行测量。氢元素的三种同位素氕、氘、氚从容器A的下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条谱线。关于三种同位素进入磁场时速度大小的排列顺序和三条谱线的排列顺序，下列判断正确的是( )
A．进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氚、氘、氕
B．进入磁场时速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚
C．a、b、c三条谱线依次排列的顺序是氕、氘、氚
D．a、b、c三条谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕
答案 BD
解析 加速过程中由动能定理得qU＝mv2，则有v＝，三种同位素电荷量q相同，速度的大小取决于质量的倒数，所以速度从大到小的排列顺序是氕、氘、氚，A错误，B正确；进入磁场后粒子做匀速圆周运动，由qvB＝m，并把v代入，得r＝ ，由于它们的电荷量均相同，那么氚核的偏转半径最大，所以a、b、c三条谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕，故C错误，D正确。
[题组通关练]
10．(1)某种元素的原子核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)为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入此水库。已知该溶液1 min衰变8×107次，该放射性同位素的半衰期为2天。经10天后，从水库中取出1 m3的水，测得1 min衰变10次，则该水库存水量为多少？
答案 (1)B (2)2.5×105 m3
解析 (1)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，所以B正确，A、C、D错误。
(2)设原放射性元素质量为m0,10天后的质量为m，水库共有V m3水，则10天后每立方米水中放射性元素的存量为。
由衰变规律知：m＝m0＝m0。①
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V·＝8×106。②
把①式代入②式，得水库存水量V＝2.5×105 m3。
11．(1)(多选)在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示，由图可以判定( )
A．该核发生的是α衰变
B．该核发生的是β衰变
C．磁场方向一定垂直纸面向里
D．磁场方向向里还是向外不能判定
(2)
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)
答案 (1)BD (2)①90 ②轨道1，理由见解析
解析 (1)原来静止的核在放出粒子的过程中总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变，B正确，A错误；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，D正确，C错误。
(2)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守动量守恒定律，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。
19.3-19.4 探测射线的方法 放射性的应用与防护
[基础达标练]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．在威耳逊云室中能观察三种粒子的径迹
B．G-M计数器利用了射线的电离本领
C．应用G-M计数器除了用来计数，还能区分射线的种类
D．现在人类利用的射线都是用人工放射性同位素，不用天然放射性物质
答案 BD
解析 在威耳逊云室中，γ射线的径迹观察不到，A错误；G-M 计数器并不能区分射线种类，C错误；B、D正确。
2．(多选)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，贫铀是从天然铀中提炼铀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
答案 AD
解析 贫铀，是从金属铀中提炼出核材料铀235以后得到的副产品，其主要成分是放射性较弱的铀238，故称贫化铀，简称贫铀。贫铀的辐射能仅是天然铀的60%，虽然弱一些，但并无本质减少，会对人体产生伤害，对环境造成污染，故A项正确，B项错误；在自然界中存在铀的三种同位素(铀234、235、238)，均带有放射性，拥有非常长的半衰期(数亿年至数十亿年)，故C项错误，D项正确。
3．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象。则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A.O在人体内衰变方程是O―→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e―→2γ
C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
答案 ABC
解析 由题意知，A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误。
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
答案 D
解析 β或α射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，A错误；γ射线的穿透性强，可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，B、C错误；放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作示踪原子，D正确。
5．(多选)放射性同位素被作为示踪原子，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
答案 ABC
解析 放射性同位素被作为示踪原子，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。
6．用中子轰击氧原子核的核反应方程式为O＋n→N＋X，对式中X、a、b的判断正确的是( )
A．X代表中子，a＝17，b＝1
B．X代表电子，a＝17，b＝－1
C．X代表正电子，a＝17，b＝1
D．X代表质子，a＝17，b＝1
答案 C
解析 根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X表示正电子，故C项正确，A、B、D项错误。
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．射线的物理和化学作用 D．以上三个选项都不是
答案 B
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。所以B正确，A、C、D错误。
8．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，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个氡原子核了
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
C．γ射线一般伴随着α射线或β射线产生的，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
答案 BC
解析 半衰期具有统计意义，适用于大量的原子核，故A项错误；β衰变所释放的电子来自原子核，是原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子，电子释放出来形成的，故B项正确；γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C项正确；发生α衰变时，电荷数减少2，质量数减少4，则中子数减少2，故D项错误。
[题组通关练]
9．(1)(多选)近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5000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
(2)为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有P作示踪原子的血液。先将含有P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10800 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，则病人的血液体积大约为多少？
答案 (1)AC (2)4320 cm3
解析 (1)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厚的铅板，但它的电离作用很小。γ刀治疗肿瘤是应用了其贯穿本领和很高的能量，故A、C正确；B、D错误。
(2)由于标准样品与输入体内的P的总量是相等的，因此两者的放射性强度与P原子核的总数均是相等的。设病人血液总体积为V，应有×V＝10800，解得V＝4320 cm3。
10．(1)(多选)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明了中微子的存在。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是( )
A．母核的质量数等于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同
D．子核的动能大于中微子的动能
(2)钚的同位素粒子Pu发生α衰变后生成铀(U)的一个同位素粒子，同时放出能量为ε＝0.09 MeV的光子。从静止的钚核中放出的α粒子垂直进入正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动。已知匀强电场的电场强度为E＝2.22×104 N/C，匀强磁场的磁感应强度为B＝2.00×10－4 T。(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速为c＝3×108 m/s，电子电荷量为e＝1.6×10－19 C)
①写出该衰变方程式；
②求该光子的波长；
③求放出的α粒子的速度大小；
④若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比。
答案 (1)AB (2)①Pu→U＋He
②1.38×10－11 m ③1.11×108 m/s ④
解析 (1)原子核衰变时电荷数守恒，质量数守恒，母核俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，所以子核的核电荷数比母核小1，质量数不变，A、B正确；子核的动量与中微子的动量大小相等，方向相反，C错误；由Ek＝知，动量大小相等的两粒子，质量大的动能小，因子核的质量大，所以子核的动能小，D错误。
(2)①Pu→U＋He
②ε＝hν，λ＝，
λ＝＝ m
≈1.38×10－11 m。
③由受力平衡得：qαE＝qαvαB，
则vα＝＝1.11×108 m/s
④Ek＝，动量大小相等，动能大小与质量成反比，
所以：＝。
19.5 核力与结合能
[基础达标练]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．中子不带电，故相邻中子间无核力作用
B．由E＝mc2可知：质量和能量可以相互转化
C．β衰变是由弱相互作用引起的
D．比结合能越大的原子核越稳定
答案 CD
解析 质子和中子统称为核子，中子间也有核力作用，A错误。公式E＝mc2指能量与质量存在正比关系，B错误，C、D正确。
2．下列判断中正确的是( )
A．组成U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用
B．组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用
C．组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用
D．组成U核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外还都存在不可忽略的核力作用
答案 C
解析 核力是组成原子核的相邻核子之间存在的特殊的力，它是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，所以并非任何两个核子、质子、中子之间都存在不可忽略的核力作用，故A、B错误；库仑力与距离的平方成反比，所以在距离很小的尺度内库仑力不可忽略，故C正确；由A、B分析可知，D错误。
3．下列关于核反应的说法正确的是( )
A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量不守恒
答案 B
解析 质能方程说明了质量与能量之间具有一定的联系，但不能说物体质量就是能量，在核反应中，能量随着质量亏损释放出来，二者不是互相转化的关系，故A、C错误；根据E＝mc2，可知物体的能量与质量存在正比关系，所以可以将物体的质量作为它所含有的能量的量度，故B正确；在核反应中，系统的质量数守恒，总能量也守恒，产生的能量是由反应前后的质量亏损释放出来的，而所谓的质量亏损也是指静质量转化为动质量的部分，故D错误。
4．(多选)对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小
D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
答案 CD
解析 由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确。
5．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是( )
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C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量
D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量
答案 A
解析 D、E平均核子质量大于F平均核子质量，D、E结合成F，出现质量亏损，要释放能量，A正确，B错误；C、B结合成A，F、C结合成B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错误。
6．一个铍原子核(Be)从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核(Li)，并放出一个不带电的、质量接近零的中微子νe(质量不计)，人们把这种衰变叫做铍核的EC衰变，核反应方程为：Be＋e→Li＋νe。已知一个铍原子质量为m1，一个锂原子质量为m2，一个电子质量为me，光速为c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量为( )
A．(m1－m2)c2 B．(m1＋me＋m2)c2
C．(m1＋me－m2)c2 D．(m2－m1－me)c2
答案 A
解析 铍原子核的质量为m1－4me，锂原子核的质量为m2－3me，则质量亏损为(m1－4me＋me)－(m2－3me)＝m1－m2，故核反应中释放的能量为(m1－m2)c2。A正确。
7．一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，假设γ光子携带所有释放的核能。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H＋n→H＋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＝
答案 B
解析 根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知该核反应方程为：H＋n→H＋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。
[题组通关练]
8．(1)一个电子(质量为m、电荷量为－e)和一个正电子(质量为m、电荷量为e)，以相等的初动能Ek相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生的光子频率为ν，若这两个光子的能量都为hν，动量分别为p和p′，下面关系中正确的是( )
A．hν＝mc2，p＝p′
B．hν＝mc2，p＝p′
C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′
D．hν＝(mc2＋Ek)，p＝－p′
(2)镭核Ra发生衰变放出一个粒子变成氡核Rn。已知镭核226质量为226.0254 u，氡核222质量为222.0163 u，放出粒子的质量为4.0026 u。
①写出核衰变方程；
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。
答案 (1)C (2)①Ra→Rn＋He ②6.055 MeV ③5.95 MeV
解析 (1)能量守恒定律和动量守恒定律为普适定律，故以相等动能相向运动发生碰撞而湮灭的正负电子总能量为：2Ek＋2mc2，转化为两个光子后，总动量守恒，为零，故p＝－p′，且2Ek＋2mc2＝2hν，即hν＝Ek＋mc2，C正确，A、B、D错误。
(2)①核衰变方程为Ra→Rn＋He。
②镭核衰变放出的能量为
ΔE＝Δm×931.5 MeV/u
＝(226.0254－4.0026－222.0163)×931.5 MeV
≈6.055 MeV。
③设镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRn－mαvα＝0。
又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则
ΔE＝mRnv＋mαv。
联立可得Eα＝×ΔE＝×6.055 MeV≈5.95 MeV。
9．静止的氮核N被速度是v0的中子n击中生成甲、乙两核。已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1∶1，动能之比为1∶4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1∶6。问：甲、乙各是什么核，速度各是多大？写出核反应方程。
答案 甲为C，乙为H 甲的速度v甲＝，乙的速度v乙＝ 核反应方程为N＋n→C＋H
解析 设甲、乙两核的质量分别为m甲、m乙，电荷量分别为q甲、q乙。中子的质量为m0，氮核质量为14m0。
由动量与动能关系p＝和p甲＝p乙，可得
m甲∶m乙＝Ek乙∶Ek甲＝4∶1。
又由R＝＝，可得q甲∶q乙＝R乙∶R甲＝6∶1。
因为m甲＋m乙＝15m0，q甲＋q乙＝7e，
所以m甲＝12m0，m乙＝3m0，q甲＝6e，q乙＝e，
甲为C，乙为H。
由动量守恒定律，可得m0v0＝m甲v甲＋m乙v乙，
将m甲＝12m0，m乙＝3m0代入，解得v甲＝，v乙＝，
核反应方程为N＋n→C＋H。
10．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个储满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νe＋Cl―→Ar＋e，已知Cl核的质量为36.95658 u，Ar核的质量为36.95691 u，e的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。根据以上数据，试计算参与上述反应的电子中微子的最小能量。
答案 0.82 MeV
解析 在核反应过程中出现了质量盈余，即
Δm＝mAr＋me－mCl＝(36.95691＋0.00055－36.95658) u＝0.00088 u。
电子中微子的最小能量为
ΔE＝Δm×931.5 MeV/u＝0.00088×931.5 MeV≈0.82 MeV。
19.6 核裂变
[基础达标练]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．裂变与衰变相同，也能自发进行
B．核反应堆中链式反应速度可人工控制
C．核电站用的核燃料必须是纯铀棒
D．核武器——原子弹，应用的是重核裂变
答案 BD
解析 裂变不能自发进行，A错误；核电站用的核燃料是铀棒，其成分是天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)，不是纯铀棒，C错误；镉棒控制核反应堆中链式反应速度，B正确；原子弹应用的是重核裂变，D正确。
2．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )
A．含有的质子数比裂变前重核的质子数少
B．含有的中子数比裂变前重核的中子数少
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
答案 BD
解析 由于在裂变反应中吸收一个中子而释放出几个中子，质子数没有发生变化，而两个新核的中子数减少，A错误，B正确；反应前后质量发生了亏损而释放出能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，故C错误，D正确。
3．(多选)关于重核的裂变，以下说法中正确的是( )
A．一种重核只能存在一种裂变方式
B．一种重核可以有多种裂变方式
C．重核核子的平均质量比中等质量核的核子的平均质量大，因而裂变时，存在质量亏损，释放大量核能
D．中等质量核的核子平均质量比重核的核子平均质量大，因而裂变时存在质量亏损，释放大量核能
答案 BC
解析 一种重核可以有多种裂变方式，A错误，B正确；重核核子的平均质量比中等质量核的核子的平均质量大，C正确，D错误。
4．(多选)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．目前所有核电站都只利用重核裂变释放大量的核能
D．核能是非常清洁的能源，无任何污染
答案 AC
解析 目前核电站都用核裂变，核能是比较清洁的能源，但也有一定的污染，故A、C正确，B、D错误。
5．下列方程中，表示核裂变的是( )
A.U→Th＋He
B.U＋n→Ba＋Kr＋3n
C.C→N＋e
D.Be＋He→ C＋n
答案 B
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，A、C、D错误。
6．(多选)人类通过链式反应来利用核能的方式有下列哪两类( )
A．利用可控制的快中子链式反应，制成原子弹
B．利用不可控制的快中子链式反应，制成原子弹
C．利用可控制的慢中子链式反应，建成核反应堆
D．利用不可控制的慢中子链式反应，建成核反应堆
答案 BC
解析 原子弹爆炸时，铀块的体积大于临界体积，快中子直接被铀核吸收，发生裂变反应，放出核能，链式反应速度不可控制，极短的时间内释放出大量的核能，A错误，B正确；核反应堆释放核能的速度是稳定的，利用可控制的慢中子链式反应建成，C正确，D错误。因此答案选B、C。
7．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．使反应速度加快
D．控制反应速度，调节反应速度的快慢
答案 D
解析 在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，A、B错误；镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，C错误，D正确。
8．(多选)下列说法中正确的是( )
A．铀核裂变的核反应是U→Ba＋Kr＋2n
B．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
C．铀(U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(Pb)的过程中，有6个中子转变成质子
D．一个处于n＝5能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能够辐射10种不同频率的电磁波
答案 BC
解析 铀核裂变有多种裂变的方式，但是每一种都要有慢中子的参与，即反应方程的前面也要有中子。故核反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3n。故A错误；质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，减小的质量是(2m1＋2m2－m3)，根据质能方程得：释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2。故B正确；根据质量数和电荷数守恒知：238－206＝4×8，发生8次α衰变；92＝82＋2×8－6，发生6次β衰变，β衰变的实质即为中子转化为质子同时释放电子，所以有6个中子转变成质子。故C正确；一个处于n＝5能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中最多能够辐射4种不同频率的电磁波。故D错误。
[题组通关练]
9．(1)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是( )
A．铀238的衰变方程式：U→Th＋He
B.U和U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
(2)一个钚的同位素Pu静止在匀强磁场中，垂直于磁场方向释放一个α粒子，变成铀的同位素，同时辐射能量为E＝0.09 MeV的光子(动量不计)。钚核质量为M0＝238.999655 u，α粒子质量m＝4.001509 u，反冲铀核质量为M＝234.993470 u。
①写出核衰变方程；
②α粒子和铀核的动能各是多少MeV。
答案 (1)D (2)①Pu→He＋U
②4.19 MeV 0.07 MeV
解析 (1)铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确。铀238和铀235质子数相同，互为同位素，B正确。核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确。贫铀炸弹的穿甲力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度的铀合金组成，所以其穿透力远远超过一般炸弹，D错误。
(2)①Pu→He＋U＋E
②α粒子和反冲核的总动能为Eα＋EU＝(M0－m－M)×931.5 MeV－E≈4.26 MeV，不计光子动量，根据动量守恒，α粒子和反冲核动量大小相等，方向相反，而动能Ek＝，所以＝，则α粒子动能Eα＝·(Eα＋EU)≈4.19 MeV，铀核动能EU＝(Eα＋EU)≈0.07 MeV。
10．(1)2011年，日本发生9级地震，福岛第一核电站严重受损，大量放射性铯Cs和碘I进入大气和海水，造成对空气和海水的放射性污染。下列说法正确的是( )
A．核反应堆中的核废料不再具有放射性，对环境不会造成影响
B．铀核裂变的一种可能核反应是U→Cs＋Rb＋2n
C．放射性碘I发生β衰变的方程为I→Xe＋e
D.U裂变形式有多种，每种裂变产物不同，质量亏损不同，但释放的核能相同
(2)处于静止状态的某原子核X，发生α衰变后变成质量为M的原子核Y，被释放的α粒子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，测得其圆周运动的半径为r，设α粒子质量为m，质子的电荷量为e，试求：
①衰变后α粒子的速率vα和动能Ekα；
②衰变后Y核的速率vY和动能EkY；
③衰变前X核的质量MX。
答案 (1)C (2)① ② ③m＋M＋
解析 (1)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下，故A错误；铀核裂变U 需俘获中子才能进行，故B错误；U裂变形式有多种，质量亏损不同，则利用ΔE＝Δmc2知释放的核能不同，故D错误。C正确。
(2)①因为Bqvα＝m，α粒子的电荷量为q＝2e，有
vα＝，Ekα＝mv＝。
②由动量守恒mvα－MvY＝0，
所以vY＝，EkY＝Mv＝。
③由质能方程：ΔE＝Δmc2，而ΔE＝Ekα＋EkY，
所以Δm＝，
衰变前X核的质量：
MX＝m＋M＋Δm＝m＋M＋。
19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙
[基础达标练]
1．发生轻核聚变的方法是( )
A．用中子轰击
B．保持室温环境，增大压强
C．用γ光子照射
D．把参与反应的物质加热到几百万摄氏度以上的高温
答案 D
解析 用中子轰击是核裂变反应发生的条件，故A项错误。根据轻核聚变发生的条件可知，发生轻核聚变的方法是把参与反应的物质加热到几百万摄氏度以上的高温，故B、C两项错误，D项正确。
2．我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”。设可控热核实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。光速为c。下列说法中不正确的是( )
A．这种装置中发生的核反应方程式是
H＋H→He＋n
B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同
答案 B
解析 可控热核反应实验装置属于轻核聚变，所以D正确。核反应方程为H＋H→He＋n，A正确。在这个过程中满足爱因斯坦质能方程，即核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2，所以C正确。核反应过程中，有质量亏损，释放能量质量不守恒，B错误，所以不正确的选项为B。
3．科学家发现在月球上含有丰富的He(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He＋He→2H＋He。下列关于He聚变的表述正确的是( )
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He聚变反应发电
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，D错误；选项B正确，A、C错误。
4．(多选)热核反应是一种理想能源的原因是( )
A．平均每个核子，比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的原料在地球上储量丰富
D．热核反应的速度容易控制
答案 ABC
解析 热核反应速度不易控制，D错。
5．关于粒子，下列说法正确的是( )
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．强子都是带电的粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
答案 D
解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，A错误；不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，C错误；不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，D正确。
6．加拿大萨德伯里中微子观测站揭示了失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( )
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
A．①③ B．②③ C．③④ D．①②
答案 B
解析 中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。
7．现在科学家正在设法寻找“反物质”。所谓“反物质”是由“反粒子”组成的，则反α粒子的符号是( )
A.He B.He C.He D.He
答案 C
解析 反物质是质量相同，而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，α粒子的符号为He，因而反α粒子的质量数为4，而电荷数为－2，符号为He，A、B、D错误，C正确。
8．太阳能的产生是由于太阳内部所发生的一系列核反应形成的，其主要的核反应过程可表示为( )
A．4H→He＋2e
B.N＋He→O＋H
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n
D.U→Th＋He
答案 A
解析 太阳内部发生的核反应是轻核聚变，是轻核反应生成较大核的过程，A正确；B是人工核反应的方程，C是裂变反应方程，D是衰变反应方程，B、C、D错误。
[题组通关练]
9．(1)一个X核与一个氚核结合成一个氦核时放出一个粒子Y，由于质量亏损放出的能量为ΔE，核反应方程是X＋H→He＋Y；Y可以通过释放一个电子而转化为质子。下列说法中不正确的是( )
A．Y是中子
B.U可以俘获Y发生裂变反应
C．X＋H→He＋Y是原子核的人工转变方程
D．核反应X＋H→He＋Y中亏损的质量为
(2)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。
①中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即：中微子＋H→n＋e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________。(填正确答案标号)
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
②上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即e＋e→2γ。已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_________________________________________________________。
③试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。
答案 (1)C (2)①A ②8.2×10－14 动量不守恒 ③λe>λn
解析 (1)由题意，由于Y可以释放一个电子而转化为质子，即可判断出Y是一个中子，质量数是1，电荷数是0。故A正确；由于Y是核反应的过程中释放出的中子，所以U可以俘获Y发生裂变反应。故B正确；X的质量数：m＝4＋1－3＝2；电荷数：n＝2＋0－1＝1；所以X核是氘核；所以X＋H→He＋Y是轻核的聚变。故C不正确。根据爱因斯坦质能方程可知，核反应X＋H→He＋Y中亏损的质量等于。故D正确。不正确的选项为C。
(2)①发生核反应前后，质量数和电荷数守恒，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A项正确。
②产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，静质量变为零，则E＝Δmc2，故一个光子的能量为≈8.2×10－14 J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律。
③物质波的波长为λ＝，因为动能相同，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来，即p＝，因为mn＞me，所以pn＞pe，故λe＞λn。
10．(1)(多选)有下列反应：
①He＋Al→P＋n
②H＋H→He＋γ
③F＋H→O＋He
④U＋n→Sr＋Xe＋10n＋γ
关于上面四个核反应方程，下列说法正确的是( )
A．①是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
(2)已知氘核质量为2.0136 u，中子质量为1.0087 u，He 核的质量为3.0150 u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成 He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV。除了计算质量亏损外，He的质量可以认为是中子的3倍)
①写出该核反应的反应方程式；
②该核反应释放的核能是多少？
③若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少 MeV?
答案 (1)ABD (2)①H＋H→He＋n
②3.26 MeV ③0.45 MeV
解析 (1)根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式，A正确；②是聚变的核反应方程式，B正确；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，C错误；④是裂变的核反应方程式，D正确。
(2)①核反应方程为：H＋H→He＋n
②质量亏损为：
Δm＝2.0136×2 u－(3.0150 u＋1.0087 u)＝0.0035 u，释放的核能为：
ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5 MeV≈3.26 MeV。
③设中子和He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2。反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，由E＝得＝＝3，E2＝＝1.04 MeV，
由能量的转化和守恒定律，得
E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV。
即反应前每个氘核的动能是0.45 MeV。
