2017-2018學(xué)年物理人教版選修3-5講義專題6

一、三種射線與半衰期1．三種射線及實質(zhì)射線種類α射線β射線γ射線實質(zhì)高速氦核流高速電子流高速光子流穿透性最弱居中最強(qiáng)電離性最強(qiáng)居中最弱偏轉(zhuǎn)比較α射線、β射線偏轉(zhuǎn)方向相反，β射線彎曲程度更大關(guān)系γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的．其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子2．半衰期：(1)公式：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n＝N0；m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n＝m0(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)．[復(fù)習(xí)過關(guān)]1．(多選)天然放射性物質(zhì)的放射線包含三種成分，下面說法中正確的是()A．一張厚的黑紙可以擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B．某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核C．三種射線中對氣體電離作用最強(qiáng)的是α射線D．β射線是高速電子流，但其中的電子不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子答案ACD解析α、β、γ三種射線中穿透能力最強(qiáng)的是γ射線，α射線穿透能力最弱，電離能力最強(qiáng)的是α射線，γ射線電離能力最弱，故A、C正確；γ射線是高頻率的電磁波，它是伴隨α或β衰變放出的，不影響原子核的組成，故B錯誤；β是原子核內(nèi)的中子變?yōu)橘|(zhì)子時放出的，因此其來自原子核內(nèi)部，故D正確．2．放射性元素eq\o\al(238,92)U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(210,a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(b,81)Tleq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)Tl最后都變成eq\o\al(206,82)Pb，衰變路徑如圖1所示，則()圖1A．a(chǎn)＝82，b＝211B.eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是β衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是α衰變C.eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是α衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是β衰變D.eq\o\al(b,81)Tl經(jīng)過一次α衰變變成eq\o\al(206,82)Pb答案B解析由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時知a＝84.由eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是α衰變，同時知b＝206，由eq\o\al(206,)81Tl→eq\o\al(210,82)Pb發(fā)生了一次β衰變．故選B.二、核反應(yīng)方程及核能計算1．核反應(yīng)類型(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e(2)人工轉(zhuǎn)變盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.(3)裂變和聚變裂變：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)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n聚變：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．核能計算(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算．(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算，Δm的單位是“u”．[復(fù)習(xí)過關(guān)]3．以鈾235為核實驗材料，下列說法正確的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92個質(zhì)子，143個核子B.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度后半衰期會縮短C.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度后半衰期不變D.eq\o\al(235,92)U的一種核反應(yīng)方程可能為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(153,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n答案C4．1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線．下列關(guān)于這個實驗的說法正確的是()A．這個實驗的核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(1,0)nB．這是一個核裂變過程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和C．這個反應(yīng)中釋放出的能量可以用愛因斯坦的光電效應(yīng)方程來計算D．實驗中產(chǎn)生γ射線，其穿透能力極強(qiáng)，比X射線還強(qiáng)很多倍答案D解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：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，A錯誤；裂變反應(yīng)過程中有質(zhì)量虧損，所以反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和小于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和，B錯誤；該反應(yīng)的能量用愛因斯坦質(zhì)能方程求解，C錯誤；γ射線，其穿透能力極強(qiáng)，比X射線強(qiáng)很多，D正確．5．已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A．釋放出4.9MeV的能量B．釋放出6.0MeV的能量C．釋放出24.0MeV的能量D．吸收4.9MeV的能量答案C解析依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，故結(jié)合前氘核的能量為E1＝2×1.1MeV，結(jié)合后氦核的能量E2＝4×7.1MeV，于是吸收的能量為ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，式中負(fù)號表示釋放核能，故選C.6．一個氘核(eq\o\al(2,1)H)和一個氚核(eq\o\al(3,1)H)結(jié)合成一個氦核(eq\o\al(4,2)He)，同時放出一個中子，已知氘核質(zhì)量為m1＝2.0141u，氚核質(zhì)量為m2＝3.0160u，氦核質(zhì)量為m3＝4.0026u，中子質(zhì)量為m4＝1.008665u，求：(1)寫出聚變的核反應(yīng)方程；(2)此反應(yīng)過程中釋放的能量為多少？平均每個核子釋放出多少核能？答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)17.5MeV3.5MeV解析(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)此反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0160u－4.0026u－1.008665u＝0.018835u，ΔE＝Δmc2＝0.018835×931.5MeV≈17.5MeV.平均每個核子釋放的核能為eq\f(17.5,5)MeV＝3.5MeV.三、核反應(yīng)與動量守恒定律的綜合應(yīng)用參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的，核反應(yīng)中釋放的核能，在無光子輻射的情況下，將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能．[復(fù)習(xí)過關(guān)]7．一個不穩(wěn)定的原子核質(zhì)量為M，處于靜止?fàn)顟B(tài)．放出一個質(zhì)量為m的粒子后反沖，已知放出的粒子的動能為E0，則原子核反沖的動能為()A．E0 B.eq\f(m,M)E0C.eq\f(m,M－m)E0 D.eq\f(Mm,M－m)E0答案C解析由動量守恒定律(M－m)v＝mv0＝p，又Ek＝eq\f(p2,2M－m)，E0＝eq\f(p2,2m)由以上各式可得Ek＝eq\f(m,M－m)E0，C正確．8．光子的能量為hν，動量大小為eq\f(hν,c)，如果一個靜止的放射性元素的原子核在發(fā)生γ衰變時只放出一個γ光子，則衰變后的原子核()A．仍然靜止B．沿著與光子運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動C．沿著與光子運(yùn)動方向相反的方向運(yùn)動D．可能向任何方向運(yùn)動答案C解析原子核在放出γ光子過程中，系統(tǒng)動量守恒，而系統(tǒng)在開始時總動量為零，因此衰變后的原子核運(yùn)動方向與γ光子運(yùn)動方向相反．9．實驗觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)動方向和軌跡示意圖，如圖2.則()圖2A．軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外B．軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向里D．軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里答案D解析原子核發(fā)生β衰變時，根據(jù)動量守恒可知兩粒子的速度方向相反，動量的方向相反，大小相等；由半徑公式r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)(p是動量)，分析得知，r與電荷量成反比，β粒子與新核的電荷量大小分別為e和ne(n為新核的電荷數(shù))，則β粒子與新核的半徑之比為：ne∶e＝n∶1.所以半徑比較大的軌跡1是衰變后β粒子的軌跡，軌跡2是新核的．新核沿逆時針方向運(yùn)動，在A點(diǎn)受到的洛倫茲力向左，由左手定則可知，磁場的方向垂直紙面向里．10．一個靜止的質(zhì)量為M的不穩(wěn)定原子核，當(dāng)它放射出質(zhì)量為m、速度為v的粒子后，原子核剩余部分的速度為()A．－v B．－eq\f(mv,M－m)C.eq\f(－mv,m－M) D．－eq\f(m,M)答案B解析以原子核為一系統(tǒng)，放射過程中由動量守恒定律：(M－m)v′＋mv＝0得v′＝－eq\f(mv,M－m).11．用中子轟擊鋰核(eq\o\al(6,3)Li)發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核(eq\o\al(3,1)H)和α粒子，并放出4.8MeV的能量．已知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量．(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求出質(zhì)量虧損；(3)若中子和鋰核是以等大反向的動量相碰，則氚核和α粒子的動能比是多少？(4)α粒子的動能是多大？答案(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋4.8MeV(2)0.0052u(3)4∶3(4)2.06MeV解析(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋