第2单元天然放射现象核反应核能

1．(2009年福建理综)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()A．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B．天然放射现象表明原子核内部有电子C．轻核聚变反应方程有：21H＋31H―→62He＋10nD．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】卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，A错；天然放射线中放出的β粒子是原子核中的一个中子衰变为质子放出的电子，原子核内并没有电子，B错；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级放出的光子能量比从n＝2能级跃迁到n＝1能级大，由公式E＝hcλ可知，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短，D错．正确选项为C【答案】C2．(1)放射性物质21084Po和6027Co的核衰变方程分别为21084Po―→20682Pb＋X1，6027Co―→6028Ni＋X2，方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．(2)如下图所示，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，在图甲、乙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，在甲图电场中右偏，在乙图磁场受到指向左侧的洛伦兹力向左偏；β粒子带负电，故在甲图中左偏而在乙图中右偏，γ粒子不带电故不发生偏转．如下图所示(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3．(2009年高考山东理综)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子11H轰击静止的AZX，生成两个动能均为8.9MeV的42He，(1MeV＝1.69×10－13J)(1)上述核反应方程为______________．(2)质量亏损为____________kg【解析】11H＋73X―→42He＋42He或11H＋73Li―→42He＋42HeΔm＝EC2＝3.1×10－29kg.【答案】(1)见解析(2)3.1×10－29kg4．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，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且释放的能量可由质能方程求得．【答案】(1)中子(10n)(2)释放能量5．若23592U俘获一个中子裂变成9038Sr及13654Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子质量为1.0087u(1u＝1.6606×10－27kg,1uc2相当于931.50MeV)(1)写出铀核裂变的核反应方程；(2)求9.2kg纯铀235完全裂变所释放的能量是多少？(取两位有效数字)【解析】(1)23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n.(2)因为一个铀核裂变的质量亏损Δm＝(235.0439u＋1.0087u)－(89.9077u＋135.9072u＋10×1.0087u)＝0.1507u，故9.2kg的铀裂变后总的质量亏损为ΔM＝6.02×1023×0.1507u×9.2×103/235＝3.55×1024u，所以ΔE＝Δmc2＝3.55×1024×931.50MeV＝3.3×1027MeV.【答案】(1)23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n(2)3.3×1027MeV6．一个静止的氡核22286Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核21884Po.同时放出能量为E＝0.09MeV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对应的能量为931.5MeV.(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＝0.00743u.ΔE＝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＝p22m④故Ekα∶Ek钋＝218∶4联立上面式子解得Ek钋＝0.12MeV，Ekα＝6.54MeV.【答案】(1)22286Rn―→21884Po＋42He＋γ(2)6.92MeV(3)6.54MeV7．(2009年高考江苏单科)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，莱尼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()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)发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A项正确．(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，由E＝Δmc2，故一个光子的能量为E2，带入数据得E2＝8.2×10－14J正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒．【答案】(1)A(2)8.2×10－14见解析8．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．现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损．(涉及动量问题时，亏损的质量可以不计)【解析】由洛伦兹力和牛顿定律可得qvB＝mv2R式中v为α粒子运动的速度．设v′为衰变后反冲核的速度，由动量守恒定律可得：(M－m)v′＝mv由题意知，此处不考虑质量亏损．在衰变过程中，α粒子和反冲核的动能均来自于核反应的能量，即：Δmc2＝12(M－m)v′2＋12mv2联立以上三式解得：Δm＝M(qBR)22c2m(M－m).【答案】M(qBR)22c2m(M－m)