高中物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案第十二章近代物理初步第2講　原子核和核能

第2講原子核和核能見學(xué)生用書P185 微知識1天然放射現(xiàn)象1．天然放射現(xiàn)象：某些元素自發(fā)地放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱為放射性元素。2．三種射線的本質(zhì)：α射線是氦核流，β射線是電子流，γ射線是電磁波。微知識2原子核的衰變1．定義原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓性雍说乃プ儭?．分類(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，同時放出γ射線。(2)β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e，同時放出γ射線。3．半衰期(1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)。微知識3放射性同位素及應(yīng)用1．同位素有些原子的原子核電荷數(shù)相同，但質(zhì)量數(shù)不同，這樣一些具有相同核電荷數(shù)和不同質(zhì)量數(shù)的原子互稱為同位素。2．放射性同位素的應(yīng)用(1)放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等。(2)做示蹤原子。微知識4核反應(yīng)用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程。典型核反應(yīng)：(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程。eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n。(3)約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程。eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n,eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。常見的核反應(yīng)有：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變。微知識5核能1．核能由于原子核中的核子間存在強(qiáng)大的核力，使得原子核成為一個堅固的集合體，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子集合成一個原子核，就要放出巨大的能量。2．質(zhì)能方程(1)質(zhì)能方程：E＝mc2，m是物體的質(zhì)量，c是真空中的光速。上述表明：物體的質(zhì)量和能量間有一定聯(lián)系，即物體具有的能量與其質(zhì)量成正比，當(dāng)物體的能量增加或減小ΔE，它的質(zhì)量也會相應(yīng)地增加或減少Δm，ΔE與Δm的關(guān)系是ΔE＝Δm·c2。(2)質(zhì)量虧損：核子結(jié)合成原子核時要釋放能量，按上述關(guān)系，原子核的質(zhì)量要小于組成原子核的核子總質(zhì)量，這個質(zhì)量差也叫質(zhì)量虧損。3．獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個(或多個)中等質(zhì)量核的反應(yīng)過程。重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能。鈾235裂變時發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬攝氏度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。)1．原子核是由質(zhì)子和中子組成的。(√)2．β射線中的電子是原子核外的電子。(×)3．半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用。(√)4．核力是弱相互作用。(×)5．質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰俊?×)6．所有的核反應(yīng)都是釋放能量的反應(yīng)。(×)二、對點(diǎn)微練1．(三種射線的性質(zhì))放射性元素衰變時放出的三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是()A．α射線，β射線，γ射線 B．γ射線，β射線，α射線C．γ射線，α射線，β射線 D．β射線，α射線，γ射線解析貫穿能力最強(qiáng)的是γ射線，β射線次之，α射線最弱，故正確答案為B項(xiàng)。答案B2．(核反應(yīng)方程)原子核eq\o\al(238,92)U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,90)Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,91)Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,92)U。放射性衰變①②和③依次為()A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、α衰變和β衰變C．β衰變、β衰變和α衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變解析本題考查核反應(yīng)特點(diǎn)、α衰變和β衰變特點(diǎn)，意在考查考生理解和識記α衰變和β衰變特點(diǎn)的能力，以及分析判斷能力。根據(jù)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒特點(diǎn)，eq\o\al(238,92)U核與eq\o\al(234,90)Th核比較可知，核反應(yīng)的另一產(chǎn)物為eq\o\al(4,2)He，所以衰變①為α衰變，BC項(xiàng)排除；eq\o\al(234,90)Th與eq\o\al(234,91)Pa，eq\o\al(234,91)Pa核與eq\o\al(234,92)U核比較可知，核反應(yīng)的另一產(chǎn)物為eq\o\al(0,－1)e，所以衰變②③為β衰變，A項(xiàng)正確。答案A3．(核能的計算)以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子 B．質(zhì)子C．中子 D．電子解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，三個核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(17,8)O，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(12,6)C，z為中子，C項(xiàng)正確。答案C見學(xué)生用書P186微考點(diǎn)1原子核的衰變半衰期核|心|微|講1．衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)(1)α衰變和β衰變的比較(2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生的。2．半衰期半衰期的計算：根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式。N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(eq\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(eq\f(t,τ))，式中N原，m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。3．確定α、β衰變次數(shù)的方法典|例|微|探【例1】(多選)目前，在居家裝修中，經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石都會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出α、β、γ射線，這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道方面的疾病，根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是()A．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時產(chǎn)生并發(fā)射出來的B．β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力C．已知氡的半衰期為3.8天，若取1g氡放在天平左盤上，砝碼放于右盤，左右兩邊恰好平衡，則7.6天后，需取走0.75砝碼天平才能再次平衡D．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2【解題導(dǎo)思】(1)α衰變和β衰變的實(shí)質(zhì)是什么？答：α衰變的實(shí)質(zhì)是每次α衰變釋放一個α粒子，β衰變的實(shí)質(zhì)是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時釋放出一個電子。(2)半衰期是大量原子核衰變時統(tǒng)計規(guī)律，對嗎？答：對。解析β衰變是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子同時釋放一個電子，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤；半衰期是指原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，而不是原子核的質(zhì)量減少一半，且質(zhì)量基本不變，故C項(xiàng)錯誤；α粒子為氦原子核，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2，D項(xiàng)正確。答案AD題|組|微|練1．(2018·湖南師大附中摸底考試)某放射性元素經(jīng)過11.4天有eq\f(15,16)的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為()A．11.4天 B．7.6天C．3.8天 D．2.85天解析經(jīng)過4個半衰期，原子有eq\f(15,16)發(fā)生衰變，所以T＝eq\f(11.4,4)天＝2.85天。答案D2．(多選)放射性同位素電池是一種新型電池，它是利用放射性同位素衰變放出的高速帶電粒子(α射線、β射線)與物質(zhì)相互作用，射線的動能被吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再通過換能器轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。其構(gòu)造大致是最外層是由合金制成的保護(hù)層，次外層是防止射線泄漏的輻射屏蔽層，第三層是把熱能轉(zhuǎn)化成電能的換能器，最里層是放射性同位素。電池使用的三種放射性同位素的半衰期和發(fā)出的射線如下表：同位素90Sr210Po238Pu射線βαα半衰期28年138天89.6年若選擇上述某一種同位素作為放射源，使用相同材料制成的輻射屏蔽層，制造用于執(zhí)行長期航天任務(wù)的核電池，則下列論述正確的是()A．90Sr的半衰期較長，使用壽命較長，放出的β射線比α射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄B．210Po的半衰期最短，使用壽命最長，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄C．238Pu的半衰期最長，使用壽命最長，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄D．放射性同位素在發(fā)生衰變時，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但衰變前后的總質(zhì)量數(shù)不變解析原子核衰變時，釋放出高速運(yùn)動的射線，這些射線的能量來自原子核的質(zhì)量虧損，即質(zhì)量減小，但質(zhì)量數(shù)不變，D項(xiàng)對；從表格中顯示Sr的半衰期為28年、Po的半衰期為138天、Pu的半衰期為89.6年，故Pu的半衰期最長，其使用壽命也最長，α射線的穿透能力沒有β射線強(qiáng)，故較薄的屏蔽材料即可擋住α射線的泄漏，C項(xiàng)對。答案CD微考點(diǎn)2核反應(yīng)類型核反應(yīng)方程核|心|微|講1．核反應(yīng)的四種類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變。2．核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。3．核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。4．核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。5．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒。典|例|微|探【例2】(多選)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一。下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰變C.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂變反應(yīng)D.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是α衰變【解題導(dǎo)思】總結(jié)衰變方程、人工轉(zhuǎn)變、聚變方程、裂變方程的特點(diǎn)。答：衰變方程左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子；人工核轉(zhuǎn)變的左邊是氦原子核等粒子與常見原子核的反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核；聚變方程左邊是兩個輕核，右邊是中等原子核；裂變的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等原子核。解析eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)，而不是β衰變；D項(xiàng)中是核裂變反應(yīng)，D項(xiàng)錯。答案AC題|組|微|練3．鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，則a＋b可能是()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)KrB.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)SrD.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr解析根據(jù)核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒，則a＋b兩種元素的質(zhì)量數(shù)之和為(235＋1－2)＝234，電荷數(shù)之和為92，D項(xiàng)中兩元素的質(zhì)量數(shù)為(140＋94)＝234，電荷數(shù)為(54＋38)＝92，故D項(xiàng)正確。答案D4．氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷。它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一。其衰變方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________。已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過________天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1g。解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，衰變方程為eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He。根據(jù)衰變方程m余＝m原(eq\f(1,2))eq\s\up15(eq\f(t,τ))，得1＝16×(eq\f(1,2))eq\s\up15(eq\f(t,3.8))，解得t＝15.2天。答案eq\o\al(4,2)He(或α)15.2微考點(diǎn)3核能的計算核|心|微|講1．核能產(chǎn)生的兩種方式(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂為兩個中等質(zhì)量的核，同時釋放出幾個中子，并伴隨釋放巨大的能量。(2)輕核聚變：某些輕核在一定條件下結(jié)合成質(zhì)量較大的核，同時釋放大量的能量，這個條件是幾百萬度以上的高溫。所以輕核聚變也稱為熱核反應(yīng)。2．核能的計算(1)利用愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，只要能計算出質(zhì)量虧損Δm，就能計算出核能。(質(zhì)量虧損Δm的單位一般用u,1u＝1.66×10－27kg(2)核反應(yīng)過程同樣遵循能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能。典|例|微|探【例3】假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.0136u，中子的質(zhì)量是1.0087u，氦核同位素的質(zhì)量是3.0150u。(1)聚變的核反應(yīng)方程式是______________________，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為__________MeV。(保留兩位有效數(shù)字)(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核子的比結(jié)合能分別為EH＝1.112MeV、EHe＝7.075MeV、ELi＝5.603MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能。【解題導(dǎo)思】計算核反應(yīng)中產(chǎn)生的能量的依據(jù)是什么？答：愛因斯坦的質(zhì)能方程。解析(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.0136u－(3.015＋1.0087)u＝3.5×10－3u。由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應(yīng)，所以氘核聚變時放出的能量：ΔE＝3.5×10－3×931.5MeV＝3.3MeV。(2)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成7個核子所需的能量為E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV，7個核子結(jié)合成eq\o\al(7,3)Li，釋放的能量為E2＝7×5.603MeV＝39.221MeV，所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝39.221MeV－31.636MeV＝7.585MeV。答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n3.3(2)7.585MeV題|組|微|練5．(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定E．自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能解析由原子核的結(jié)合能定義可知，原子核分解成自由核子時所需的最小能量為原子核的結(jié)合能，A項(xiàng)正確；重原子核的核子平均質(zhì)量大于輕原子核的平均質(zhì)量，因此原子核衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于衰變前的結(jié)合能，B項(xiàng)正確；銫原子核的核子數(shù)少，因此其結(jié)合能小，C項(xiàng)正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，D項(xiàng)錯誤。自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，E項(xiàng)錯誤。答案ABC6．(多選)科學(xué)家利用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV。下列表述正確的有()A．X是中子B．Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6C．兩個核反應(yīng)都沒有出現(xiàn)質(zhì)量虧損D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)解析根據(jù)核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，X的質(zhì)量數(shù)：m1＝2＋3－4＝1，核電荷數(shù)：z1＝1＋1－2＝0，所以X是中子，故A項(xiàng)正確；根據(jù)核反應(yīng)方程：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H，X是中子，所以Y的質(zhì)量數(shù)：m2＝4＋3－1＝6，核電荷數(shù)：z2＝2＋1－0＝3，所以Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是3，故B項(xiàng)錯誤；根據(jù)兩個核反應(yīng)方程可知，都有大量的能量釋放出來，所以一定都有質(zhì)量虧損，故C項(xiàng)錯誤；氘和氚的核反應(yīng)過程中是質(zhì)量比較小的核生成質(zhì)量比較大的新核，所以是核聚變反應(yīng)，故D項(xiàng)正確。答案AD見學(xué)生用書P188核反應(yīng)中的綜合問題素能培養(yǎng)1．兩個守恒定律的應(yīng)用若兩原子核發(fā)生核反應(yīng)生成兩種或兩種以上的新生原子核過程中滿足動量守恒的條件，則m1v1＋m2v2＝m3v3＋m4v4＋…若核反應(yīng)過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新生原子核的動能，由能量守恒得eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)＋ΔE＝eq\f(1,2)m3veq\o\al(2,3)＋eq\f(1,2)m4veq\o\al(2,4)＋…2．原子核衰變過程中，α粒子、β粒子和新生原子核在磁場中的軌跡。(1)α衰變中，α粒子和新生原子核在磁場中的軌跡外切，如圖甲所示。(2)β衰變中，β粒子和新生原子核在磁場中的軌跡內(nèi)切，如圖乙所示。經(jīng)典考題如圖所示，靜止在勻強(qiáng)磁場中的eq\o\al(6,3)Li核俘獲一個速度為v0＝7.7×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，若已知eq\o\al(4,2)He的速度為v2＝2.0×104m/s，其方向跟中子反應(yīng)前的速度方向相同(已知mn＝1u，mHe＝4u，mH＝3u)。求：(1)eq\o\al(3,1)H的速度是多大？(2)在圖中畫出粒子eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He的運(yùn)動軌跡，并求它們的軌道半徑之比。(3)當(dāng)粒子eq\o\al(4,2)He旋轉(zhuǎn)了3周時，粒子eq\o\al(3,1)H旋轉(zhuǎn)幾周？解析(1)eq\o\al(6,3)Li俘獲eq\o\al(1,0)n的過程，系統(tǒng)動量守恒，則mnv0＝mHv1＋mHev2，即v1＝eq\f(mnv0－mHev2,mH)，代入數(shù)據(jù)得v1＝－1.0×103m/s，負(fù)號表示跟v(2)運(yùn)動軌跡如圖所示。eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He在磁場中半徑之比為rH∶rHe＝eq\f(mHv1,Bq1)∶eq\f(mHev2,Bq2)＝3∶40。(3)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He的周期之比為TH∶THe＝eq\f(2πmH,Bq1)∶eq\f(2πmHe,Bq2)＝3∶2，所以它們的轉(zhuǎn)速之比為nH∶nHe＝THe∶TH＝2∶3。當(dāng)α粒子轉(zhuǎn)3周時，氚核轉(zhuǎn)動2周。答案(1)1.0×103m/s，跟v(2)3∶40(3)2周對法對題1．(多選)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si。下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)SiB．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E．硅原子核速度的數(shù)量級為105解析核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，A項(xiàng)正確；微觀粒子相互作用過程中，滿足動量守恒定律，B項(xiàng)正確；題述核反應(yīng)過程屬于“二合一”形式的完全非彈性碰撞，機(jī)械能有損失，但對于封閉的系統(tǒng)，能量仍然守恒，C項(xiàng)錯誤；核反應(yīng)過程中的機(jī)械能有損失，故存在質(zhì)量虧損現(xiàn)象，D項(xiàng)錯誤；硅原子質(zhì)量約是質(zhì)子質(zhì)量的28倍，由動量守恒定律知，m0v0＝28m0v，所以硅原子核速度數(shù)量級為10答案ABE2．太陽中含有大量的氘核，因氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)釋放大量的核能，以光和熱的形式向外輻射。已知氘核質(zhì)量為2.0136u，氦核質(zhì)量為3.0150u，中子質(zhì)量為1.0087u，1u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量。則：(1)完成核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n。(2)求核反應(yīng)中釋放的核能。(3)在兩氘核以相等的動能0.35MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能。解析(1)eq\o\al(3,2)He(2)ΔE＝Δmc2＝(2×2.0136u－3.0150u－1.0087u)×931.5MeV＝3.26MeV。(3)兩核發(fā)生碰撞時：0＝Mv1－mv2，由能量守恒可得ΔE＋2Ek＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，由以上兩式解得EHe＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＝0.99MeV，E中＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝2.97MeV。答案(1)eq\o\al(3,2)He(2)3.26MeV(3)0.99MeV2.97MeV見學(xué)生用書P1881．(多選)從一個小孔射出的α、β、γ三種射線沿同一直線進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場或勻強(qiáng)電場，這三種射線在場內(nèi)的徑跡情況有可能是()A．三條重合 B．兩條重合C．三條分開 D．α與β的徑跡一定分開解析當(dāng)三種射線沿磁場方向運(yùn)動時，三種射線中粒子均不受洛倫茲力作用，保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，三條徑跡重合，A項(xiàng)正確；當(dāng)三種射線入射方向與電場或磁場方向不同時，γ射線不偏轉(zhuǎn)，α、β粒子電性相反，向相反方向偏轉(zhuǎn)，三條徑跡是分開的，C項(xiàng)正確。答案AC2．下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能是組成原子核的所有核子的能量總和B．所有核反應(yīng)都遵從“質(zhì)量數(shù)守恒，電荷