（全國(guó)版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第49課時(shí) 原子核及核反應(yīng)學(xué)案

第49課時(shí)　原子核及核反應(yīng) 考點(diǎn)1　原子核的衰變與半衰期 1．原子核的衰變 (1)原子核放出?chǔ)亮Ｗ踊颉?，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變，原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 (2)分類： α衰變：X→Y＋He； β衰變：X→Y＋e； γ輻射：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ輻射。 (3)兩個(gè)典型的衰變方程： ①α衰變：U→Th＋He。 ②β衰變：Th→Pa＋e。 2．三種射線的比較 3．半衰期 (1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。 1．下列說法中正確的是(　　) A．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象，從而揭示出原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu) B．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應(yīng) C．把放射性元素放入溫度很低的冷凍室中，其衰變變慢，半衰期變長(zhǎng) D．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也可以進(jìn)行人體的透視 答案　A 解析　貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾和含鈾礦物的天然放射現(xiàn)象，從而揭示出原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，拉開了人們認(rèn)識(shí)原子核的序幕，A正確；太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與外界條件無關(guān)，C錯(cuò)誤；利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，不能對(duì)人體進(jìn)行透視，因?yàn)樯渚€對(duì)人體細(xì)胞有傷害，D錯(cuò)誤。 2．如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說法正確的是(　　) A．①表示γ射線，③表示α射線 B．②表示β射線，③表示α射線 C．④表示α射線，⑤表示γ射線 D．⑤表示β射線，⑥表示α射線 答案　C 解析　γ射線為電磁波，不帶電，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中均不偏轉(zhuǎn)，故②和⑤表示γ射線，A、B、D錯(cuò)誤；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α射線向左偏，故④表示α射線；β射線帶負(fù)電，同理可以分析①和⑥表示β射線。C正確。 3．(多選)在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖所示，由圖可以判定(　　) A．該核發(fā)生的是α衰變 B．該核發(fā)生的是β衰變 C．磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里 D．磁場(chǎng)方向向里還是向外不能判定 答案　BD 解析　原來靜止的核，放出粒子后，總動(dòng)量守恒，所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們?cè)谕淮艌?chǎng)中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應(yīng)為β衰變；由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無法判定磁場(chǎng)是向里還是向外，即都有可能，故B、D正確。 考點(diǎn)2　核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程 1．重核裂變 (1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。 (2)特點(diǎn)： ①裂變過程中釋放出巨大能量。 ②裂變的同時(shí)能夠釋放出2～3(或更多)個(gè)中子。 ③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。 (3)典型的裂變反應(yīng)方程： U＋n―→Kr＋Ba＋3n。 (4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。 (5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。 (6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。 (7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。 2．輕核聚變 (1)定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。 (2)特點(diǎn)： ①聚變過程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3至4倍。 ②聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈。 ③對(duì)環(huán)境污染較少。 ④自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。 (3)典型的聚變反應(yīng)方程： H＋H―→He＋n＋17.6 MeV 3．人工轉(zhuǎn)變 (1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：N＋He→O＋H。 (2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：Be＋He→C＋n。 1．中國(guó)最新一代“人造太陽”實(shí)驗(yàn)裝置，于2006年9月28日在合肥成功放電，這是世界首個(gè)投入運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置?！叭嗽焯枴币蕴剿鳠o限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應(yīng)，所以被外界稱為“人造太陽”。你認(rèn)為“人造太陽”中所涉及的核反應(yīng)方程是(　　) A.U＋n→Sr＋Xe＋10n B.N＋H→O＋H C.H＋H→He＋n D.U→Th＋He 答案　C 解析　聚變反應(yīng)是質(zhì)量較輕的核聚變生成質(zhì)量較大的核，由題目知C正確，故選C。 2．關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是(　　) A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量 B．中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C．重核裂變釋放大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)減少 D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能 答案　D 解析　重核裂變釋放的能量來源于質(zhì)量虧損，其能量遠(yuǎn)大于俘獲中子吸收的能量，A錯(cuò)誤、D正確；只有鈾塊體積大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，否則中子穿過鈾塊也不會(huì)發(fā)生，B錯(cuò)誤；重核裂變遵循質(zhì)量數(shù)守恒，C錯(cuò)誤。 3．(2016·全國(guó)卷Ⅱ)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 答案　C　AB　E　F 解析　天然放射性元素自發(fā)地放出α粒子(即氦核He)的衰變屬于α衰變；放出β粒子的衰變屬于β衰變；重核分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的現(xiàn)象為核裂變；輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)為核聚變。D屬于人工轉(zhuǎn)變。 考點(diǎn)3　核能 1．核力 (1)定義：原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。 (2)核力的特點(diǎn)： ①是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)； ②是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內(nèi)； ③每個(gè)核子只能與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。 2．結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，也稱核能。 3．比結(jié)合能 (1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。 (2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損：愛因斯坦質(zhì)能方程是E＝mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2。 [例]　用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作m，光速為c。 (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)求氚核和α粒子的速度大??； (3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損。 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則有核反應(yīng)方程為：n＋Li→H＋He。 (2)由動(dòng)量守恒定律得：mnv＝－mHv1＋mHev2 由題意得：v1∶v2＝7∶8 解得v1＝，v2＝。 (3)氚核和α粒子的動(dòng)能之和為： Ek＝·3mv＋·4mv＝mv2 釋放的核能為： ΔE＝Ek－Ekn＝mv2－mv2＝mv2 由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得，質(zhì)量虧損為 Δm＝＝。 答案　(1)n＋Li→H＋He　(2)　 (3) (1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖 ①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。 ②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5 MeV計(jì)算，因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。 (2)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)。 (3)利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí)，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。 1．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少，我國(guó)在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)規(guī)模，核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．X原子核中含有92個(gè)中子 B．100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個(gè) C．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量增加 D．衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力 答案　D 解析　根據(jù)核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個(gè)質(zhì)子，235個(gè)核子，143個(gè)中子，A錯(cuò)誤。半衰期是對(duì)大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個(gè)，B錯(cuò)誤。由于衰變時(shí)釋放巨大能量，衰變過程總質(zhì)量減少，放出粒子的質(zhì)量和生成新核的質(zhì)量之和小于衰變前核的質(zhì)量，C錯(cuò)誤。衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力，D正確。 2．“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國(guó)自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應(yīng)放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2 D．這種裝置與我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同 答案　B 解析　可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，故D正確。 3．某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變。原來靜止的氡核(Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)。取氡核的質(zhì)量mRn＝222.0176 u，釙核的質(zhì)量mPo＝218.0090 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.0026 u，已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV。 (1)寫出衰變的核反應(yīng)方程； (2)該衰變反應(yīng)中釋放出的核能。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)Rn→Po＋He　(2)5.6 MeV 解析　(1)衰變方程為：Rn→Po＋He。 (2)該核衰變反應(yīng)的質(zhì)量虧損 Δm＝mRn－mPo－mα＝0.006 u 釋放的核能ΔE＝0.006×931.5 MeV≈5.6 MeV。 1．(2017·天津聯(lián)考)下列說法正確的是(　　) A．根據(jù)天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu) B．一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，該氫原子吸收光子，能量增加 C．鈾(U)經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子 D．機(jī)場(chǎng)、車站等地進(jìn)行安全檢查時(shí)，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了γ射線較強(qiáng)的穿透能力 答案　C 解析　盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，A錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，氫原子要放出光子，能量減小，B錯(cuò)誤；分析可得鈾經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而β衰變的本質(zhì)就是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)釋放出電子的過程，故C正確；機(jī)場(chǎng)、車站等地進(jìn)行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領(lǐng)，D錯(cuò)誤。 2．下列說法正確的是(　　) A．從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線有良好的穿透能力 B．玻爾對(duì)氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立 C．α衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子 D．目前核電站利用的是核裂變釋放的核能 答案　D 解析　從高空對(duì)地面進(jìn)行遙感攝影是利用紅外線有良好的穿透能力，A錯(cuò)誤；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯(cuò)誤；β衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，C錯(cuò)誤；目前核電站利用的是核裂變釋放的核能，D正確。 3．14C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t＝0時(shí)14C的質(zhì)量，下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是(　　) 答案　C 解析　由于每經(jīng)過一個(gè)半衰期T,14C的質(zhì)量減少一半，所以m＝m0，C正確。 4．(多選)下列哪些現(xiàn)象能說明放射線來自原子核(　　) A．三種射線的能量都很高 B．放射線的強(qiáng)度不受溫度、外界壓強(qiáng)等物理?xiàng)l件的影響 C．元素的放射性與所處的化學(xué)狀態(tài)(單質(zhì)、化合態(tài))無關(guān) D．α射線、β射線都是帶電的粒子流 答案　BC 解析　能說明放射線來自原子核的證據(jù)是，元素的放射性與其所處的化學(xué)狀態(tài)和物理狀態(tài)無關(guān)，B、C正確。 5．(多選)關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法正確的是(　　) A．原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成 B．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 C．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在 D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在 答案　ABC 解析　原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福只發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，以后又預(yù)言了中子的存在，A、B、C正確。 6．(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測(cè)定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出(　　) A．鈾238的半衰期為90億年 B．地球的年齡大致為45億年 C．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4 D．被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3 答案　BD 解析　由題意、半衰期的含義及鈾238衰變后含量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球的年齡均大致為45億年，被測(cè)定的古老巖石樣品在90億年時(shí)鈾原子數(shù)的相對(duì)值為0.25，即占總原子數(shù)的，由此可推得其中鉛占原子數(shù)的，鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3。B、D正確。 7．(多選)以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是(　　) A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個(gè)電子 B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大 C．核衰變中，γ光子是衰變后轉(zhuǎn)變的新核輻射的 D．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定吸收核能 答案　AD 解析　β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯(cuò)誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉(zhuǎn)變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以γ光子的形式放出，C正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，故D錯(cuò)誤。 8．以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程 x＋Li→2y y＋N→x＋O y＋Be→z＋C x、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 答案　C 解析　將前2個(gè)核反應(yīng)方程化簡(jiǎn)消去x，得y是He，結(jié)合第3個(gè)方程由質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知z是中子n，C正確。 9．(2017·全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：H＋H→He＋n，已知H的質(zhì)量為2.0136 u，He的質(zhì)量為3.0150 u，n的質(zhì)量為1.0087 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(　　) A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 答案　B 解析　釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(2mH－mHe－mn)c2＝0.0035×931 MeV≈3.3 MeV，B正確。 10．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為U→Th＋He。下列說法正確的是(　　) A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能 B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間 D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 答案　B 解析　靜止的鈾核在衰變過程中遵循動(dòng)量守恒，系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量等大反向，即pTh＝pα，B正確。釷核和α粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動(dòng)能不等，A錯(cuò)誤。半衰期是有一半鈾核衰變所用的時(shí)間，并不是一個(gè)鈾核衰變所用的時(shí)間，C錯(cuò)誤。由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，D錯(cuò)誤。 11．(2015·天津高考)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對(duì)事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是(　　) A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的 B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu) C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的 D．密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的 答案　A 解析　天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的，即核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，A項(xiàng)正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子是可分的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是原子具有核式結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；密立根油滴實(shí)驗(yàn)精確地測(cè)出了電子的電荷量，原子光譜的分立性表明原子核外電子軌道是不連續(xù)的，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 12．(2017·江蘇高考)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 答案　BC 解析　He核有4個(gè)核子，由比結(jié)合能圖線可知，He核的結(jié)合能約為28 MeV，A錯(cuò)誤。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確。兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時(shí)要放出能量，C正確。由比結(jié)合能圖線知，U核中核子平均結(jié)合能比Kr核中的小，D錯(cuò)誤。 13．(2015·江蘇高考)(1)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個(gè)中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產(chǎn)生________個(gè)中子，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。 (2)取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.6726×10－27 kg，中子的質(zhì)量mn＝1.6749×10－27 kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。請(qǐng)計(jì)算α粒子的結(jié)合能。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)3　大于　(2)4.3×10－12 J 解析　(1)核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：U＋n→Ba＋Kr＋3n，即產(chǎn)生3個(gè)中子。臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積。 (2)組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差為 Δm＝(2mp＋2mn)－mα 結(jié)合能ΔE＝Δmc2 代入數(shù)據(jù)得ΔE≈4.3×10－12 J。 14．(2017·北京高考)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。 (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程； (2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大??； (3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。 答案　(1)X→Y＋He　(2)　　 (3) 解析　(1)X→Y＋He。 (2)設(shè)α粒子的速度大小為v，由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T＝ 環(huán)形電流大小I＝＝。 (3)由qvB＝m得v＝ 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動(dòng)量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝ 說明：若利用M＝m解答，亦可。 12