高二物理知识点精练习复习题29.doc

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第十五章 第2单元 天然放射现象、核反应、核能
1．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：H＋H―→He＋n
④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

2．某核反应方程为H＋H→He＋X.已知H的质量为2.0136 u，H的质量为3.0180 u，He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则
(1)X是什么粒子？
(2)该反应释放能量还是吸收能量？

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)

4．一个静止的氡核Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核Po，同时放出能量为E＝0.26 MeV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＝222.08663 u、mα＝4.0026 u、M钋＝218.0766 u，1 u相当于931.5 MeV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．

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3.8×1026 J，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＝1.0073 u，mα＝4.0015 u，me＝0.00055 u，太阳的质量为2×1030 kg)

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H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即
中微子＋H→n＋e
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0　　　　　　　B．0和1
C．1和0 D．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
e＋e→2γ
已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，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________．

7．(1)放射性物质Po和Co的核衰变方程分别为：
Po→Pb＋X1　Co→Ni＋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)

8．一个钚的同位素Pu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＝0.09 MeV的光子．已知钚原子核的质量M0＝238.999655 u，α粒子的质量m＝4.001509 u，反冲核的质量M＝234.993470 u．取1 u·c2＝931 MeV.
(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．
第十五章 第2单元 天然放射现象、核反应、核能
【参考答案与详细解析】
1．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：③
2．解析：根据核反应前后质量数及电荷数守恒可得X为n(中子)．
反应前的总质量为m1＝2.0136 u＋3.0180 u＝5.0316 u，反应后的总质量为m2＝4.0026 u＋1.0087 u＝5.0113 u，由于m1＞m2，故反应过程中释放能量．
答案：(1)中子(n)　(2)释放能量
3．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＝(M－m)v′2＋mv2.
解得Δm＝.
答案：
4．解析：(1)Rn→Po＋He＋γ
(2)质量亏损Δm＝222.08663 u－4.0026 u－218.0766 u＝0.00743 u
ΔE＝Δmc2≈6.92 MeV
(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＝
故Ekα∶Ek钋＝218∶4
联立上面式子解得
Ek钋＝0.21 MeV，Ekα＝6.54 MeV.
答案：见解析
5．解析：(1)核反应方程是4H―→He＋2e.
(2)这一核反应的质量亏损是
Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266 u
ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5 MeV≈24.78 MeV.
(3)由ΔE＝Δmc2得每秒太阳质量减少
Δm＝＝ kg
≈4.2×109 kg.
(4)太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为
t＝＝ s≈1.4×1017 s
即为4.5×109年．
答案：(1)4H―→He＋2e　(2)24.78 MeV
(3)4.2×109 kg　(4)4.5×109 年
6．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)2 J＝8.2×10－14 J．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． 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He，X2是e.
(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)He　e　(2)见解析图
8．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Pu→U＋He＋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≈4.26 MeV
由Ek＝，可整理得＝
所以Ekα＝×4.26 MeV
＝×4.26 MeV≈4.19 MeV
EkU＝×4.26 MeV
＝×4.26 MeV≈0.07 MeV.
(3)如图所示．

答案：(1)Pu→U＋He＋E
(2)4.19 MeV　0.07 MeV　(3)见解析图
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