第十五章第2單元天然放射現(xiàn)象核反應(yīng)核能知能演練場(chǎng)

1、選考部分 選修3-5 第十五章 第2單元 天然放射現(xiàn)象、核 反應(yīng)、核能智能演練場(chǎng)1(2009·福建高考)隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是_(填選項(xiàng)前的編號(hào))盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子輕核聚變反應(yīng)方程有：HHHen氫原子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)和從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)，前者躍遷輻射出的光子波長比后者的長解析：盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)說明的是原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而不是原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)；天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；氫原子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)放出的光子能量大于從n2能級(jí)

2、躍遷到n1能級(jí)放出的光子能量，故前者波長小于后者答案：2某核反應(yīng)方程為HHHeX.已知H的質(zhì)量為2.0136 u，H的質(zhì)量為3.0180 u，He的質(zhì)量為4.0026 u，X的質(zhì)量為1.0087 u則(1)X是什么粒子？(2)該反應(yīng)釋放能量還是吸收能量？解析：根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)及電荷數(shù)守恒可得X為n(中子)反應(yīng)前的總質(zhì)量為m12.0136 u3.0180 u5.0316 u，反應(yīng)后的總質(zhì)量為m24.0026 u1.0087 u5.0113 u，由于m1m2，故反應(yīng)過程中釋放能量答案：(1)中子(n)(2)釋放能量3云室處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一靜止的質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次衰

3、變，粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，其運(yùn)動(dòng)軌跡在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)，且軌道半徑為R，試求衰變過程中的質(zhì)量虧損(注：涉及動(dòng)量問題時(shí)，虧損的質(zhì)量可忽略不計(jì))解析：設(shè)放出的粒子的速率為v，它在洛倫茲力作用下做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)由牛頓第二定律，知qvBmv2/R則mvqBR設(shè)衰變后剩余核的速度是v，衰變過程中動(dòng)量守恒(Mm)vmv.粒子、剩余核的動(dòng)能來源于虧損的質(zhì)量，有mc2(Mm)v2mv2.解得m.答案：4一個(gè)靜止的氡核Rn，放出一個(gè)粒子后衰變?yōu)獒暫薖o，同時(shí)放出能量為E0.26 MeV的光子假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺c粒子的動(dòng)能，不計(jì)光子的動(dòng)量已知M氡222.08663 u、m4.0026 u

4、、M釙218.0766 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量(1)寫出上述核反應(yīng)方程；(2)求出發(fā)生上述核反應(yīng)放出的能量；(3)確定釙核與粒子的動(dòng)能解析：(1)RnPoHe(2)質(zhì)量虧損m222.08663 u4.0026 u218.0766 u0.00743 uEmc26.92 MeV(3)設(shè)粒子、釙核的動(dòng)能分別為Ek、Ek釙，動(dòng)量分別為p、p釙，由能量守恒定律得：EEkEk釙E不計(jì)光子的動(dòng)量，由動(dòng)量守恒定律得：0pp釙又Ek故EkEk釙2184聯(lián)立上面式子解得Ek釙0.21 MeV，Ek6.54 MeV.答案：見解析5太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)

5、釋放出的大量能量就是太陽的能源(1)寫出這個(gè)核反應(yīng)方程(2)這一核反應(yīng)能釋放出多少能量？×1026 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少kg?(4)若太陽質(zhì)量減小萬分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽還能存在多少年？(mp1.0073 u，m4.0015 u，me0.00055 u，太陽的質(zhì)量為2×1030 kg)解析：(1)核反應(yīng)方程是4HHe2e.(2)這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損是m4mpm2me0.0266 uEmc2×931.5 MeV24.78 MeV.(3)由Emc2得每秒太陽質(zhì)量減少m kg×109 kg.(4)太陽的質(zhì)量為2×1030 k

6、g，太陽還能存在的時(shí)間為t s×1017 s×109年答案：(1)4HHe2e(2)24.78 MeV×109 kg×109 年6(2009·江蘇高考)在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年，萊克斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在(1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即中微子Hne可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是_(填寫選項(xiàng)前的字母)A0和0B0和1C1和0 D1和1(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的

7、正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子()，即ee2×1031 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_J正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是_解析：(1)由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知A正確(2)由能量守恒有2E2mec2，所以Emec2×1031××108)2×1014 J反應(yīng)過程中動(dòng)量守恒且總動(dòng)量為零答案：×1014遵循動(dòng)量守恒7(1)放射性物質(zhì)Po和Co的核衰變方程分別為：PoPbX1CoNiX2方程中的X1代表的是_，X2代表的是_(2)如圖1521所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放、和射線

8、的放射性物質(zhì)，在靠近鉛盒的頂部加上電場(chǎng)E或磁場(chǎng)B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖(在所畫軌跡上須標(biāo)明是、和中的哪種射線)解析：(1)由質(zhì)量數(shù)守恒可知X1、X2的質(zhì)量數(shù)分別為4、0，由電荷數(shù)守恒可知X1、X2的電荷數(shù)分別為2、1，故X1是He，X2是e. (2)粒子帶正電，在圖(a)電場(chǎng)中向右偏，在圖(b)的磁場(chǎng)受到指向左側(cè)的洛倫茲力向左偏，粒子帶負(fù)電，故在圖(a)中向左偏而在圖(b)中向右偏，粒子不帶電，故不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示(曲率半徑不作要求，每種射線可只畫一條軌跡)答案：(1)Hee(2)見解析圖8一個(gè)钚的同位素Pu的原子核靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中某時(shí)刻該原子核垂直于磁場(chǎng)方向放射出一個(gè)粒子，變成鈾的同位素，同時(shí)輻射出能量為E0.09 MeV的光子已知钚原子核的質(zhì)量M0238.999655 u，粒子的質(zhì)量m4.001509 u，反沖核的質(zhì)量M234.993470 u取1 u·c2931 MeV.(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程(2)粒子和反沖核的動(dòng)能各是多少？(3)畫出粒子和反沖核在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖解析：(1)由題意根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應(yīng)方程為PuUHeE.(2)設(shè)衰變后粒子的速度為v，反沖核的速度為v，根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒，有mvMv(M0Mm)·c2EEkEkU4