第38講　原子核-高中物理資料

第38講原子核原子核的衰變及半衰期1.月球車是我國探月工程中的重要部分.它進(jìn)入休眠期時(shí)可采用同位素Pu238電池為其保暖供電.Pu238可用

93237Np吸收一個(gè)中子得到.Pu238衰變時(shí)只放出α射線,其半衰期為88年.下列說法正確的是 (AA.Np237轉(zhuǎn)變成Pu238的核反應(yīng)方程為

93237Np+01nB.α衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子C.α射線具有較強(qiáng)的穿透能力,可以穿透幾毫米厚的鉛板D.在月球環(huán)境下Pu238的半衰期可能會(huì)發(fā)生變化[解析]根據(jù)題意可知Np237轉(zhuǎn)變成Pu238的核反應(yīng)方程為

93237Np+01n→94238Pu+0-1e,A正確;β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,B錯(cuò)誤;α射線的穿透能力很弱,一張厚紙就可以擋住2.(多選)“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式,它是指原子核(母核)俘獲一個(gè)核外電子,其內(nèi)部一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?從而變成一個(gè)新核(子核),并且放出一個(gè)中微子的過程.中微子的質(zhì)量極小且不帶電,很難探測到,人們最早就是通過子核的反沖而間接證明中微子存在的.若一個(gè)靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”(電子的初動(dòng)量不計(jì)),則(BC)A.母核的質(zhì)量數(shù)比子核的質(zhì)量數(shù)多1個(gè)B.母核的電荷數(shù)比子核的電荷數(shù)多1個(gè)C.子核的動(dòng)量與中微子的動(dòng)量大小相等D.子核的動(dòng)能大于中微子的動(dòng)能[解析]原子核(稱為母核)俘獲一個(gè)核外電子,使其內(nèi)部的一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶?并放出一個(gè)中微子,從而變成一個(gè)新核(稱為子核),子核與母核相比,電荷數(shù)少1,質(zhì)量數(shù)不變,故A錯(cuò)誤,B正確;靜止的原子核(稱為母核)俘獲電子(電子的初動(dòng)量可不計(jì))的過程中動(dòng)量守恒,初狀態(tài)系統(tǒng)的總動(dòng)量為0,則子核的動(dòng)量和中微子的動(dòng)量大小相等,方向相反,故C正確;子核的動(dòng)量大小和中微子的動(dòng)量大小相等,由于中微子的質(zhì)量很小,根據(jù)Ek=12mv2=p22m可知,中微子的動(dòng)能大于子核的動(dòng)能,3.(多選)室內(nèi)氡的放射性污染具有長期性、隱蔽性和危害大、不易徹底消除等特點(diǎn),裝修材料中的石材瓷磚中的鐳衰變產(chǎn)生的氡是放射性氡的主要來源.已知氡

86222Rn的半衰期約為4天,經(jīng)衰變后產(chǎn)生一系列的物質(zhì),最后變成穩(wěn)定的

82206Pb,在這一系列過程中,下列說法正確的是 (A.鐳衰變成氡的方程式

88226Ra→86222Rn+X中,粒子B.

86222Rn衰變成

82206Pb的過程要經(jīng)過6次α衰變和C.氡核

86222Rn的質(zhì)子數(shù)為86,D.40個(gè)氡核

86222Rn經(jīng)過4天后一定有[解析]根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)是2,質(zhì)量數(shù)是4,所以X是α粒子,故A正確;設(shè)

86222Rn衰變成

82206Pb的過程要經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變,則222=206+4m,86=82+2m-n,解得m=4,n=4,故B錯(cuò)誤;氡核

86222Rn的質(zhì)子數(shù)為86,中子數(shù)為136,故C正確;核反應(yīng)及核反應(yīng)類型4.有四個(gè)核反應(yīng)方程如下①92235U+01n→

3895Sr+

54138Xe+3x1,②12H+x2→23He+01n,③92A.①是核聚變 B.x2為

1C.③是核裂變 D.x4為中子[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,x1的質(zhì)量數(shù)為235+1-95-1383=1,而質(zhì)子數(shù)為92-38-543=0,所以x1是

01n,①是核裂變反應(yīng),故A錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,x2的質(zhì)量數(shù)為3+1-2=2,而質(zhì)子數(shù)為2-1=1,所以x2是

12H,故B正確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,x3的質(zhì)量數(shù)為238-234=4,而質(zhì)子數(shù)為92-90=2,所以x3是

24He,③是α衰變,故C錯(cuò)誤;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,5.(多選)下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法中正確的 (ABC)A.盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B.天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是γ射線C.據(jù)圖可知,原子核A裂變成原子核B和C要放出核能D.據(jù)圖可知,原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量[解析]盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故A正確;天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是γ射線,B正確;裂變和聚變都有質(zhì)量虧損,根據(jù)質(zhì)能方程可知,都放出能量,C正確,D錯(cuò)誤.6.如圖所示,將氦核和

12H從圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域的水平直徑上的P點(diǎn)以大小相等的動(dòng)量沿反方向射出,二者分別從水平直徑的M、N點(diǎn)射出磁場,則下列說法正確的是 (DA.一定有NP=4MPB.射出的粒子速度大小滿足vHe>vHC.氦核在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比

12D.若氦核由

12H與

13H聚變產(chǎn)生,則核反應(yīng)方程為

12H[解析]氦核和

12H在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供,故有qvB=mv2r,解得r=mvqB,則從M、N兩點(diǎn)離開的粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為1∶2,結(jié)合幾何知識(shí)可知NP=2MP,故A錯(cuò)誤;氦核的質(zhì)量大于

12H的質(zhì)量,二者動(dòng)量大小相等,則有vHe<vH,故B錯(cuò)誤;氦核和

12H的比荷相同,由T=2πrv=2πmqB可知,二者運(yùn)動(dòng)周期相同,又根據(jù)幾何知識(shí)可知二者在磁場中的偏轉(zhuǎn)角度相等,則二者在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等,故C錯(cuò)誤;若氦核由

12H與質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算7.(多選)2020年12月17日,攜帶“月壤”的“嫦娥五號(hào)”返回器成功著陸.“月壤”中的氦-3是目前為止最理想的核聚變能源,它是一種高效、清潔、安全的核燃料,其參與的一種核反應(yīng)為223He→211H+24He+γ,其中輻射出一個(gè)γ光子.已知質(zhì)子、氦-3、氦-4的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c,A.

23He的比結(jié)合能比

B.目前核電站使用的核燃料是

2C.輻射出的γ光子的能量E=(2m2-2m1-m3)cD.輻射出的γ光子的波長λ=h[解析]

23He核反應(yīng)生成

24He,同時(shí)釋放巨大能量,則

23He的比結(jié)合能比

24He的小,故A正確;目前核電站使用的核燃料是

92238U和

92235U,故B錯(cuò)誤;由質(zhì)能方程可知輻射出的γ光子的能量為E=(2m2-2m1-m3)c2,故C錯(cuò)誤;由c=λν及E=8.硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù),其原理是進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核(510B)吸收慢中子,轉(zhuǎn)變成鋰核(37Li)和α粒子,釋放出γ光子.已知核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm,γ光子的能量為E0,硼核的比結(jié)合能為E1,鋰核的比結(jié)合能為E2,普朗克常量為(1)寫出核反應(yīng)方程并求出γ光子的波長λ;(2)求核反應(yīng)