第19 章原子核 Word版含解析

1.太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为HHe+e+2ν。已知 H和 He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c2,c为光速。在4个H转变成1个He的过程中,释放的能量约为(　C　)
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
解析:由爱因斯坦质能方程得ΔE=Δmc2=(4×mp-mα-2me)·c2,忽略电子质量代入数据解得ΔE=(4×1.007 8 u-4.002 6 u)·c2≈26.6 MeV,故C正确。
2.(2019·温州九校模拟)(多选)关于近代物理,下列说法正确的是(　ABD　)
A.卢瑟福由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
B.由UThHe可知,衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核质量
C.分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出,红光照射时,逸出的光电子的最大初动能较大
D.基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后,最多发射
2种频率的光子
解析:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,建立了原子的核式结构模型,故A正确;由爱因斯坦质能方程可知,衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核质量,故B正确;分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出,由于紫色光的频率大,由Ekm=hν-W0可知,紫光照射时,逸出的光电子的最大初动能较大,故C错误;基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后,当该原子向低能级跃迁时,途径是n=3→n=2,n=2→n=1,发射2种频率的光子,故D正确。
3.国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是(　B　)
AN俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子
BAl俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子
CB俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子
DLi俘获一个质子,产生He并放出一个粒子
解析:根据质量数守恒、电荷数守恒,各选项核反应方程为HeOH,A错误AlHePn,B正确;BHBeHe,C错误LiHHeHe,D错误。
4.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe,下列说法正确的是(　B　)
A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
解析:衰变前后动量守恒,衰变前动量为零,故衰变后钍核与α粒子动量大小相等,方向相反,选项B正确;又Ek=,钍核与α粒子动量大小相等,但质量不同,故动能不同,选项A错误;半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,而放出α粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间,选项C错误;衰变前后质量数不变,但有质量亏损,选项D错误。
5.(多选)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年,其衰变方程为Pu→XHe+γ,下列有关说法正确的是(　AD　)
A.X原子核中含有92个质子
B.100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C.由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量增加
D.衰变发出的γ射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力
解析:X原子核中含有94-2=92个质子,选项A正确;半衰期描述的是大量原子的统计规律,对少量原子无意义,选项B错误;由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量减小,选项C错误;衰变发出的γ射线是波长很短的光子,具有很强的穿透能力,选项D正确。
6.关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的有(　D　)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,从而达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿能力强可以为金属探伤,也能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子使其DNA发生变异,其结果一定是更优秀的品种
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伤害
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,将静电导走。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,因此要科学地控制剂量。选项D正确。
7.关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理,下列说法正确的是(　C　)
A.镉棒能释放中子,依靠释放的多少控制反应速度
B.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C.利用镉棒对中子吸收能力强的特点,依靠插入的多少控制中子数量
D.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用,利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
解析:镉棒并不能释放中子,也不能使中子减速,对铀核裂变也没有阻碍作用,而是利用对中子的吸收能力强的特点,控制中子数量的多少而控制核反应速度,故选项C正确。
8.(多选)原子核的比结合能曲线如图所示(质量数0～25被放大),根据该曲线,下列判断中正确的有(　BC　)
AHe核的结合能约为14 MeV
BHe核比Li核更稳定
C.两个H核结合成He核时释放能量
DU核中核子的平均结合能比Kr核中的大
解析:由题图知He核的比结合能约为7 MeV,所以结合能约为4×7 MeV=28 MeV,故A错误He核比Li核的比结合能大,所以He核比Li核更稳定,B正确;两个H核结合成He核时,即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量,C正确;由题图知U核中核子的平均结合能比Kr核中的小,所以D错误。
能力提升
9.(多选)一个原子核U在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为Un→XSr+n,则下列叙述正确的是(　AB　)
A.X原子核中含有140个核子
B.X原子核中含有86个中子
C.因为裂变时释放能量,所以裂变后粒子的总质量数增加
D.因为裂变时释放能量,所以裂变后粒子的总质量数减少
解析:设X原子核中含有x个质子,质量数为y,根据电荷数和质量数守恒有92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,所以X的中子数为y-x=86,故A,B正确;裂变反应过程中质量数守恒,质量数不会增加,也不会减少,故C,D错误。
10.某些建筑材料含放射性元素氡,氡可以发生α或β衰变,如果人长期生活在氡浓度过高的环境中,受到长期氡放射性的影响,会严重危害人体健康。原来静止的质量为M的氡核Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)。已知衰变后的α粒子的质量为m、电荷量为q、速度为v,钋核的质量为m1,并假设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能。
(1)写出衰变方程。
(2)求出衰变过程中的质量亏损。
解析:(1)根据核反应中质量数和核电荷数守恒有
RnPoHe。
(2)设新核的速度为v′,根据动量守恒定律有
0=mv+m1v′
衰变过程中释放的核能为
ΔE=mv2+m1v′2
根据爱因斯坦质能方程有
ΔE=Δmc2,
联立上面各式解得
Δm=。
答案:(1RnPoHe
(2)
11.一个静止的铀核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)。(已知原子质量单位1 u=1.67×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV)
(1)写出衰变方程。
(2)算出该衰变反应中释放出的核能。
(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则钍核获得的动能有多大?
解析:(1)衰变方程为UThHe。
(2)ΔE=Δmc2=(232.037 2-228.028 7-4.002 6)×931.5 MeV≈
5.50 MeV。
(3)根据动量守恒定律m钍v钍=mαvα,
则=====
故Ek钍==≈0.09 MeV。
答案:(1UThHe
(2)5.50 MeV
(3)0.09 MeV
12.氮核N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核He),它的速度大小是8.0×106 m/s,方向与反应前中子的速度方向相同。
(1)写出此核反应的方程,求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向。
(2)此反应过程中是否发生了质量亏损,说明依据。
解析:(1NnBHe
用m1,m2和m3分别表示中子n)、氦核He)和新核的质量,取反应前中子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得m1v1=m2v2+m3v3
代入数值,
得v3=-8.2×105 m/s
即反应后生成的新核的速度大小为8.2×105 m/s
方向与反应前中子的速度方向相反。
(2)反应前的总动能E1=m1
反应后的总动能E2=m2+m3
经计算知E1>E2,即反应中吸收能量,质量增加,没有亏损。
答案:(1NnBHe
8.2×105 m/s　与反应前中子的速度方向相反　
(2)见解析