高考物理新课标必考部分内容复习六十四

高考物理新课标必考部分内容复习六十四第十五章第2单元天然放射现象、核反应、核能智能演练场1．(2009·福建高考)随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是________．(填选项前的编号)①卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构②天然放射现象表明原子核内部有电子③轻核聚变反应方程有：21H＋31H―→42He＋10n④氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长解析：卢瑟福α粒子散射实验说明的是原子内部的结构而不是原子核内部的结构；天然放射现象说明原子核具有复杂的结构；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级放出的光子能量大于从n＝2能级跃迁到n＝1能级放出的光子能量，故前者波长小于后者．答案：③2．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.0136u，31H的质量为3.0180u，42He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u．则(1)X是什么粒子？(2)该反应释放能量还是吸收能量？解析：根据核反应前后质量数及电荷数守恒可得X为10n(中子)．反应前的总质量为m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后的总质量为m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，由于m1＞m2，故反应过程中释放能量．答案：(1)中子(10n)(2)释放能量3．云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，且轨道半径为R，试求衰变过程中的质量亏损．(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)解析：设放出的α粒子的速率为v，它在洛伦兹力作用下做半径为R的匀速圆周运动．由牛顿第二定律，知qvB＝mv2/R则mv＝qBR设衰变后剩余核的速度是v′，衰变过程中动量守恒(M－m)v′＝mv.α粒子、剩余核的动能来源于亏损的质量，有Δmc2＝12(M－m)v′2＋12mv2.解得Δm＝M(qBR)22c2m(M－m).答案：M(qBR)22c2m(M－m)4．一个静止的氡核22286Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核21884Po，同时放出能量为E＝0.26MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M氡＝222.08663u、mα＝4.0026u、M钋＝218.0766u，1u相当于931.5MeV的能量．(1)写出上述核反应方程；(2)求出发生上述核反应放出的能量；(3)确定钋核与α粒子的动能．解析：(1)22286Rn→21884Po＋42He＋γ(2)质量亏损Δm＝222.08663u－4.0026u－218.0766u＝0.00743uΔE＝Δmc2≈6.92MeV(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝Ekα＋Ek钋＋E不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋又Ek＝p22m故Ekα∶Ek钋＝218∶4联立上面式子解得Ek钋＝0.21MeV，Ekα＝6.54MeV.答案：见解析5．太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(1)写出这个核反应方程．(2)这一核反应能释放出多少能量？(3)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少kg?(4)若太阳质量减小万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能存在多少年？(mp＝1.0073u，mα＝4.0015u，me＝0.00055u，太阳的质量为2×1030kg)解析：(1)核反应方程是411H―→42He＋201e.(2)这一核反应的质量亏损是Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266uΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV≈24.78MeV.(3)由ΔE＝Δmc2得每秒太阳质量减少Δm＝ΔEc2＝3.8×1026(3.0×108)2kg≈4.2×109kg.(4)太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为t＝ΔMΔm＝2×1030×3×10－44.2×109s≈1.4×1017s即为4.5×109年．答案：(1)411H―→42He＋201e(2)24.78MeV(3)4.2×109kg(4)4.5×109年6．(2009·江苏高考)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱克斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在．(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(0＋1e)，即中微子＋11H→10n＋0＋1e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母)A．0和0B．0和1C．1和0D．1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即0＋1e＋0－1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________．解析：(1)由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知A正确．(2)由能量守恒有2E＝2mec2，所以E＝mec2＝9.1×10－31×(3.0×108)2J＝8.2×10－14J．反应过程中动量守恒且总动量为零．答案：(1)A(2)8.2×10－14遵循动量守恒7．(1)放射性物质21084Po和6027Co的核衰变方程分别为：21084Po→20682Pb＋X16027Co→6028Ni＋X2方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．(2)如图15－2－1所示，铅盒内装有能释放α、β和γ射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B，在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图．(在所画轨迹上须标明是α、β和γ中的哪种射线)解析：(1)由质量数守恒可知X1、X2的质量数分别为4、0，由电荷数守恒可知X1、X2的电荷数分别为2、－1，故X1是42He，X2是0－1e.(2)α粒子带正电，在图(a)电场中向右偏，在图(b)的磁场受到指向左侧的洛伦兹力向左偏，β粒子带负电，故在图(a)中向左偏而在图(b)中向右偏，γ粒子不带电，故不发生偏转，如图所示(曲率半径不作要求，每种射线可只画一条轨迹)．答案：(1)42He0－1e(2)见解析图8．一个钚的同位素23994Pu的原子核静止在匀强磁场中．某时刻该原子核垂直于磁场方向放射出一个α粒子，变成铀的同位素，同时辐射出能量为E＝0.09MeV的光子．已知钚原子核的质量M0＝238.999655u，α粒子的质量m＝4.001509u，反冲核的质量M＝234.993470u．取1u·c2＝931MeV.(1)写出衰变的核反应方程．(2)α粒子和反冲核的动能各是多少？(3)画出α粒子和反冲核在垂直于纸面向里的匀强磁场中运动轨迹的示意图．解析：(1)由题意根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为23994Pu→23592U＋42He＋E.(2)设衰变后α粒子的速度为v，反冲核的速度为v′，根据动量守恒和能量守恒，有mv＝Mv′(M0－M－m)·c2－E＝Ekα＋EkU≈4.26MeV由Ek＝p22m，可整理得EkαEkU＝Mm所以Ekα＝MM＋m×4.26MeV＝235235＋4×4.26MeV≈4.19MeVEkU＝mM＋m×4.26MeV＝4235＋4×4.26MeV≈0.07MeV.(3)如图所示．答案：(1)23994Pu→23592U＋42He＋E(2)4.19MeV0.07MeV(3)见解析图