第2講 天然放射現(xiàn)象 衰變 核能

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1、 第2講 天然放射現(xiàn)象 衰變 核能 ★一、考情直播 1．考綱解讀 考綱內(nèi)容 能力要求 考向定位 1.氫原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 2.放射性同位素 3. 核力、核反應方程 4. 結合能、質量虧損 5. 裂變反應和聚變反應、裂變反應堆 6. 放射性的防護 1.知道原子核的組成，三種射線及性質，衰變規(guī)律 2.了解放輻射性同位素及應用 3.知道書寫核反應方程時要注意質量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒 4.知道愛因斯坦質能聯(lián)系方程，會計算核能 5.知道釋放核能的兩種方式：聚變與裂變 6.了解放射性防護 考綱對這一部分知識均是Ⅰ級要求．本部分高考的熱點是核

2、反應方程，三種射線的比較，質子、中子以及正電子的發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦質能聯(lián)系方程，高考中以選擇題的形式出現(xiàn)． 2．考點整合 考點一：天然放射現(xiàn)象及三種放射線的比較 1、 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1896年， 在鈾礦石中發(fā)現(xiàn)未知的射線，把這些射線稱為α射線、β射線、γ射線，這就是天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核 . 2、 三種射線的比較 名稱 產(chǎn)生 本質 電離作用 穿透能力 α射線 β射線 γ射線 γ射線的作用：工業(yè)探傷、γ刀、除靜電、消毒殺菌、育種保鮮等 3、

3、三種射線在勻強電場和勻強磁場中的偏轉（在射線旁寫明射線的種類） 三種射線在電場中偏轉 圖7 三種射線在磁場中偏轉 特別提醒 三種射線均來自原子核內(nèi)部，說明原子核具有復雜結構．α射線是氦的原子核，β射線是電子流，γ射線是光子． 4.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)說明原子核具有復雜結構 天然放射現(xiàn)象中的三種射線均來自于 ，這就充分說明了原子核具有復雜結構. 圖8 [例題1] 如圖8所示，x為一未知放射源，P為薄鋁箔，當x放射源穩(wěn)定時，計數(shù)器的計數(shù)率（單位時間內(nèi)接受射線的次數(shù)）穩(wěn)定.現(xiàn)在將磁場移開，發(fā)現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)率沒有什么變化

4、，然后抽走P，則計數(shù)器的計數(shù)率大幅上升，說明x為 A．純β粒子放射源 B. 純γ粒子放射源 C．α粒子和β粒子的混合放射源 D. α粒子和γ粒子的混合放射源 答案：D 解析：薄鋁箔完全可以阻擋α粒子，所以能進入計數(shù)器的一定沒有α粒子；β粒子和γ粒子都可以穿透薄鋁箔，但由于β粒子是電子，在磁場的作用下會發(fā)生偏轉，將磁場移開，發(fā)現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)率沒有什么變化，說明一定沒有β粒子；抽走P，則計數(shù)器的計數(shù)率大幅上升，說明一定有其它的粒子進入了計數(shù)器，而這種粒子一定不是β粒子，只能是α粒子，所以D正確 【規(guī)律總結】α粒子穿透本領最弱，γ粒子穿透

5、本領最強．α粒子、β粒子在磁場中會受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉，γ粒子是光子，無論在電場中還是在磁場中，都不會發(fā)生偏轉． 考點二：原子核的半衰期 1.半衰期： . 2.半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部因素決定，與原子核所處的 無關. 3.衰變公式為 特別提醒： 半衰期與原子核多少無關，半衰期是一個統(tǒng)計性的概念，只有對大量的原子核才成立，對少量的或是幾個原子核談半衰期無意義. 【例題2】若元素Ａ的半衰期為４天，元素Ｂ的

6、半衰期為５天，則相同質量的Ａ和Ｂ，經(jīng)過２０天后，剩下兩元素的質量之比mＡ:mＢ為 Ａ.30：31 Ｂ.31：20 Ｃ.１：２ Ｄ.２：１ 答案：C 【解析】根據(jù)半衰期公式，易得A經(jīng)歷5個半衰期，B經(jīng)歷4個半衰期，所以剩余質量之比為1:2，C正確 【規(guī)律總結】放射性元素的半衰期計算公式為或 考點三：、衰變規(guī)律 1. 衰變規(guī)律 衰變方程： 衰變規(guī)律： 2. 衰變規(guī)律 衰變方程： 衰變規(guī)律：

7、 3.正電子衰變規(guī)律 正電子衰變方程： 正電子衰變規(guī)律： 特別提醒： 書寫核反應方程要注意質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒；衰變方程的特點是反應前只有一個核，是釋放核能的核反應． [例題3] 下面對某原子核衰變的描述，哪個是不對的？ Ａ.放出一個β粒子后，原子核的中子數(shù)減１，原子序數(shù)少１ Ｂ.放出一個α粒子后，原子核的質量數(shù)少４，核電荷數(shù)少２ Ｃ.放出一個β粒子后，原子核的質量數(shù)不變，核電荷數(shù)加１ Ｄ.經(jīng)過５次α衰變和４次β衰變后變成 答案：BCD 【解析】衰變衰變規(guī)律為核電荷數(shù)增加1，質量數(shù)不變，A錯C正確；衰變規(guī)律：核電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4，B正確；經(jīng)過５

8、次α衰變和４次β衰變后，質量數(shù)減少20，核電荷數(shù)先減少10在增加4，一共增加6，變?yōu)?，D正確 【規(guī)律總結】發(fā)生α衰變無中子損失，每發(fā)生一次β衰變將有一個中子轉化為一個質子，這一點是解決選項D的關鍵. 考點四：原子核的人工轉變與核反應方程 1. 質子的發(fā)現(xiàn) 盧瑟福用粒子轟擊7號元素，發(fā)現(xiàn)了 . 核反應方程為： 2.中子的發(fā)現(xiàn) 查德威克用粒子轟擊4號元素，發(fā)現(xiàn)了 核反應方程為： 3.放射性同位素的人工合成 伊麗芙·居里和約里奧·居里用粒子轟擊13號元素，人工合成了 核反應方程為： 4.放輻射性同位素的應用

9、 特別提醒： 無論是質子的發(fā)現(xiàn)還是中子的發(fā)現(xiàn)，這一類方程都屬于核的人工轉變，是吸收能量的．在核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒． 【例題4】用中子（）轟擊鋁27()，產(chǎn)生鈉24（）和X，鈉24具有放射性 它衰變后變成鎂24（）和Y.則X和Y分別是 A．α粒子和電子 B．α粒子和正電子 C．電子和α粒子 D．質子和正電 答案：A 【解析】寫出核反應方程：和，顯然X是粒子，Y是電子.A正確. 【規(guī)律總結】熟練的寫出核反應方程是關鍵，當然也

10、要記憶一些常見的粒子的名稱和書寫，在核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒. 【例題5】在下列四個核反應中，X表示了質子的是哪些 A． B．； C．； D． 答案：A 【解析】根據(jù)核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，A中是質子；B、C、D中均為中子. 【規(guī)律總結】核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒，從而確定粒子的種類. 考點五：核力與核能 1.核力與核能 核力：相鄰的 間有強大的核力作用，是一種短程力，其作用距離不超過10-15m. 核能：核反應中 稱為核能. 特別提醒： 將一個原子核分離成核子，需要克服核力做功，吸收

11、能量；核子結合成原子核，核力做正功，釋放核能. 2.愛因斯坦質能聯(lián)系方程 3.核能 質量虧損： 叫質量虧損.在衰變、裂變和聚變中存在質量虧損. 特別提醒： 計算質量虧損的方法： 對質能聯(lián)系方程的理解：并不是指質量的消失，只是在核反應的過程中以輻射能量的形式體現(xiàn)了相應部分的質量；不能理解為質量為的物質可以轉化為的能量，這只是反應了質量與能量間的密切聯(lián)系，在計算核能時應用來計算 4. 結合能 結合能：

12、 ，叫做原子核的結合能. 特別提醒：對結合能的理解 ①質量m與能量E符合愛因斯坦的質能方程，這里c是真空中的光速. 根據(jù)質能方程，當能量增加了△E，那么它的質量也相應地增加△m，反過來也一樣.△E和△m間符合下述質能方程. ②核子結合成原子核時放出結合能，因此核的質量和組成它的核子的質量比較起來就要小些，這叫做核的質量虧損，知道了核的質量虧損，就可以根據(jù)質能方程求出原子核的結合能. ③用核子數(shù)去除原子核的結合能，就得到每個核子的平均結合能. 質量數(shù)為50～

13、60的原子核平均結合能最大，約為8.6MeV，質量數(shù)較小的輕核和質量數(shù)較大的重核，平均結合能都比較小. [例題6] （原子量為232.0372）衰變?yōu)椋ㄔ恿繛?28.0287）時，釋放出α粒子（的原子量為4.0026），寫出核反應方程，并求出衰變過程中釋放出多少能量. 答案：； 5.5MeV. 【解析】 衰變過程中的質量虧損△m=232.0372u-(228.0787u+4.0026u)=0.0059u 衰變過程中釋放的能量△Ｅ=△m·C２=0.0059×931.5MeV=5.5MeV 【規(guī)律總結】用計算核能時有兩種方法： 1

14、.在公式中均取國際單位. 2.在公式△Ｅ=△m×931.5中△m的單位是u，△Ｅ的單位是ＭeV，. ★二、高考熱點探究 一．α、β衰變與帶電粒子在磁場中的運動 靜止的原子核發(fā)生α、β衰變時，動量守恒、能量守恒，同時存在質量虧損，釋放核能.在電場、磁場中α、β粒子因為帶電而發(fā)生偏轉或是做圓周運動. 圖（a） 圖（b） 圖17 【真題】（2008年廣東高考）（1）放射性物質和的核衰變方程為： ，方程中的X1代表的是_____，X2代表的是______. ⑵如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質，在靠近

15、鉛盒的頂部加上電場E或磁場B，在圖17(a)、(b)中分別畫出射線運動軌跡的示意圖.（在所畫的軌跡上須標明是α、β和γ中的哪種射線） 【解析】（1）第一個核反應方程為α衰變，所以X1代表；第二個核反應方程為β衰變，X2代表； （2）在圖（a）中，γ射線不偏轉，α射線向右偏轉，β射線向左偏轉； 在圖（b）中，γ射線不偏轉，α射線向左偏轉，β射線向右偏轉. 答案：（1），；（2）畫出射線運動軌跡的示意圖：略 【名師指引】在電場中：α射線是氦的原子核，帶正電，質量數(shù)較大，加速度較小，偏轉不明顯；β射線是電子，帶負電，質量數(shù)為零（不到一個原子質量單位u）

16、加速度很大，偏轉明顯，在畫圖時，這一點要體現(xiàn)出來. 【新題導練1】在勻強磁場區(qū)域中有一個靜止的分裂為和，若分裂后速度方向與磁場垂直，求兩核在磁場中運動的半徑之比. 二．半衰期 半衰期是一個統(tǒng)計概念，只有對大量的原子核才成立，對幾個原子核，則不存在半衰期的概念.半衰期的長短與所處的物理狀態(tài)和化學狀態(tài)無關． 【真題】（2008年上海高考）放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時，往往會同時伴隨＿＿＿＿＿輻射.已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，經(jīng)過t＝T1·T2時間后測得這兩種放射性元素的質量相等，那么它們原來的質量之比mA：mB＝＿＿＿＿＿. 答案：見解析 【解

17、析】放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時，新原子核往往有多余的能量，亦即新原子核處于激發(fā)態(tài)，這些能量再以γ光的形式放出，這就是γ衰變，γ衰變總是伴隨著α衰變或β衰變. 根據(jù)衰變公式： 有：又因為所以mA：mB＝： 【名師指引】根據(jù)，有：， 得到：在理解衰變公式的基礎上，指數(shù)運算出現(xiàn)錯誤.加強數(shù)學運算能力，別讓數(shù)學扯了物理的后腿. 【新題導練2】關于半衰期，以下說法正確的是： A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質中長. B．升高溫度可以使半衰期縮短. C．氡的半衰期為3.8天，若有四個氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個. D．氡的半衰期為3.8天，4克氡原子核

18、，經(jīng)過7.6天就只剩下1克. 三．核電站、熱核反應與恒星發(fā)光 熱核反應：聚變必須在輕核間的距離十分接近，即達到10-15m時才能進行.在極高溫度下，原子核可以獲得足夠的動能克服庫侖斥力而發(fā)生聚變，這種聚變反應叫做熱核反應.目前已實現(xiàn)的人工熱核反應是氫彈的爆炸，恒星的內(nèi)部進行著這種反應. 核電站：重核的裂變提供能量.反應堆的構造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層. 【真題】（2002年廣東高考）如下一系列核反應是在恒星內(nèi)部發(fā)生的： 其中為質子，為粒子，為正電子，為一種中微子.已知質子的質量為，粒子的質量為，正電子的質量為，中微子的質量可忽略不計，真空中的光速

19、，試計算該系列核反應完成后釋放的能量. 答案： 【解析】題中6個方程可等效為下面一個方程： 質量虧損為 根據(jù)愛因斯坦質能方程可算出整個過程釋放的能量. 【名師指引】想辦法計算出這一系列核反應的質量虧損是解決本題的關鍵，將這6個核反應方程等效為，才能正確算出質量虧損.不能對這6個方程進行等效，從而不能算出質量虧損，是解決本題失敗的主要原因. 【新題導練3】（1）在其他能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應性強的優(yōu)勢.在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化成電能.核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量的核能.以上的核反應方程是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，n為中子

20、，X為待求粒子，為X的個數(shù)，則X為___________，=__________.以m1、m2、m3分別表示U、Ba、Kr核的質量，m4、m5分別表示中子、質子的質量，c為光在真空中傳播的速度，則上述核反應過程中放出的核能DE=___________ （2）有一座發(fā)電能力為P=1.00′106kw的核電站，核能轉化為電能的效率h=40%.假定反應堆中發(fā)生的裂變反應全是（1）中的核反應，已知每次核反應過程放出的核能DE=2.78′10-11J，核的質量m1=390′10-27kg，求每年（1年=3.15′107s）消耗的的質量為多少？ 四：熱核反應與恒星壽命 恒星的能量來與其內(nèi)部的

21、熱核反應，在恒星的內(nèi)部，核聚變反應的種類有很多，最關鍵的是找到最后的等效核反應，以便于計算質量虧損. 恒星釋放的核能向宇宙的四面八方均勻輻射，在以恒星為球心的球面上，能量均勻分布.當恒星內(nèi)部的聚變材料小于某個臨界值時，核反應就會停止，恒星步入死亡期. 【真題】（2001年全國高考）太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段.它主要是由電子和、等原子核組成.維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應，核反應方程是釋放的核能，這些核能最后轉化為輻射能.根據(jù)目前關于恒星演化的理論，若由于聚變反應而使太陽中的核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10％，太陽將離開主序星階段而轉入紅巨星的演化階段.為了簡化，假定目前太陽全部由電子和核組成.

22、 （1）為了研究太陽演化進程，需知道目前太陽的質量M.已知地球半徑R＝6.4×106 m，地球質量m＝6.0×1024 kg，日地中心的距離r＝1.5×1011 m，地球表面處的重力加速度g＝10m/s2 ，1年約為3.2×107秒，試估算目前太陽的質量M. （2）已知質子質量mp＝1.6726×1027 kg，質量mα＝6.6458×1027 kg，電子質量 me＝0.9×1030 kg，光速c＝3×108 m/s.求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應所釋放的核能. （3）又知地球上與太陽垂直的每平方米截面上，每秒通過的太陽輻射能w＝1.35×103 W/m2.試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段

23、還有多少年的壽命.（估算結果只要求一位有效數(shù)字.） 答案：（1）2×1030 kg （2）4.2×10-12 J （3）1百億年 【解析】（1）要估算太陽的質量M，研究繞太陽運動的任一顆行星的公轉均可，現(xiàn)取地球為研究對象.設T為地球繞日心運動的周期，則由萬有引力定律和牛頓定律可知 地球表面處的重力加速度 得 以題給數(shù)值代入，得M＝2×1030 kg （2）根據(jù)質量虧損和質能公式，該核反應每發(fā)生一次釋放的核能為 △E＝（4mp＋2me－mα）c2

24、 代入數(shù)值，得△E＝4.2×10-12 J （3）根據(jù)題給假設，在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內(nèi)，發(fā)生題中所述的核聚變反應的次數(shù)為 因此，太陽總共輻射出的能量為E＝N·△E 設太陽輻射是各向同性的，則每秒內(nèi)太陽向外放出的輻射能為ε＝4πr2w 所以太陽繼續(xù)保持在主星序的時間為 由以上各式解得 以題給數(shù)據(jù)代入，并以年為單位，可得t＝1×1010年＝1百億年 【名師指引】該題是信息題，關鍵是在大量的信息中選取有用的信息，

25、而不被其他信息所干擾.如第（1）小題，實際上是萬有引力定律在天文學上的應用，與原子核的知識無關.第（3）題，需要構建出太陽各向同性地向周圍空間輻射核能（輻向能量流）的物理模型，是考查空間想象能力和建模能力的好題. 【新題導練4】用質子轟擊鋰核（Li）生成兩個a粒子．已知質子質量Mp=1.0078，鋰核質量為，質子的初動能是E1=0.6MeV．求： （1）寫出核反應方程式； （2）核反應前后發(fā)生的質量虧損； （3）核反應過程中釋放的能量△E； （4）核反應釋放的能量全部用來增加兩個a粒子的動能，則核反應后兩個a粒子具有總能量是多少？ 五．核反應方程 【真題】（200年高考廣東）鋁箔

26、被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應：.下列判斷正確的是 A．是質子 B．是中子 C．X是的同位素 D．X是的同位素 答案：BD 【解析】根據(jù)和反映方程的質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，可知X是，D正確；是中子，B正確． 【名師指引】要熟記質子、中子、α粒子的符號，書寫核反應方程要注意兩個守恒． 【新題導練5】一個原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為 ，則下列說法正確的是 A.X的原子核中含有86個中子 B.X的原子核中含有141個核子 C.因為裂變釋放能量，出現(xiàn)質量虧損，所以裂變后的總質量數(shù)減少 D.是天然放射性元素，它的半衰期約為7億年，隨

27、著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短也可能變長 ★三、搶分頻道 要求：每一講配一個限時基礎訓練卷（活頁裝訂），全部為基礎題，題量一般為10個題，排成一頁；如果是各地的模擬題，也要注明題的出處，可以是廣東各地的，也可以是全國其他地方的．“基礎提升訓練”一般4～6道題，“能力提高訓練”一般3～4道題．總體難度在2009年版的基礎上要有所降低，突出基礎． 1．限時基礎訓練卷（活頁裝訂） 2．基礎提升訓練 3．能力提高訓練 ◇限時基礎訓練（20分鐘） 班級 姓名 成績 1．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了

28、A、原子不可再分 B、原子的核式結構 C、原子核是可分的 D、原子核由中子和質子組成 2.某放射性元素的原子核發(fā)生兩次a衰變和六次衰變，關于它的原子核的變化，下列說法中正確的是（ ） A、中子數(shù)減小8 B、質子數(shù)減小2 C、質子數(shù)增加2 D、核子數(shù)減小10 3.當一個中子和一個質子結合成氘核時，產(chǎn)生光子輻射，對這一實驗事實，下列說法正確的是 A、核子結合成原子核時，要放出一定的能量 B、原子核分裂成核時，要放出一定的能量 C、光子的質量為零，氘核的質量等于中子與質子的質量之和 D、光子具有一定的能量，氘核的質量小于中子與質子的質量

29、之和 4.新發(fā)現(xiàn)的一種放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期為8天，X2O與F能發(fā)生如下反應：2X2O+2F2===4XF+O2，XF的半衰期為 A、2天 B、4天 C、8天 D、16天 5.最近幾年，原子核科學家在超重元素島的探測方面取得重大進展，1996年科學家們在研究某兩個重離子結合成超重元素的反應時，發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核經(jīng)過6次a衰變后的產(chǎn)物是．由此，可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質量數(shù)分別是 A、124、259 B、124、256 C、112、265 D、112、277 6. 如圖所示，R為放射源，虛線范圍內(nèi)有垂直于紙面的

30、磁聲B，LL’為厚紙板，MN為熒光屏，今在屏上P點處發(fā)現(xiàn)亮斑，則到達P點處的放射性物質微粒和虛線范圍內(nèi)B的方向分別為 題6 A、a粒子，B垂直于紙面向外 B、a粒子，B垂直于紙面向內(nèi) C、粒子，B垂直于紙面向外 D、粒子，B垂直于紙面向內(nèi) 7.兩種放射性元素的原子和，其半衰期分別為T和．若經(jīng)過2T后兩種元素的核的質量相等，則開始時兩種核的個數(shù)之比為________________；若經(jīng)過2T后兩種核的個數(shù)相等，則開始時兩種核的質量之比為_________________． 8. 設氫原子的基態(tài)能量為E1。某激發(fā)態(tài)的能量為E，則當氫原子從這一激發(fā)態(tài)躍遷到

31、基態(tài)時，所________________-（填“輻射”或“吸收”）的光子在真空中的波長為________。 9. 靜止的氮核被速度是v0的中子擊中生成甲、乙兩核。已知甲、乙兩核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙兩核動量之比為1：1，動能之比為1：4，它們沿垂直磁場方向進入勻強磁場做圓周運動，其半徑之比為1：6。問：甲、乙各是什么核？速度各是多大？寫出該反應方程。 10. 物理學家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應.根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部４個氫核()轉化成一個氦核()和兩個正電子()并放出能量.已知質子質量mP＝1.0073u，α粒子的質量mα＝4.

32、0015u，電子的質量me＝0.0005u． 1u的質量對應931.5MeV的能量。 （1）寫出該熱核反應方程 （2）一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少兆電子伏的能量?（結果保留四位有效數(shù)字） ◇基礎提升訓練 1．有下列4個核反應方程： ①Na→Mg+e ②U+n→Ba+Kr+3n ③F+He→Ne+H ④He+H→He+H 上述核反應依次屬于： A．衰變、人工轉變、人工轉變、聚變 B．裂變、裂變、聚變、聚變 C．衰變、衰變、聚變、聚變 D．衰變、裂變、人工轉變、聚變 2．2008年北京奧運會場館周圍

33、80％～90％的路燈將利用太陽能發(fā)電技術，奧運會90％的洗浴熱水將采用全玻真空太陽能集熱技術.太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部所發(fā)生的一系列核反應形成的，其主要的核反應過程可表示為： A． B． C． D． 3.關于半衰期，以下說法正確的是： A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質中長. B．升高溫度可以使半衰期縮短. C．氡的半衰期為3.8天，若有四個氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個. D．氡的半衰期為3.8天，4克氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1克. 4. 已知兩個中子和兩個質子結合成一個α粒子

34、時，可放出28.30MeV的能量；三個α粒子結合成一個碳核時，可放出7.26MeV的能量.由此可知6個中子和6個質子結合成一個碳核時，可釋放的能量為多少？ 5一速度為v的高速α粒子（）與同方向運動的氖核（）發(fā)生彈性正碰，碰后α粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）。 ◇能力提升訓練 1．下列說法正確的是： A．γ射線是原子核衰變過程中受激發(fā)的電子從高能級向低能級躍遷時發(fā)出的 B．核反應中的質量虧損現(xiàn)象違背了能量守恒定律 C．治療腦腫瘤的“γ”刀是利用了γ射線電離本領大的特性 D．太陽釋放的能量來自于其內(nèi)部的熱核反應 2．現(xiàn)在太陽向外輻射的能量是由于太陽內(nèi)部

35、氫核聚變產(chǎn)生的，大約在40億年以后太陽內(nèi)部將會啟動另一種核反應，其核反應方程為：，到那時太陽向外輻射的能量是由上述兩種核反應共同產(chǎn)生的．已知 的質量為m1，的質量為m2，則下列判斷正確的是： A．3m1>m2 B．3m1

36、射線自動控制鋁板厚度生產(chǎn)的裝置，放射源能放射出α、β、γ 三種射線.根據(jù)設計要求，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板.那么，在三種射線中哪種射線對控制厚度起主要作用： A．α射線 B．β射線 C．γ射線 D．α、β、γ射線都行 5．下列核反應中屬于核聚變的是： A． B． C．＋→＋＋ D． 6．關于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是 A．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減小 B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉變?yōu)橘|子時所產(chǎn)生的 C．在α、β

37、、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強 D．鈾核()衰變?yōu)殂U核()的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變 7．由原子核的衰變規(guī)律可知 A.放射性元素一次衰變可同時產(chǎn)生α射線和β射線 B.放射性元素發(fā)生β衰變，產(chǎn)生的新核的化學性質不變 C.放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學狀態(tài)無關 D.放射性元素發(fā)生正電子衰變時，產(chǎn)生的新核質量數(shù)不變，核電荷數(shù)減少l 8．據(jù)調查每年有280萬人直接或者間接死于裝修污染，裝修污染已經(jīng)被列為“危害群眾最大的五種環(huán)境污染”之一.目前，在居室裝修中經(jīng)常用到的花崗巖、大理石等裝修材料，都不同程度地含有放射性元素，比如，含有鈾、釷

38、的花崗巖等巖石會釋放出放射性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出α、β、γ射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病，根據(jù)有關放射性知識可知，下列說法正確的是（ ） A．氡的半衷期為3.8天，若取4個氡核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個氡原子核了 B．β衰變所釋放的電子是原子核中的中子轉化為質子和電子所產(chǎn)生的 C．γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，在這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，電離能力也最強 D．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 9.在下列四個核反應中，X表示了質子的是哪些 A． B．； C．； D． 10．放射性同位素614C被考古

39、學家稱為“碳鐘”，它可以用來斷定古生物體死亡至今的年代.此項研究成果獲得1960年諾貝爾化學獎. （1）宇宙射線中高能量中子碰撞空氣中的氮原子后，就會形成614C，寫出它的核反應方程式. （2）614C很不穩(wěn)定，容易發(fā)生衰變，其半衰期為5730年，寫出它發(fā)生衰變的方程. （3）614C的生成和衰變通常是平衡的，即空氣中生物活體的614C含量是不變的.當機體死亡后，機體內(nèi)的614C含量將會不斷減少.若測得一具古生物遺骸中614C含量只有活體中的12.5％，則這具遺骸死亡至今應有多少年？ 第十二章 原子物理參考答案 第1講 原子的結構 能級 ★一、考情直播 考點參考答案： 考

40、點一：1.電子 2. 絕大多數(shù)α粒子；少數(shù)α粒子；被金箔反彈3. 核；全部正電荷和幾乎全部質量；負電的電子4. 10-14m 考點二：1. 1）不連續(xù)的能量；定態(tài)2）. 不同能量狀態(tài)；軌道；3）輻射或吸收 ★二、高考熱點探究 新題導練1：盧瑟福通過α粒子實驗提出了原子的核式結構理論，離核越近的α粒子偏轉角度越大，正對著原子核的射來的α粒子被原子核反彈，所以正確的軌跡圖如圖所示. 對于c，最好是畫出反彈的徑跡與原來的徑跡分離開，這樣可以看出α粒子被金原子核反彈；另外對于b，其散射角一定要大于a，否則是錯誤的. 新題導練2. ，必有，即由能級Ａ躍遷到能級Ｃ時發(fā)出的光子能量大，光子的頻率大

41、，如圖7所示，顯然，由能級Ｂ躍遷到能級Ｃ時氫原子應該輻射一個光子，滿足： …… …… …… 由-得：…… 由解得： 新題導練3：B 限時基礎參考答案 1.答案：B 【解析】在氫原子中，量子數(shù)n越大，則電子離原子核越遠，其軌道半徑越大，A錯；依據(jù)庫侖力提供電子繞核運動的向心力，得到，可見，軌道半徑越大，其動能越小，速度越小，B錯；根據(jù)，n越大，能量越大，C錯；電子在遠離核的過程中，庫侖力做負功，電勢能增加，量子數(shù)n越大，電子離原子核越遠，電勢能越大，D正確. 2. 答案：D 【解析】盧瑟福的原子核式結構內(nèi)容為：原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，電子在核外繞

42、原子核旋轉，原子中絕大部分是空的，原子核的半徑大約是10-15米，所以正確答案為D 3.答案：C 【解析】盧瑟福是根據(jù)α粒子散射實驗的結果提出原子的核式結構的，答案為C 4.答案：輻射 【解析】所以 5.答案：ABC 【解析】熟記波爾三條假設的內(nèi)容，可知ABC正確 6. 答案：D 【解析】原子中的電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，庫侖力增大，且?guī)靵隽ψ稣?，必有核外電子受力變大，原子能量變小，動能變大，勢能變小，D正確 7. 答案：D 【解析】一群氫原子向低能級輻射可能發(fā)射譜線為n(n-1)/2=6，D正確 8. 答案：ACD 【解析】10.2eV剛好

43、是n=1、n=2的能極差，而11eV不是，由玻爾政府知A正確?；珰湓右材芪?4eV的光子而電離，電離后自由電子動能為0.4eV。它也可吸收動能為11eV的電子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV仍為原來電子所有。所以應選ACD。 9.【答案】A 【解析】只有A是核聚變方程；B是核的人工轉變；C是核裂變；D是衰變 10.【答案】AB 【解析】略 ◇基礎提升訓練參考答案 1. 【答案】D（當光子的能量等于任意兩個能級之間的能量差時，才能躍遷，題中所給的能量10.5ev不等于任意兩能級之差，所以不能躍遷） 2. 【答案】B 【解析】只有b是可見光，三個光子的能量顯然滿

44、足，正確答案應為B 3.【答案】AC 【解析】只有n=1至n=3的能級差在光子的能量范圍內(nèi)，選A；吸收光子的能量后躍遷到n=3能級，可以產(chǎn)生3種光子，選C 4.【答案】BC 【解析】原子的量子數(shù)越大，總能量越大，A錯、應選B；C是波爾假設中的一條，正確 5. 【答案】6 【解析】屬于巴爾末系的是從各能級躍遷到n=2，形成的，有兩條屬于巴爾末系，顯然是從n=3到n=2和n=4到n=2形成的，當氫原子從n=4向低能級躍遷時可以形成的光子數(shù)為4×3/2=6種 ◇能力提升訓練參考答案 1. 【答案】A由于電子與a粒子質量的懸殊，所以可判斷：使a粒子偏轉的不可能是帶負電的電子；又

45、由于只有極少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉，所以又可判斷：原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的范圍內(nèi)．故選A． 2. 10.2eV剛好是n=1、n=2的能極差，而11eV不是，由玻爾政府知A正確．基太氫原子也能吸收14eV的光子而電離，電離后自由電子動能為0.4eV．它也可吸收動能為11eV的電子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV仍為原來電子所有．所以應選ACD． 3. 根據(jù)玻爾原子理論知：氫原子核外電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時，應輻射出光子，而能級差即為光子能量 E0=E-E1 另外，光子能量E0與光波長間的關系為 ． 其中h為普朗克

46、常量，c為真空中光速，由此可解得 此例答案：輻射， 4.C 【解析】略 5.D 【解析】由外層躍遷到內(nèi)層，庫侖力做正功，電勢能減小，動能增加，量子數(shù)減小，總能量減小 6.AC 【解析】略 7.CD 【解析】處于基態(tài)的氫原子吸收了某種單色光光子后躍遷到最高能級放出的光子能量等于三個光子中能量最大的那個，顯然CD正確 8.ACD 【解析】由氫原子能級結構可算出，10.2ev剛好為氫原子n=1和n=2的兩能級之差，而11ev則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而氫原子只能吸收前者，不能吸收后者。對于14ev的光子，其能量大于氫原子的電離能（13.6ev

47、），足以使氫原子電離，使電子脫離核的束縛而成為自由電子，因而不受氫原子能級間躍遷條件的限制。用電子去碰撞原子時，入射電子的動能可以部分或全部被氫原子吸收，所以只要入射電子動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)能量之差，也可以使氫原子激發(fā)。 9.【答案】9：4，， 【解析】： 庫侖力提供向心力，式中 得到：，顯然比值為9:4 得到：，顯然比值為 得到：，顯然比值為 10.【答案】（1） （2） （3） 【解析】： 庫侖力提供向心力, 得到： 電場強度： 第2講 天然放射現(xiàn)象 衰變 核能 ★一、考情直播 考點一：參考答案 1.貝克

48、勒耳 具有復雜結構 2. 名稱 產(chǎn)生 本質 電離作用 穿透能力 α射線 α衰變中放出 原子核中的兩個質子和兩個中子結合在一起放出 氦的原子核 最強 最弱 β射線 β衰變中放出 原子核內(nèi)的一個中子轉變?yōu)橘|子和電子，質子留在核內(nèi)，電子放出 電子 較弱 較弱 γ射線 伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生是原子核進行α衰變、β衰變后，原子核有多余的能量，以光子的形式放出 光子 最弱 最強 3. 三種射線在電場中偏轉 三種射線在磁場中偏轉 α α β β γ γ 4. 原子核內(nèi)部 考點二： 1. 放射性元素的原子核有半

49、數(shù)發(fā)生衰變需要的時間 2. 物理或化學狀態(tài) 或 3. 考點三： 1. 核電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4 2. 核電荷數(shù)增加1，質量數(shù)不變 3. 核電荷數(shù)減少1，質量數(shù)不變 考點四： 1. 質子 2. 中子 3.放射性P的同位素. 4. 利用它的射線；做示蹤原子 考點五：核力與核能 1．核子（質子和中子統(tǒng)稱為核子） 吸收或放出的能量 2. 或 3. 組成原子核的核子的總質量與原子核的質量之差 4. 核子間存在著強大的核力，核子結合成原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量 ★二、高考熱點探究 新題

50、導練1：根據(jù)動量守恒知：mαvα=mThvTh α衰變在磁場中的徑跡 β衰變在磁場中的徑跡 Rα/RTh=45:1 Rβ/RPa=91:1 α β Th Pa 由得： 思考：在磁場中α、β衰變形成的徑跡的比較 請同學們自行驗證一個靜止的在磁場中發(fā)生β衰變時，其半徑之比為91:1 新題導練2：D(解析)考慮到放射性元素衰變的快慢是跟原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關，又考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，即給定的四個氡核是否馬上衰變會受到各種偶然因素的支配.因此，正確答案只有D. 新題

51、導練3：(1)依據(jù)核電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可判斷為中子，且 根據(jù)愛因斯坦的質能方程，即= （2）依據(jù)已知，，，，，，則，，則核反應次數(shù)為，則每年消耗的的質量，即 新題導練4：（1） （2） （3） （4） 新題導練5：A（X原子核的質子數(shù)86，中子數(shù)為140，可知A正確，B錯；總質量數(shù)守恒，半衰期與所處的物理化學狀態(tài)無關，CD錯） 限時基礎參考答案 1.C 【解析】天然放射現(xiàn)象的三種粒子均來自于原子核，說明原子核具有精細結構，選C 2.C 【解析】經(jīng)過兩次a衰變，中子數(shù)減少4，質子數(shù)減少4；在經(jīng)過六次衰變，中子數(shù)又減少6，質子數(shù)增加6，所以

52、質子數(shù)一共增加2.中子數(shù)一共減少10 3.AD 【解析】這是釋放核能的方程，A正確；放能方程存在質量虧損，D正確； 4. 【答案】C 【解析】半衰期與所處的物理狀態(tài)、化學狀態(tài)無關 5. 【答案】D 【解析】根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以確定D正確 6.D（由于a粒子貫穿本領很弱，只能穿透幾厘米空氣，因此穿透厚紙板到達屏上P點處不可能是a粒子；由于粒子不帶電，穿過B區(qū)域不會發(fā)生偏轉，因此到達P點處的也不可能是粒子；由此可知，到達P點處的必然是粒子．又由于粒子帶的是負電，因此用左手定則便可判斷B的方向應該是垂直于紙面向內(nèi)．所以應選D．） 7. 若開始時兩種核的個數(shù)分別為N1和N2，則經(jīng)

53、時間2T后剩下的核的個數(shù)就分別為和，而此時兩種核的質量相等，于是有 由此可得 N1:N2=b:4a． 若開始時兩種核的質量分別為m1和m2，則經(jīng)時間2T后剩下的核的質量就分別為和，而此時兩種核的個數(shù)相等，于是有 由此可得 ． 8. 【答案】輻射， 【解析】根據(jù)玻爾原子理論知：氫原子核外電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時，應輻射出光子，而能級差即為光子能量 E0=E-E1 另外，光子能量E0與光波長間的關系為 。 其中h為普朗克常量，c為真空中光速，由此可解得 9. 【答案】 見解析 【解

54、析】設甲、乙兩核質量分別為m甲，m乙，電量分別為q甲，q乙。 由動量與動能關系和可得 ：=：=4：1。 又由可得 ：=：=6：1 因為+=15m0，+=7e，所以 =12m0，=3m0，=6e，=e。 即甲為，乙為。 由動量守恒定律，可得 m0v0=+=2=24 m0 進而求得甲的速度，乙的速度。 核反應方程為 。 10. 【答案】見解析 【解析】（1）4→+2 （2）Δm＝4mP－mα－2me

55、 =4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u =0.0267 u Δ＝0.0267 u×931.5MeV/u Δ＝24.87 MeV 基礎提升參考答案： 1.D 【解析】①衰變，②裂變，③是轉變，④聚變，所以D正確 2.A 【解析】只有A是聚變方程 3.D 【解析】半衰期與所處的物理狀態(tài)和化學狀態(tài)無關，半衰期是

56、一個統(tǒng)計概念，只有大量的原子核才成立。 4. 【答案】見解析 【解析】可以先寫出相應的核反應方程： 比較這些方程，將第一個方程改為 將第二個方程代入得 所以 5.【答案】見解析 【解析】設a粒子與氖核的質量分別為ma與mNe，氖核在碰撞前后的速度分別為vNe與。由動量守恒與機械能守恒定律，有 　　　　　　　　 ① 　　　 　② 　解得 　　　 　　　　　　　?、? 　　　　　　　?、? 已知 　　　　 　　　　　　　　　　?、? 將⑤式代入③④式得 　　　　　　　　　　　　　　?、? 　　　　　　　　　　?、? 能力提升參考答案 1. D【解析

57、】γ射線是原子核處于激發(fā)態(tài)時發(fā)出的，與電子無關，A錯；核反應中的質量虧 損與釋放的核能相對應，其質量和能量在各自的范圍內(nèi)還是守恒的，B錯；治療腦腫瘤的“γ” 刀是利用了γ射線貫穿本領強的特性，C錯；一切恒星發(fā)光，其能量均來自于熱核反應，D 正確. 2. A【解析】太陽內(nèi)部的熱核反應是核聚變，存在質量虧損，，A正確. 3. AD【解析】β衰變的本質是原子核內(nèi)的一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子，質子留在核內(nèi)，電子放出，因而核比核少一個中子，多一個質子，A正確，B錯；核的衰變是釋放核能的，存在質量虧損，亦即一個核的質量比一個核與一個β粒子的質量之和大，D正確，C錯. 4. C 【解析】能

58、夠穿透3mm金屬鋁板的射線只有γ射線，C正確. 5. A【解析】A屬于核聚變，B屬于核衰變，C是核裂變，D是核的人工轉變，只有A正確. 6. BC【解析】半衰期與放射性物質所處的物理、化學狀態(tài)無關，A錯；β衰變的本質是原子核內(nèi)的中子轉變?yōu)橘|子和電子，電子放出，質子留在核內(nèi)，B正確；顯然，C是正確的；衰變?yōu)?，要?jīng)過（238-206）/4=8次α衰變和2×8+82-92=6次β衰變，D錯. 7. CD 【解析】放射性元素一次衰變只能產(chǎn)生α射線或β射線中的一種，A錯；放射性元素發(fā)生β衰變，變成核電荷數(shù)增加1的中性原子，化學性質一定改變，B錯；C、D顯然是正確的. 8. B【解析】半衰期是一個統(tǒng)計學上的概念，只有對大量的原子核才成立，對幾個核，半衰期是沒有物理意義的，A錯；B正確；C中，γ射線電離能力最弱，C錯；α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2，D錯. 9. A 【解析】略 10. 【解析】 （1）714N＋01n → 614C＋11H （2）614C → 714N＋-10e （3）17190年 生物體活著時因新陳代謝不斷進行，14C含量不變，生物體死亡后，14C要按一定的半衰期衰變，而含量減少；測定含量的方法，通常用放射計數(shù)器記錄每分鐘射出電子的個數(shù)，兩種樣品的這個數(shù)量之比往往就是14C的含量比. 所以所以