（高中物理）高三物理原子核物理人教實驗

1、高三物理原子核物理人教實驗版【本講教育信息】一. 教學內容：原子核物理二. 重點、難點：1. 重點：放射線種類、性質及核力與結合能2. 難點：半衰期的計算和質量虧損與核能的計算三. 具體內容：1. 三種射線：射線：氦核流速度約為光速的 1/10。貫穿本領最小，但有很強的電離作用，很容易使空氣電離，使照相底片感光的作用也很強；射線：高速運動的電子流。速度為0.99c，接近光速，貫穿本領很強。很容易穿透黑紙，甚至能穿透幾毫米厚的鋁板，但它的電離作用比較弱。射線：為波長極短的電磁波，速度為光速c。性質非常象射線，只是它的貫穿本領比射線大很多，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，但它的電離作用卻很小。2. 衰變

2、規(guī)律：衰變，電荷數(shù)2，質量數(shù)4，核反響為：衰變，電荷數(shù)+1，質量數(shù)不變，核反響為：3. 半衰期T：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。4. 核力的特點：1核力是四種相互作用中的強相互作用強力的一種表現(xiàn)。2核力是短程力。約在1015m量級時起作用，距離大于0.8×1015m時為引力, 距離為1.5×1015m時核力幾乎消失，距離小于0.8×1015m時為斥力。3核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內所有核子發(fā)生作用。5. 結合能：當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量。這個能量叫做原子核的結合能。

3、比結合能：結合能與核子數(shù)之比，稱做為比結合能。也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。6. 質量虧損：質量虧損：原子分解為核子時，質量增加；核子結合成原子核時，質量減少。原子核的質量小于組成原子核的核子的質量之和，叫做質量虧損?！镜湫屠}】例1 如圖圖示，x為未知放射源，將強磁場M移開，計數(shù)器所測得的計數(shù)率保持不變，然后將薄鋁片L移開，那么計數(shù)率大幅度上升，x為 A. 純放射源B. 純放射源C. 及的混合放射源D. 及的混合放射源答案：D解析：將強磁場M移開，計數(shù)器所測得的計數(shù)率保持不變，說明射線不帶電，應為射線。射線可以穿透幾毫米的鋁板，將薄鋁片L移開，那么

4、計數(shù)率大幅度上升，說明不是射線，所以x 應為和的混合放射源。例2 在勻強磁場中，原來靜止的某原子核，由于放出粒子而形成兩個外切的圓形徑跡，經(jīng)測定兩圓半徑之比為44：1。假設基元電荷用e表示，那么該原子核所帶電荷量為 A. 43eB. 45eC. 88eD. 90e答案：D解析：因為原來靜止的某原子核在發(fā)生衰變時動量守恒及，知半徑r與電荷量q成反比。設原來的核所帶電荷量為q，那么，得，選項D正確。例3介子衰變方程為，其中介子和介子帶負的基元電荷，介子不帶電。一個介子沿垂直磁場方向射入勻強磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點相切，它們的半徑與之比為2：1。介子的

5、軌跡未畫出。由此可知的動量與的動量大小之比為 A. 1：1B. 1：2C. 1：3D. 1：6答案：C解析：，所以動量為，根據(jù)K介子發(fā)生衰變時動量守恒有。聯(lián)立各式可解得，所以選項C正確。例4 在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核發(fā)生衰變，得到一個如下列圖的徑跡，圖中箭頭表示衰變后粒子的運轉方向。不計放出光子的能量。那么下述說法中正確的選項是 A. 發(fā)生的是衰變，b為粒子的徑跡B. 發(fā)生的是衰變，b為粒子的徑跡C. 磁場方向垂直紙面向外D. 磁場方向垂直紙面向里答案：AD解析：根據(jù)上述兩軌跡圓的相切情況可得：凡兩軌跡圓內切，是衰變；外切者，那么是衰變。又因，衰變粒子或和新核動量大小相等，所以半徑大

6、的軌跡圓是或的徑跡，半徑小的軌跡圓是新核的徑跡。應選項A正確。由左手定那么可知，選項D也正確。例5 兩個放射性元素樣品A、B，當A有15/16的原子核發(fā)生衰變時，B恰好有63/64的原子核發(fā)生衰變，求A和B的半衰期之比TA ：TB為多少？解析：設這段時間為t ，由題知，A有1/16未發(fā)生衰變， B有1/64未發(fā)生衰變， 由衰變規(guī)律得 t/TA=4 t/TB=6 TA ：TB =3 : 2例6 一小瓶含有某種放射性同位素的溶液，它每分鐘衰變6000次，將它注射到一個病人的血液中，經(jīng)過15小時，從病人身上取出10cm3的血樣，測得每分鐘衰變2次。這種同位素半衰期為5小時。試根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算人體血

7、液的總體積。解析：設放射性同位素原有質量為m0，15小時后剩余質量為m，人體血液的總體積為Vcm3，由每分鐘衰變次數(shù)與其質量成正比可得。再由半衰期公式得，其中，聯(lián)立以上幾式可解得V=3750cm3。例7 23290Th釷經(jīng)過一系列和衰變，成為20882Pb鉛，那么 鉛核比釷核少了8個質子鉛核比釷核少了16個中子共經(jīng)過4次衰變和6次衰變共經(jīng)過6次衰變和4次衰變A. B. C. D.答案：D解析：釷核與鉛核的質子數(shù)之差為9082 =8，中子數(shù)之差為2329020882=16。由于衰變過程中質量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，故可通過列方程求解衰變和衰變的次數(shù)。設23290h變成20882Pb經(jīng)過X次衰變、次衰變

8、。由質量數(shù)守恒得：208+4X=232；由電荷數(shù)守恒得：82+2XZ=90，解出X=6，Z=4，那么選項D是正確。例8 氘核和氚核聚變時的反響方程為。氚的平均結合能是2.78Mev，氘的平均結合能是1.09Mev，氦的平均結合能是7.03Mev，試計算核反響時釋放的能量？解析：反響前：反響后：例9 一原子反響堆中，用石墨作減速劑使快中子減速碳的質量是中子質量的12倍假設把中子與碳核的每一次碰撞都看作是彈性正碰動量守恒、機械能守恒，且每次碰撞前的碳核都是靜止的1假設碰撞前中子動能為，中子能量經(jīng)過一次碰撞后損失多少？2至少經(jīng)過多少次碰撞，中子的動能才能小于？答案：；7次解析：1設中子質量為m，初速

9、度為，碰撞后速度為碳核質量為，與中子碰撞后減速為根據(jù)彈性正碰、動量守恒、動能守恒，那么解出，代入那么中子經(jīng)一次碰撞后的動能損失2中子經(jīng)一次碰撞，速度減小為，碰后動能二次碰撞，速度減小為，碰后動能n次碰撞，速度減小為，碰后動能由題意知要使即：中子與靜止的碳核連續(xù)碰撞7次后動能將減小到【模擬試題】1. 以下可以說明原子核具有復雜結構的實驗事實是 A. 粒子散射實驗 B. 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)C. 陰極射線的發(fā)現(xiàn) D. 倫琴射線的發(fā)現(xiàn)2.以下表達中，符合物理學史事實的有 A. 托馬斯·楊通過對光的干預的研究，證實了光具有波動性B. 愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說C. 盧瑟福通過

10、對粒子散射的研究，提出了原子的核式結構學說D. 貝克勒爾通過對天然放射性的研究，發(fā)現(xiàn)了原子核是由質子和中子組成的3. 衰變中所放出的電子來自 A. 組成原子核的電子 B. 原子核外的軌道中的電子C. 原子核內中子轉化為質子 D. 原子核內質子轉化為中子4.假設元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，那么相同質量的A和B，經(jīng)過20天后，剩下的質量之比mA:mB為 A. 30:31 B. 31:30 C. 1:2 D. 2:15.放射性同位素的樣品經(jīng)過6小時后還剩下沒有衰變，它的半衰期是 A. 2小時 B. 1.5小時 C. 1.17小時 D. 6. 為測定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶

11、液倒入水庫中，這瓶溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素半衰期為2天，10天以后從水庫中取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少m3？7. 氡222經(jīng)過衰變變?yōu)?18的釙，半衰期是3.8天，那么一定質量的純氡222經(jīng)15.2天后，其氡、釙的質量之比是多少？8.以下核反響方程，X代表質子的方程是 A. B. C. D. 9.以下說法正確的選項是 A.衰變?yōu)橐?jīng)過1次衰變和1次衰變B.衰變?yōu)橐?jīng)過1次衰變和1次衰變C.衰變?yōu)橐?jīng)過6次衰變和4次衰變D.衰變?yōu)橐?jīng)過4次衰變和6次衰變10.以下說法正確的選項是 A. 當氫原子從n=2的狀態(tài)躍遷到n=6的狀態(tài)時，發(fā)出光子B. 放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間C. 同一元素的兩種同位素具有相同的質子數(shù)D. 中子與質子結合成氘核時吸收能量11. 完成以下核反響方程，并指出分別屬于何種反響。1+，反響；2，反響；3+ ，反響； 4，反響。12. 如下列圖，在勻強磁場中一個靜止于M點的鐳核發(fā)生衰變，所放出粒子的速度方向如圖中實線所示。鐳核的質量為226.0254u，粒子的質量為4.0026u，所生成的反沖核的質量為222。0175U，核反響中所釋放的能量全部轉化為動能。1在圖