2018学年高中物理粤教版选修3-5学业分层测评17 第4章 第6节 核能利用+第7节 小粒子与大宇宙 含解析

章末总结一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子(0－1e)、氘核(21H)、氚核(31H)(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．例1(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程中，表述正确的是()A.42He＋2713Al―→3015P＋10n是原子核的人工转变B.31H＋11H―→42He＋γ是核聚变反应C.199 F＋11H―→168 O＋42He是α衰变D.23592 U＋10n―→9038Sr＋13654 Xe＋1010n是裂变反应答案ABD解析我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式；B是聚变的核反应方程式；C并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式．故A、B、D正确．针对训练1在下列四个核反应方程式中，X表示中子的是______，属于原子核的人工转变的是________．A.147N＋42He―→178O＋XB.2713Al＋42He―→3015P＋XC.21H＋31H―→42He＋XD.23592U＋X―→9038Sr＋13654Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，对A，未知粒子的质量数：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数：13＋2＝15＋y，y＝0，所以X是中子(10n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，X也是中子(10n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，X也是中子(10n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D，其中A、B为原子核的人工转变．二、半衰期及衰变次数的计算例2(多选)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是()A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线C．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．平均结合能越大，原子越容易发生衰变答案AB解析因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，所以C项错；平均结合能描述原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定，越不容易发生衰变，所以D项错．针对训练2放射性元素23892U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Tl，210a X和b81Tl最后都变成20682Pb，衰变路径如图1所示．则()图1A．a＝82，b＝211B.21083Bi→210a X是β衰变，21083Bi→b81Tl是α衰变C.21083Bi→210a X是α衰变，21083Bi→b81Tl是β衰变D.b81Tl经过一次α衰变变成20682Pb答案 B解析由21083Bi→210a X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由21083Bi→b81Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由20681Tl→20682Pb发生了一次β衰变，故选B.三、核能的计算1．利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u＝1.66×10－27kg，相当于931.5 MeV，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用．2．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．例3已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( ) A ．释放出4.9 MeV 的能量 B ．释放出6.0 MeV 的能量 C ．释放出24.0 MeV 的能量 D ．吸收4.9 MeV 的能量 答案 C解析 依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H ＋21H →42He ，因氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，故结合前氘核的能量为E 1＝2×1.1 MeV ，结合后氦核的能量E 2＝4×7.1 MeV ，可知吸收的能量为ΔE ＝2E 1－E 2＝－24.0 MeV ，式中负号表示释放核能，故选C.例4 用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和α粒子，并放出4.8 MeV 的能量．已知1 u 相当于931.5 MeV 的能量． (1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能，则氚核和α粒子的动能比是多少？(4)在问题(3)的条件下，α粒子的动能是多大？答案 (1)63Li ＋10n →31H ＋42He ＋4.8 MeV(2)0.005 2 u (3)4∶3 (4)2.06 MeV解析 (1)核反应方程为63Li ＋10n →31H ＋42He ＋4.8 MeV .(2)依据ΔE ＝Δmc 2得，Δm ＝4.8931.5u ≈0.005 2 u. (3)根据题意有m 1v 1＝m 2v 2式中m 1、v 1、m 2、v 2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能E k ＝p 22m ，可得它们的动能之比为E k1∶E k2＝p 22m 1∶p 22m 2＝12m 1∶12m 2＝m 2∶m 1＝4∶3.(4)α粒子的动能E k2＝37(E k1＋E k2)＝37×4.8 MeV ≈2.06 MeV.1．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是( )A ．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 解法一 推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，9036Kr 衰变为9040Zr ，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变． 解法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有9036Kr →9040Zr ＋x 42He ＋y0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x 由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变，选项B 正确．2．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋____________→84Be ＋γ.(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________________． 答案 (1)42He (2)18(或12.5%) 解析 (2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m 余＝m 原(12)3＝18m 原． 3．在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.14 6C →14 7N ＋0－1eB.3215P →3216S ＋0－1eC.238 92U →234 90Th ＋42HeD.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HE.235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210nF.31H ＋21H →42He ＋10n答案 C AB E F4．两个动能均为1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：21H ＋21H →31H ＋11H.(已知21H 的质量m 0＝2.013 6 u ，31H 的质量m 1＝3.015 6 u ，11H 的质量m 2＝1.007 3 u,1 u 相当于931.5 MeV的能量)(1)此核反应中放出的能量ΔE 为______________．(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是______．答案 (1)4.005 MeV (2)1.001 MeV解析 (1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为： Δm ＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u ＝0.004 3 u ， ΔE ＝Δmc 2＝0.004 3×931.5 MeV ≈4.005 MeV .(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零．因核反应中的动量守恒，故碰后氚核和质子的总动量也为零．设其动量分别为p 1、p 2，必有p 1＝－p 2. 设碰后氚核和质子的动能分别为E k1和E k2， 则E k1E k2＝12m 1v 2112m 2v 22＝m 1v 21m 2v 22＝p 21m 1p 22m 2＝m 2m 1＝13， 故新生的氚核具有的动能为E k1＝14ΔE ＝14×4.005 MeV ≈1.001 MeV .。

第四章原子核第五节裂变和聚变A级抓基础1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( )A．质子B．中子C．β粒子D．α粒子解析：重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生新的重核裂变，形成链式反应，B 项正确．答案：B2．太阳辐射能量主要来自太阳内部的( )A．裂变反应B．热核反应C．化学反应D．放射性衰变解析：太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应，故B正确．答案：B3．氢弹和原子弹各是根据什么原理制造的( )A．都是根据重核裂变原理B．都是根据轻核聚变原理C．原子弹是根据轻核聚变原理，氢弹是根据重核裂变原理D．原子弹是根据重核裂变原理，氢弹是根据轻核聚变原理解析：氢弹是根据轻核聚变原理，原子弹是根据重核裂变原理，故选项D对．答案：D4．下列核反应方程，属于裂变反应的是( )A.238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310nC.3015P→3014Si＋01eD.94Be＋42He→12 6C＋10n解析：A选项是α衰变，B选项是裂变反应，C选项是放射性元素的衰变，D选项是查德威克发现中子的人工转变方程，故B正确，A、C、D错．答案：B5．下列说法正确的( )A.234 90Th→234 91Pa＋X中的X是中子B.14 7N＋42He→17 8O＋11H是α衰变C.21H＋31H→42He＋10n是核聚变D.8234Se→8236Kr＋20－1e是核裂变解析：A：由质量数守恒和电荷数守恒知X是电子，故A错误；B：是发现质子的反应方程，α衰变生成的是氦原子核，故B错误；C：质量较轻的核聚变生成质量较大的核，故C正确；D：裂变是质量较大的核分裂成质量中等的核，这里是β衰变，故D错误．答案：CB级提能力6．(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：(1)235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋k10n(2)21H＋31H→42He＋d10n关于这两个方程的下列说法，正确的是( )A．方程(1)属于α衰变B．方程(2)属于轻核聚变C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1解析：方程(1)应属于重核裂变而不是α衰变，选项A错误；方程(2)为轻核聚变，选项B正确；核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒，方程(1)中：235＋1＝90＋136＋k×1，解得k＝10，方程(2)中：2＋3＝4＋d×1，解得d＝1，选项C正确，D错误．答案：BC7．中国最新一代“人造太阳”实验装置，于2006年9月28日在合肥成功放电，这是世界首个投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置．“人造太阳”以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”．你认为“人造太阳”中所涉及的核反应方程是( )A.235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010nB.14 7N＋42He→17 8O＋11HC.21H＋31H→42He＋10nD.238 92U→234 90Th＋42He解析：聚变反应是质量较轻的核聚变生成质量较大的核，由题目知C正确．答案：C8．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H＋126C→137N＋Q1，11H＋15 7N→12 6C＋X＋Q2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：以下推断正确的是( )A．X是32He，Q2>Q1B．X是42He，Q2>Q1C．X是32He，Q2<Q1D．X是42He，Q2<Q1解析：根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核X的质量数为4、电荷数为2，即X是42He；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q1<Q2.答案：B9．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104 m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s，方向与中子的运动方向相反．(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度大小；(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量(已知氘核质量为m D＝2.014 102 u，氚核质量为m T＝3.016 050 u，氦核质量m He＝4.002 603 u，中子质量m n＝1.008 665 u，1 u＝1.660 6×10－27 kg)．解析：(1)63Li＋10n→31H＋42He.(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得m n v0＝－m T v1＋m He v2，v2＝m n v0＋m T v1m He＝1×7.7×104＋3×1.0×1034m/s＝2×104 m/s.(3)质量亏损为Δm＝m D＋m T－m He－m n＝(2.014 102＋3.016 050－4.002 603－1.008 665) u＝0.018 884 u≈3.136×10－29 kg根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2＝3.136×10－29×(3×108)2 J≈2.82×10－12 J.答案：(1)63Li＋10n→31H＋42He (2)2×104 m/s(3)2.82×10－12 J。

粤教版高中物理选修3-5第四章同步测试题及答案第四章原子核第一节走进原子核[A级抓基础]1．(多选)在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的正确选项是()A．查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的B．汤姆生首先提出了原子的核式结构学说C．贝克勒尔首先发现了天然放射现象D．卢瑟福首先发现了质子和中子解析：查德威克通过实验证实了卢瑟福关于中子的猜想是正确的，A正确；卢瑟福发现的质子并提出了核式结构模型，B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂结构，C正确；卢瑟福首先发现了质子，查德威克发现中子，D错误．答案：AC2．下列属于核子的是()A．电子B．α射线C．原子D．中子解析：质子和中子统称为核子．电子、α射线、原子不属于核子，故ABC错误；中子属于核子，故D正确．答案：D3．(多选)某种元素的原子核符号为A Z X，则()A．原子核的质子数为Z，中子数为A－ZB．原子核的质子数为Z，核子数为AC．原子核的质子数为A，中子数为ZD．原子核的质子数为A，中子数为A－Z解析：A Z X的质量数为A，质子数为Z，质量数＝质子数＋中子数，所以中子数是A－Z，故A正确，C、D错误；核子数＝质子数＋中子数，则核子数等于质量数，为A，故B正确．答案：AB4．据报道，放射性同位素钬16667Ho可以有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数是()A．32B．67C．99 D．166解析：根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故C对，A、B、D错．答案：CB级提能力5．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是()A．电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等解析：卢瑟福发现质子后，设想原子核只由质子组成，但核电荷数只是质量数的一半或少一些，这与假设相矛盾，因此他又设想原子核内除质子外还有不带电的中子存在，所以选项C正确．答案：C6．下列说法正确的是()A．质子和中子的质量不等，但质量数相等B．质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D．中子不带电，所以原子核的总电量等于质子和电子的总电量之和解析：质子和中子的质量不等，但质量数相等，故A正确；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量数的总和，故B错误；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，故C错误；中子不带电，所以原子核的总电量等于质子总电量，故D错误．答案：A7．若用x代表一个中性原子的核外电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th 的原子来说()A．x＝90，y＝90，z＝234 B．x＝90，y＝90，z＝144C．x＝144，y＝144，z＝90 D．x＝234，y＝234，z＝324解析：在23490Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y ＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，z＝234－90＝144.B项正确．答案：B第四章原子核第二节放射性元素的衰变A级抓基础1．关于三种天然放射线，下列说法正确的是()A．α射线是高速运动的氦原子B．穿透能力最强的是β射线C．天然放射线的发现说明原子核具有复杂结构D．α射线是三种天然放射线中的一种，常利用它的穿透本领做医学检查解析：α射线是高速运动的氦原子核，故A错误；穿透能力最强的是γ射线，故B错误；天然放射线的发现说明原子核具有复杂结构，故C正确；γ射线是三种天然放射线中的一种，常利用它的穿透本领做医学检查，故D错误．答案：C2．(多选)关于原子核的衰变，下列说法中正确的是()A．α粒子来自于原子核，说明原子核里含有α粒子B．β粒子来自于原子中的电子，正如光电效应一样C．某些原子核发生衰变说明它们是不稳定的D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的解析：发生β衰变时，原子核内的中子转化为质子和电子，B错误，D正确；原子核由质子和中子组成，并不含有α粒子，A错误；某些原子核的核子间结合不太牢固、不稳定，会放出α粒子，C正确．答案：CD3．关于天然放射性，下列说法中正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度有关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B错误；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β和γ三种射线，故D 错误．答案：C4．在花岗岩、大理石等装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是( )A ．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个B ．氡的半衰期为3.8天，16个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下2个氡原子核C.238 92U 衰变成206 82Pb 要经过6次β衰变和8次α衰变D ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的解析：发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少4，但中子数减少2个，故A 错误；半衰期的对大量原子核的衰变的统计规律，对于单个是不成立的，故B 错误；根据质量数和电荷数守恒可知：发生α衰变放出42He ，导致质子数减小2个，质量数减小4，故中子数减小2；发生β衰变时，生成核与原来的原子核相比，电荷数多1，质量数不变，所以发生α衰变的次数是：238－2064＝8次，发生β衰变的次数是：2×8－(92－82)＝6次，故C 正确；根据β衰变的特点可知，放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，故D 错误．答案：CB 级 提能力5．如图所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域时，射线的轨迹只出现图示的两条(其中有两种射线的轨迹重合)下列判断中正确的是( )A ．射到b 处的一定是α射线B ．射到b 处的一定是β射线C ．射到b 处的可能是γ射线D ．射到b 处的可能是α射线解析：因为γ射线不带电，所以射到b 点的一定不是γ射线，α、β射线在电磁场中受到电场力和洛伦兹力：若电场力大于洛伦兹力，说明射线是α，若洛伦兹力大于电场力说明是β射线．故D 正确，A 、B、C错误．答案：D6．(多选)下列说法正确的是()A.22688Ra衰变为22286Rn要经过1次α衰变和1次β衰变B.23892U衰变为23491Pa要经过1次α衰变和1次β衰变C.23290Th衰变为20882Pb要经过6次α衰变和4次β衰变D.23892U衰变为22286Rn要经过4次α衰变和4次β衰变解析：原子核经1次α衰变和1次β衰变后质量数减4，核电荷数减1(先减2再加1)，故A错误；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0－1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋91＝92，4x＋234＝238，解得x＝1，y ＝1，故衰变过程为1次α衰变和1次β衰变，故B正确；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0－1e，设发生了x次α衰变和y 次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝90，4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，故C正确；发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0－1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋86＝92，4x＋222＝238，解得x＝4，y＝2，故衰变过程中共有4次α衰变和2次β衰变，故D错误．答案：BC7．由于放射性元素23793Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现. 已知23793Np经过一系列α衰变和β衰变后变成霉20983Bi，下列论断中正确的是() A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒B.20983Bi的原子核比得23793Np的原子核少28个中子C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D．经过两个半衰期后含有23793Np的矿石的质量将变为原来的四分之一解析：20983Bi的原子核比23793Np的原子核质量数少28，电荷数少10，所以衰变过程中原子核的质量和电荷量不守恒，故A错误；20983Bi 的原子核比23793Np的原子核质量数少28，电荷数少10，故中子少18个，故B错误；设23793Np变为20983Bi 需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93－83＝2x－y，4x＝237－209，解得：x＝7，y＝4，故C正确；经过两个半衰期后23793Np的原子核个数变为原来的四分之一，但含有23793Np的矿石质量大于原来的四分之一，故D错误．答案：C8．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目.聚乙烯膜轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是( )A ．钋210B ．氡222C ．锶90D ．铀238解析：要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．答案：C 9．一个静止在磁场中的226 88Ra(镭核)，发生α衰变后转变为氡核(元素符号为Rn)．已知衰变中释放出的α粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直. 设镭核、氡核和α粒子的质量分别是m 1、m 2、m 3，衰变的核能都转化为氡核和α粒子的动能. 求：(1)写出衰变方程．(2)α粒子和氡核在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径之比．解析：(1)衰变方程为：226 88Ra →222 86Rn ＋42He(2)根据q v B ＝m v 2r 得，r ＝m v qB发生α衰变后产生的α粒子和氡核动量等大，由半径公式r ＝m v qB∝1q ，得r 1r 2＝862＝431答案：(1)226 88Ra →222 86Rn ＋42He (2)43∶1第四章 原子核第三节 放射性同位素A级抓基础1．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线的应用的是()A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期解析：γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，A、D正确．答案：AD2．放射性同位素能被用作示踪原子，以下说法错误的是() A．放射性同位素不改变其化学性质B．放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D．放射性同位素容易制造解析：放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素替代没有放射性的同位素参与的正常的物理、化学、生物的过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性的危害，因此，选项A、B、C正确，选项D错误．答案：D3．(多选)联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中使用的贫铀炸弹的残留物长期危害环境，对当地居民的健康也产生了严重的影响，下列有关说法正确的是() A．贫铀炸弹的残留物存在放射性，且半衰期很长，对环境产生长期危害B．贫铀炸弹的残留物不会对人体产生危害，但对环境产生了长期危害C．过量的射线对人体组织具有破坏性D．受到射线伤害后，人能立即感觉到射线对人体的破坏解析：贫铀炸弹的残留物对人体和环境都会产生长期危害，A正确，B错误．过量射线对人体造成的伤害有时不会马上感觉到，C正确，D错误．答案：AC4．用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b判断正确的是()A．X代表正电子，a＝17，b＝1B．X代表电子，a＝17，b＝－1C．X代表中子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1解析：根据电荷数守恒，知b＝1，则X代表正电子. 根据质量数守恒，a＝17，A正确．答案：A5．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上．(1)23892U→23490Th＋____________；(2)94Be＋42He→126C＋________；(3)23490Th→23491Pa＋__________；(4)3015P→3014Si＋____________；(5)23592U＋________→9038Sr＋13654Xe＋1010n；(6)147N＋42He→178O＋________．解析：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确定．如(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同理确定其他粒子分别为：中子(10n)，电子(0－1e)，正电子(0＋1e)，中子(10n)，质子(11H)．答案：(1)42He(2)10n(3)0－1e(4)0＋1e(5)10n(6)11HB级提能力6．(多选)在下列核反应方程中，X代表质子的方程是()A.2713Al＋42He→3015P＋XB.147N＋42He→178O＋XC.21H＋γ→10n＋XD.31H＋X→42He＋10n解析：根据核反应的质量数和电荷数相等可知，A中X代表中子10n；B中X代表质子11H；C中X代表质子11H；D中X代表氘核21H，故选BC.答案：BC7．(多选)下列核反应方程不正确的是()A.147N＋42He→178O＋10nB.23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010nC．U23892→23490Th＋42HeD.21H＋31H→42He＋10n解析：由核反应可知，质量数反应前后均为18，反应前电荷数为9，反应后电荷数为8，不能满足核反应关系，故A错误；反应前后质量数及电荷数均守恒，故B正确；反应前后质量数及电荷数均守恒，但U23892书写错误，故C错误；反应前后质量数及电荷数均守恒，故D正确．本题选错误的，故选AC.答案：AC8．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2y y＋147N→x＋178O y＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．质子C．中子D．电子解析：将题给3个方程相加，整理后得73Li＋147N＋94Be→178O＋126C ＋Z，根据电荷数守恒和质量数守恒，Z的质量数为1，电荷数为0，为中子，C正确．答案：C9．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素158O注入人体，158O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像. 则根据PET原理判断下列表述正确的是()A.158O在人体内衰变方程是158O→157N＋01eB．正、负电子湮灭方程是01e＋0－1e→2γC．在PET中，158O的主要用途是作为示踪原子D．在PET中，158O的主要用途是参与人体的新陈代谢解析：由质量数守恒和电荷数守恒知，衰变方程是158O→157N＋01e，故A正确；正负电子湮灭生成两个光子，故B正确；在PET中，158O 的主要用途是作为示踪原子被探测器探测到，故C正确、D错误．答案：ABC10．一个静止的氮核147N俘获一个速度为1.1×107m/s的氦核变成B、C两个新核，设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4×106m/s，B的质量数是C的17倍，B、C两原子核的电荷数之比为8∶1.(1)写出核反应方程；(2)估算C核的速度大小．解析：(1)由题可知B、C电荷数之和为9，因为B、C两原子核的电荷数之比为8∶1，则B的电荷数为8，C的电荷数为1；由题可知B、C质量数之和为18，因为B的质量是C的17倍，则B的质量数为17，则C的质量数为1，所以B为178O，C为11H. 故核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H(2)设氦核的速度方向为正方向；根据动量守恒得：m He v He＝m B v B＋m C v C代入数据得：v C＝－2.4×107 m/s答案：(1)147N＋42He→178O＋11H(2) v C＝－2.4×107 m/s第四章原子核第四节核力与结合能A级抓基础1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的顺序是() A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力解析：核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，故选项D正确．答案：D2．质子与中子发生核反应，生成氘核，放出的能量为E，则() A．氘核的平均结合能是EB．氘核的结合能是EC．氘核中质子与中子间没有相互作用力D．质子与中子的总质量小于氘核的质量解析：质子与中子发生核反应，生成氘核，放出的能量为E，从而得知氘核的结合能为E，氘核的平均结合能为12E，故A错误，B正确；氘核中质子与中子间存在核力作用，故C错误；因为有能量放出，根据爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，所以中子和质子的总质量大于氘核的质量，故D错误．答案：B3．如图，原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是( )A ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要释放能量B ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要吸收能量C ．若C 、B 能结合成G ，结合过程一定要释放能量D ．若F 、C 能结合成B ，结合过程一定要释放能量解析：由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，D 与E 的平均质量大于F 的平均质量，所以D 、E 结合成F ，平均质量减小，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A 正确，B 错误；由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，B 与C 的平均质量小于 G 的平均质量，所以若C 、B 能结合成G ，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故C 错误；由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，F 与C 的平均质量小于B 的平均质量，所以若C 、F 能结合成B ，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故D 错误．答案：A4．太阳因核聚变释放出巨大能量，同时其质量不断减少. 太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A ．1036 kgB ．1018 kgC ．1013 kgD ．109 kg解析：根据ΔE ＝Δmc 2得：Δm ＝ΔE c 2＝4×1026()3×1082 kg ＝4.4×109 kg ，故D 正确．答案：D5．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m 1、m 2、m 3、m 4，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子：21H ＋31H →42He ＋10n.对于这个反应，以下看法正确的是( )A ．氘核和氚核的平均结合能比氦核大，所以该反应会释放核能B ．氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量C ．对应的质量亏损是Δm ＝m 1＋m 2－()m 3＋m 4D ．反应中释放的核能为()m 3＋m 4－m 1－m 2c 2解析：根据平均结合能与核子数目的关系可以知道，氘核和氚核的平均结合能比氦核的平均结合能小，所以该反应会释放核能，故A错误；氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应的过程中由质量亏损，会释放一定的能量，故B错误；根据质量之间的关系可以知道对应的质量亏损是Δm＝m1＋m2－()m3＋m4，故C正确；该反应是轻核的聚变，根据质能方程可以知道，反应中释放的核能为(m1＋m2－m3－m4)c2，故D错误．答案：CB级提能力6．(多选)光子的能量为hν，动量的大小为hνc.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只发出一个γ光子，则下列说法错误的是()A．衰变后的原子核仍然静止B．衰变后的原子核沿着与光子运动方向相反的方向运动C．该过程中质量亏损为hνc2D．该过程中质量亏损大于hνc2解析：由动量守恒知，衰变后的原子核沿着与光子运动方向相反的方向运动，故A错误、B正确；hνc2仅仅是光子对应的质量亏损，而原子核具有动能，还对应部分质量亏损，故C错误、D正确．答案：AC7．放射性物质碘131的衰变方程为13153I→13154Xe＋Y，若13153I的质量为m1，13154Xe的质量为m2，Y粒子的质量为m3.真空中的光速为c，则下列说法中正确的是()A．Y粒子具有很强的电离本领B．Y粒子具有很强的穿透本领C．核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c2D．核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c解析：根据核电荷数守恒可知，Y的核电荷数为53－54＝－1，质量数为131－131＝0，则Y是0－1e，即为β粒子，而α射线具有很强的电离本领，γ射线具有很强的穿透本领，故A、B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1－m2－m3，根据质能方程，那么这个核反应中释放的核能ΔE＝Δmc2＝( m1－m2－m3)c2，故C正确，D错误．答案：C8．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为M kg的原子核时释放出的能量是( )A ．(M －m 1－m 2)u·c 2B ．(m 1＋m 2－M )u ×931.5 JC ．(m 1＋m 2－M )c 2D ．(m 1＋m 2－M )×931.5 eV解析：在核能计算时，如果质量的单位是kg ，则用ΔE ＝Δmc 2进行计算，如果质量的单位是u ，则利用1 u 相当于931.5 MeV 的能量计算，即ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 进行计算，故C 正确，A 、B 、D 错误．答案：C9．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV 的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV 能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为( )A ．21.04 MeVB ．35.56 MeVC ．77.64 MeVD ．92.16 MeV解析：6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV ＝84.9 MeV ，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV 能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV ＋7.26 MeV ＝92.16 MeV .故选D.答案：D10．原来静止的原子核a b X 发生α衰变时，放出α粒子的动能为E 0.假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是( )A.E 0c 2B.E 0（a －4）c 2C.（a －4）E 0c 2D.aE 0（a －4）c 2解析：α粒子与新核质量比为4a －4，衰变过程满足动量守恒，即m αv α＝m 新·v 新，根据动量和动能的关系p 2＝2m ·E k 可知，新核动能为4a －4E 0.由ΔE ＝Δmc 2，得Δm ＝E 0＋4a －4E 0c 2＝aE 0（a －4）c 2，故D 选项正确．答案：D11．三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量为12.000 0 u ，氦原子的质量为4.002 6 u(1 u ＝1.66×10－27 kg)．(1)写出核反应方程．(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳？(3)这个能量合多少MeV?解析：(1)342He→126C＋ΔE.(2)Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝12.948×10－30kg，ΔE＝Δmc2＝1.165×10－12 J.(3)ΔE＝1.165×10－12 J＝7.28 MeV.答案：(1)342He→126C＋ΔE(2)1.165×10－12 J(3)7.28 MeV第四章原子核第五节裂变和聚变A级抓基础1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是()A．质子B．中子C．β粒子D．α粒子解析：重核裂变时放出中子，中子再轰击其他重核发生新的重核裂变，形成链式反应，B项正确．答案：B2．太阳辐射能量主要来自太阳内部的()A．裂变反应B．热核反应C．化学反应D．放射性衰变解析：太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应，故B正确．答案：B3．氢弹和原子弹各是根据什么原理制造的()A．都是根据重核裂变原理B．都是根据轻核聚变原理C．原子弹是根据轻核聚变原理，氢弹是根据重核裂变原理D．原子弹是根据重核裂变原理，氢弹是根据轻核聚变原理解析：氢弹是根据轻核聚变原理，原子弹是根据重核裂变原理，故选项D对．答案：D4．下列核反应方程，属于裂变反应的是( )A.238 92U →234 90Th ＋42HeB.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310nC.3015P →3014Si ＋01eD.94Be ＋42He →12 6C ＋10n解析：A 选项是α衰变，B 选项是裂变反应，C 选项是放射性元素的衰变，D 选项是查德威克发现中子的人工转变方程，故B 正确，A 、C 、D 错．答案：B5．下列说法正确的是( )A.15 7N ＋11H →12 6C ＋42He 是α衰变方程B.11H ＋21H →32He ＋γ是核聚变反应方程C.238 92U →234 90Th ＋42He 是核裂变反应方程D.42He ＋2713Al →3015P ＋10n 是核聚变反应方程解析：α衰变是自发地进行的，不需其它粒子轰击，A 错误；B 中的反应为轻核聚变反应方程，B 正确；C 中是α衰变方程，C 错误；D 中的反应方程为原子核人工转变方程，D 错误．答案：BB 级 提能力6．(多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：(1)235 92U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋k 10n(2)21H ＋31H →42He ＋d 10n关于这两个方程的下列说法，正确的是( )A ．方程(1)属于α衰变B ．方程(2)属于轻核聚变C ．方程(1)中k ＝10，方程(2)中d ＝1D ．方程(1)中k ＝6，方程(2)中d ＝1解析：方程(1)应属于重核裂变而不是α衰变，选项A 错误；方程(2)为轻核聚变，选项B 正确；核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒，方程(1)中：235＋1＝90＋136＋k ×1，解得k ＝10，方程(2)中：2＋3＝4＋d ×1，解得d ＝1，选项C 正确，D 错误．答案：BC7．(多选)月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3”()32He 的化学元素，这是热核聚变的重要原料．科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3”()32He 与氘核的聚变，下列说法中正确的是( )A ．核反应方程为32He ＋21H →42He ＋11HB ．核反应生成物的质量将大于反应物质量C ．氦3()32He 一个核子的结合能大于氦4()42He 一个核子的结合能D ．氦3()32He 的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量解析：32He 和21H 的核聚变的方程为32He ＋21H →42He ＋11H ，同时释放大量的能量，故A 正确；由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，可知生成物的质量小于反应物的质量，故B 错误；质量中等的核的平均结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故一个生成物核子的结合能大于一个反应物的核子的结合能，故C 错误；由于质量中等的核的平均结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，故D 正确．答案：AD8．典型的铀核裂变是生成钡和氪，并放出x 个中子，即235 92U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋x 10n ，铀235的质量为m 1，中子的质量为m 2，钡144的质量为m 3，氪89的质量为m 4，真空中的光速度为c .下列说法正确的是( )A ．该核反应类型属于人工转变B ．该反应放出能量为(m 1－xm 2－m 3－m 4)c 2C ．x 的值是3D ．该核反应比聚变反应对环境的污染小解析：该核反应是核裂变，可以自发进行，不是人工控制的，故A 错误；根据质量数守恒得：235＋1＝144＋89＋x ，解得x ＝3，故C 正确；根据爱因斯坦质能方程：ΔE ＝Δmc 2＝(m 1－m 3－m 4－2m 2)c 2，故B 错误；该核反应比聚变反应对环境的污染大，故D 错误．答案：C9．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104 m/s 的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s ，方向与中子的运动方向相反．(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度大小；(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量(已知氘核质量为m D ＝2.014 102 u ，氚核质量为m T ＝3.016 050 u ，氦核质量m He ＝4.002 603 u ，中子质量m n ＝1.008 665 u ，1 u ＝1.660 6×10－27 kg)．解析：(1)63Li ＋10n →31H ＋42He.(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得m n v 0＝－m T v 1＋m He v 2，。

第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙[先填空]1．核反应堆(1)核反应堆是人工控制链式反应的装置．(2)减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的减速剂有石墨、重水和普通水．(3)控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．(4)能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．2．核电站及核能利用(1)核能发电的效益一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗煤250万吨．(2)核能的利用①核能发电②把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能．③用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素．(3)核污染的处理为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理．[再判断]1．控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(√)2．核裂变释放的大量核能是通过在反应堆外循环流动的液体传输出去的．(√)3．核电废料难以处理，对环境的污染比火电大．(×)[后思考]1．核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？【提示】控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度．2．减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？【提示】减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率．1．核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图4­6­1为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围．反应堆示意图图4­6­1(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．1．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( )【导学号：55272144】A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．铀棒的作用是控制反应堆的功率D．石墨的作用是吸收中子【解析】铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故D错误．【答案】AB2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、________、________、控制调节系统．【解析】核反应堆的主要部分包括：①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水和普通水；③控制棒，控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电．【答案】 减速剂 冷却系统3．每昼夜消耗220 g 铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)【解析】 一昼夜消耗的铀所能产生的核能为 ΔE ＝200×220235×6.02×1023×106×1.6×10－19J＝1.8×1013J ，电功率P ＝ηΔE t ＝1.80×1013×25%24×3600 W ＝5.2×107W.【答案】 5.2×107W1．核电站释放的核能是n 个核反应释放核能积累的结果E ＝n ·ΔE ，ΔE ＝Δmc 2，n ＝mM mol·N A . 2．发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E 电＝ηE .[先填空]1．人类目前能够观测到的最大距离约为140亿光年之远．2．对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型，目前普遍被大家接受的模型是大爆炸宇宙模型．3．人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m 到1027m ，共跨越了约42个数量级．4．从宇宙大爆炸到现在，以秒为单位，宇宙年龄的数量级约为1018s. 5．目前所知的微观粒子中，寿命最短的只有10－25s.6．物质世界的时间尺度：约从10－25s 到1018s ，也跨越了将近43个数量级．[再判断]1．质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子．(×) 2．强子是参与强相互作用的粒子．(√) 3．宇宙将一直会膨胀下去．(×) [后思考]为什么说基本粒子不基本？【提示】 一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的．1．新粒子的发现及特点夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克．4．两点提醒(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子．(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子．4．关于粒子，下列说法正确的是( )【导学号：55272145】A ．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B ．强子中没有带电的粒子C ．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D ．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位【解析】 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A 、B 错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C 错误，D正确．【答案】 D5．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______．(填写选项前的字母) A ．0和0 B ．0和1 C ．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________．(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．【解析】 (1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A 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，则E ＝Δmc 2，故一个光子的能量为E 2，代入数据得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定律．(3)物质波的波长为λ＝h p，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即p ＝2mE k ，因为m n >m e ，所以p n >p e ，故λn <λe .【答案】 见解析。

第五节裂变和聚变[先填空]1．核裂变重核分裂成两个较轻的核时，释放出能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应．3．典型的铀核裂变(1)23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(2)23592U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n[再判断]1．铀核裂变时，可以放出多个中子．(√)2．裂变物体的体积小于临界体积时，不可能发生链式反应．(√)3．核聚变和核裂变中所产生的能量，都可以为人类所利用．(√)[后思考]为了使裂变的链式反应容易进行，一般用高纯度的浓缩铀235，原因是什么？【提示】由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去，要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质，尽量用高纯度浓缩铀．1．裂变的解释(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量，一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀全部裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几百万度的高温．2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________．【解析】重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去．【答案】中子2．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )【导学号：55272138】A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不变D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能【解析】核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确．发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．【答案】CD3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：235 92U＋10n→140 54Xe＋A Z Sr ＋210n，则A＝________，Z＝________.【解析】根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知，A＝94，Z＝38.【答案】94 38对重核裂变的两点理解1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．[先填空]1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.(3)条件：①轻核的距离要达到10－15 m以内．②需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．2．受控热核反应人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到．氢弹就是这样制成的．如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．3．优点(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．4．约束方法磁约束和惯性约束．[再判断]1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(×)2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．(×)3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．(√)[后思考]核聚变为什么需要几百万度的高温？【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15 m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起，当温度达到几百万度时，原子核就可以具有这样大的动能．1．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．4．下列关于聚变的说法中，不正确的是 ( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．自然界中不存在天然的热核反应【解析】轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D错误．【答案】 D5．(多选)科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程为32He ＋32He→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( )【导学号：55272139】A ．聚变反应会释放能量B ．聚变反应产生了新的原子核C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电【解析】 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电．【答案】 AB6．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV 是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)．【解析】 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE ＝Δmc 2，可以求得Δm ＝ΔE c2≈3×10－29kg.【答案】 (1)核聚变 (2)放出 减少 3×10－291．核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．2．核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE ＝Δmc 2进行计算．。

章末检测(四)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．其中1～6题为单项选择题，7～10题为多项选择题)1．物理学是一门实验科学，实验探究的方法在科学研究中具有重要作用．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析()A．发现了电子B．建立了原子的核式结构模型C．提出原子核具有复杂的结构D．发现某些元素具有天然放射现象答案 B解析卢瑟福通过对α粒子的散射实验结果的分析，建立了原子的核式结构模型，B对．该实验中没有发现电子，A错．天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构，C错．克克勒尔发现了某些元素具有天然放射现象，D错．2．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法不符合历史事实的是()A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的荷质比答案 B解析密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的荷质比，D项正确．3．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素158O注入人体，158O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述不正确的是()A.158O在人体内衰变方程是158O―→157N＋0＋1eB．正、负电子湮灭方程是01e＋0－1e―→2γC．在PET中，158O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，158O主要用途是参与人体的新陈代谢答案 D解析由题意知A、B正确，显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的158O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此158O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．4．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是()A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.23892U衰变成20682Pb要经过8次β衰变和8次α衰变D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的答案 D解析β射线是高速电子流，不是电磁波，其穿透本领比γ射线弱，选项A错；半衰期只具有统计意义，对少数粒子不适用，选项B错；23892U―→20682Pb＋x42He＋y0－1e，根据质量数和电荷数守恒有238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，可解得x＝8，y＝6，所以要经过8次α衰变和6次β衰变，选项C错；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内中子转化为质子时产生的，选项D正确．5．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m p，中子的质量为m n，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是()A．mα＝(2m p＋2m n) B．mα<(2m p＋2m n)C．mα>(2m p＋2m n) D．以上关系式都不正确答案 B解析由核反应方程211H＋210n→42He知，核子结合成原子核时要放出能量，即有质量亏损，故选B.6．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋26＝2k＋d解①②得k＝2，d＝2.7．铁的平均结合能比铀核的平均结合能大，下列关于它们的说法正确的是() A．铁的结合能大于铀核的结合能B．铁核比铀核稳定C．铀核发生核变化变成铁核要放出能量D．铀核发生核变化变成铁质量要亏损答案BCD解析铁核的平均结合能大，则铁核比铀核更稳定，铀核平均结合能小变成铁核会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确．8．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(32He)”的化学元素，这是热核聚变的重要原料，科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(32He)”与氘核的聚变，下列说法中正确的是()A．核反应方程为32He＋21H―→42He＋11HB．核反应生成物的质量将大于反应物的质量C．氦3(32He)一个核子的结合能大于氦4(42He)一个核子的结合能D．氦3(32He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量答案AD解析根据电荷数守恒和质量数守恒可得核反应方程为32He＋21H―→42He＋11H，A 对；根据平均结合能曲线可知氦3(32He)一个核子的结合能小于氦4(42He)一个核子的结合能，所以核反应中释放了能量，发生质量亏损，B、C错，D对．9．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风．下列核反应方程中，属于研究两弹的基本核反应方程的是()A.147N＋42He→178O＋11HB.23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010nC.23892U→23490Th＋42HeD.21H＋31H→42He＋10n答案BD解析“两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，B选项正确．氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确．10．如图1所示，下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是()图1A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是β射线C．据题图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能D．据题图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量答案AC解析卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型，选项A 对；放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，而β射线带负电，它在电磁场中会偏转，选项B错误；由题图可知，A为重核，B、C为中等质量的核，重核裂变为中等质量的核将向外释放出能量，选项C对；D、E为轻核，轻核聚变成较大质量的原子核时要向外释放巨大的能量，选项D错．二、填空题(本题共2小题，共18分)11．(8分)在下列核反应方程中，属于α衰变的是__________，属于β衰变的是__________，属于裂变的是_____________，属于聚变的是______________．(填正确答案标号)A.146C→147N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC．D.147N＋42He→178O＋11HE．F.31H＋21H→42He＋10n答案C AB E F解析α衰变是原子核自发地放射出α粒子的核衰变过程，选C；β衰变是原子核自发地放射出β粒子的核衰变过程，选A、B；重核裂变选E；轻核聚变选F. 12．(10分)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0.5 MeV 的质子11H轰击静止的A E X，生成两个动能均为8.9 MeV的42He.(1 MeV＝1.6×10－13 J)(1)上述核反应方程为_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________.(2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→42He ＋42He (或11H ＋73Li ―→42He ＋42He)(2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0， 反应后42He 的动能为E k ， 由于质量亏损而释放的能量为ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－13(3.0×108)2kg ≈3.1×10－29 kg. 三、计算题(本题共3小题，共32分) 13．(10分)放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成，很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5 730年，放出β射线，试写出有关核反应方程；(2)若测得一古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？答案 (1)见解析 (2)17 190年解析 (1)(2)依题意得：(12)n ＝12.5100＝0.125， 解得n ＝3，则t ＝5 730×3＝17 190年．14．(10分)已知氘核的质量m D ＝3.344 6×10－27 kg.如果用入射光子照射氘核使其分解为质子和中子，质子质量m p ＝1.672 6×10－27 kg ，中子质量m n ＝1.674 9×10－27kg.求入射光子的频率．答案 3.94×1020Hz解析 氘核分解为质子和中子，增加的质量为Δm ＝m p ＋m n －m D ＝(1.672 6＋1.674 9－3.344 6)×10－27 kg ＝0.002 9×10－27 kg. 吸收的入射光子的能量为E ＝Δmc 2＝0.002 9×10－27×(3×108)2 J ＝2.61×10－13 J.由公式E ＝hν知，入射光子的频率为 ν＝E h ＝2.61×10－136.63×10－34 Hz ≈3.94×1020 Hz. 15．(12分)用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核(10 5B)，产生锂核(73Li)和α粒子．已知中子质量m n ＝1.008 665 u ，硼核质量m B ＝10.016 77 u ，锂核质量m Li ＝7.018 22 u ，α粒子质量m α＝4.002 60 u. (1)写出该反应的核反应方程； (2)求出该反应放出的能量ΔE ；(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能，则锂核和α粒子的动能各是多少？(1 u 相当于931.5 MeV)答案 (1)10 5B ＋10n ―→73Li ＋42He(2)4.30 MeV(3)1.56 MeV 2.74 MeV解析 根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能．(1)核反应方程为10 5B ＋10n ―→73Li ＋42He.(2)核反应过程中的质量亏损为Δm ＝(10.016 77 u ＋1.008 665 u)－(7.018 22 u ＋4.002 60 u)＝0.004 615 u ， 释放出的能量为ΔE ＝0.004 615×931.5 MeV ≈4.30 MeV . (3)根据动量守恒定律有m Li v Li ＝m αv α， 由动能定义式有E kLi ＝12m Li v 2Li ， E kα＝12m αv 2α， 联立有E kLi E kα＝m αm Li ＝47，根据能量守恒有E kLi ＋E kα＝ΔE ＝4.30 MeV ， 解得锂核和α粒子的动能分别为 E kLi ＝1.56 MeV ，E kα＝2.74 MeV .。

课堂互动三点剖析一、核力与核能1.核力是核子之间的相互作用力，其特点有：（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现.在它的作用范围内，核力比库仑力大得多.（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m 之内.核力在大于0.8×10-15 m 时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10-15 m,核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10-15 m 时,核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起.（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用.2.核能由于核子间存在巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体.要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量.一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于2.2 MeV 的γ光子照射.核反应方程为γ+H 21−→−H 11+n 10.相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2.2 MeV 的能量.这个能量以γ光子的形式辐射出去.核反应方程为H 11+n 10−→−H 21+γ. 由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量.核反应中放出或吸收的能量称为核能.二、质量亏损和质能方程1.质量亏损Δm凡是释放核能的核反应，反应后各原子核（新生核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和都会变小，两者的差值就叫做质量亏损.（凡吸收能量的核反应，其生成物的质量之和大于反应物的质量之和）2.质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E=mc 2. 这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大质量也增大，能量减少质量也减少. 若质量亏损为Δm ，那么对应的能量为ΔE=Δm·c 2.由于c 2这个数值巨大，因而物体的能量是十分可观的、质量为1 kg 的物体所具有能量为9×1016 J,这一能量相当于一个100万kW 的发电厂三年的发电量.3.核能的计算方法（1）根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损乘以真空中光速的平方: ΔE=Δm·c 2（2）根据1原子质量单位（u ）相当于931.5 MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即ΔE=Δm×931.5 MeV各个击破【例1】 关于核力的说法正确的是（ ）A.核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B.核力就是电磁力C.核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m 之内D.核力与电荷有关解析：核力是短程力，超过1.5×10-15 m ，核力急剧下降几乎消失，故C 项对，核力与万有引力、电磁力不同，故A 、B 两项不对，核力与电荷无关.故D 项错.答案：C类题演练1核能是怎样产生的，试说说自己的理解.解析：能与功、力密切相联系，核能也不例外.核反应中核能的吸收和释放与核力的作用有关.当核子结合成原子核时，核力对核子做功，类似于重力对重物做功将重力势能转化为动能，要释放能量；当原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以从外界吸收能量.由于核力强大，所以核能的吸收和释放比其他形式的能量的吸收和释放要巨大得多.变式提升核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( )A.原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B.核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C.核子间存在着强大的核力D.核子间存在着复杂磁力解析：核反应中核能的变化是因为核子间存在着特别强大的核力，不是因为万有引力，也不是因为库仑力或磁场力，这些力与核力相比都很大.故仅C 项正确.答案：C【例2】 下列说法中，正确的是（ ）A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B.由E=mc 2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成的D.因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒解析：E=mc 2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量和质量之间存在相互转化的关系，故A 项错误，而B 项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C 项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D 项错误。

第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙[目标定位] 1.了解裂变反应堆的工作原理.2.了解核电站和核能利用的优缺点.3.了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度．一、反应堆1．核反应堆是人工控制链式反应的装置．它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒；(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂；(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内、外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．4．核污染的处理：修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，埋入深地层来处理．二、核电站、核能利用1．核电站利用反应堆工作时释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．2．核能利用(1)核力发电；(2)核动力；(3)原子核物理实验制造各种放射性同位素．三、小粒子与大宇宙1．从小粒子到大宇宙——空间跨度(1)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次大爆炸，其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等，经历150亿年演化成今天的宇宙世界．(2)人类所能研究的物质世界的空间尺度：约从10－15_m到1027_m，共跨越了约42个数量级．2．从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度(1)宇宙的年龄的数量级：1018_s.(2)微观粒子的最短寿命：10－25_s.(3)物质世界的时间尺度：约从10－25_s到1018_s，跨越了将近43个数量级．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、核反应堆裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：速剂．中子在重水中可与21H核碰撞减速，在石墨中与126C核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？ 答案 见解析解析 设中子质量为m n ，靶核质量为m ，由动量守恒定律得：m n v 0＝m n v 1＋m v 2由能量守恒得：12m n v 02＝12m n v 12＋12m v 22解得v 1＝m n －m m n ＋mv 0， 在重水中靶核质量m H ＝2m nv 1H ＝m n －m H m n ＋m Hv 0＝－13v 0， 在石墨中靶核质量m C ＝12m n ，v 1C ＝m n －m C m n ＋m Cv 0＝－1113v 0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．借题发挥 (1)中子与靶核碰撞过程中满足动量守恒、能量守恒．(2)因为靶核的质量大于中子的质量，故靶核的质量比中子的质量大得越少，减速效果越好，如质量相等时可以使中子的速度减为零．针对训练1 在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )A ．使用浓缩铀B ．改变铀块的临界体积C ．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数D ．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度答案 C解析 控制核反应的速度是靠调节中子数目来实现，即用镉棒吸收中子改变中子数目．二、核电站的工作原理核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．铀235裂变需要一定的条件：(1)要有足够浓度的铀235；(2)要有足够数量的慢中子；(3)铀块的体积要大于临界体积．当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应．原子弹中裂变一旦开始，裂变放出的快中子，又引起其他铀核裂变的速度很快，在极短的时间内释放大量的能量，因此杀伤力强大．在核电站中，核反应堆是热源，如图1为简化的核反应堆的示意图：图1铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成．石墨(或重水)为减速剂，使反应生成的快中子变为慢中子，利于铀235吸收，发生裂变，减速剂附在铀棒周围．镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深些，吸收中子多，反应速度变慢，插浅一些，吸收中子少，反应速度加快．采用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作．【例2】在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝__________.以m U、m Ba、m Kr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr的质量，m n、m p分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝________.(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106 kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11 J ，铀核的质量m U ＝390×10－27 kg ，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的235 92U 的质量．答案 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 104 kg解析 (1)由反应方程可知：X 为10n ，a 为3，释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2.(2)因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗235 92U 的功率为P ′＝P 40 %＝1.00×10640 % kW ＝2.5×106 kW.核电站每年消耗235 92U 的能量为W ＝P ′t ＝2.5×109×3.15×107 J ＝7.875×1016 J产生这些能量消耗的铀核的数目：n ＝W ΔE ＝7.875×1016 J 2.78×10－11 J ≈2.83×1027(个) 每年消耗235 92U 的质量为M ＝nm U ＝2.83×1027×390×10－27 kg ≈1 104 kg.针对训练2 1964年10月16日，我国在新疆罗布泊沙漠成功地进行了第一颗原子弹试验，结束了中国无核时代．(1)原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量，由于裂变物质的体积超过临界体积而爆炸．①完成核裂变反应方程式：235 92U ＋10n →( )Xe ＋9438Sr ＋210n ＋200 MeV②铀原子核裂变自动持续下去的反应过程叫什么？产生这种反应的条件必须是什么？(2)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线危害人体和污染环境，需采用哪些措施？(举两种)答案(1)①14054②链式反应中子再生率大于1(2)核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线；放射性核废料要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理．三、对粒子的认识【例3】正电子、负质子等都属于反粒子，它们跟普通电子、质子的质量、电量均相等，而电性相反．科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科研机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是()A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成答案 B解析反氢原子的结构是由反粒子构成的物质，正电子、负质子等都属于反粒子核反应堆1．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置．它主要有哪四部分组成()A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和控制调节系统D．原子燃料、减速剂、原子能聚存系统和输送系统答案 A解析目前核反应组成有：原子燃料、减速剂、控制调节系统、与冷却系统．2．关于原子核反应堆，下列说法不正确的是()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案 C解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，A对；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，B对；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，C 错；水或液态金属钠等流体在反应堆内、外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，D对．核电站3．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电. 发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节U的体积来控制的B.U的一种可能的裂变是C.U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重答案 B解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；U裂变有多种可能性，是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错．(时间：60分钟)题组一核反应堆1．利用重核裂变释放核能时选用铀235核，主要原因是()A．它裂变放出核能比其他重核裂变多B．它可能分裂成三部分或四部分C．它能自动裂变，与体积无关D．它比较容易发生链式反应答案 D解析铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，故D正确．2．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是() A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度答案 C解析镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故C正确．3．镉棒在核反应中的作用是()A．使快中子变成慢中子B．使慢中子变成快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢答案 D解析在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用，镉棒起吸收中子，控制反应速度，调节反应速度的快慢．4．为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法()A．铀块可制成任何的体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂将产生的中子减速D．用镉棒可作为慢化剂使中子减速答案 C解析由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误．题组二核电站5．(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模400 万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于()A．核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远多于煤炭C．核电站造成的污染大于相等发电能力的火电站D．核电站比火电站更容易建造答案AB解析核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多．地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍．只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、B均正确，C错误；核电站的建造难度较大，D错误．6．(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是()A．核能发电对环境的污染比火力发电要小B．核能发电对环境的污染比火力发电要大C．目前所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D．目前既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能答案AC解析目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错．7．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，现有四种说法：①U原子核中有92个质子，143个中子；②U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为③235 92U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45 亿年，升高温度半衰期缩短；④一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J.以上说法中完全正确的是()A．①②③B．②③④C．①③④D．①②④答案 D解析由U的质量数和电荷数关系知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D.题组三对粒子的认识8．现在科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为()A．－4，－2 B．4，－2C．－4,2 D．4,2答案 B解析因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2.9．K－介子衰变的方程为K－―→π－＋π0.其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图1所示的1个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K－与Rπ－之比为2∶1.π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量的大小之比为()图1A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6答案 C解析带电粒子K－与π－在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bq v＝m v 2R 得R＝m vBq＝pBq，K－介子与π－介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比p K－∶pπ－＝R K－∶Rπ－＝2∶1，在衰变后π－介子与π0介子动量方向相反，设K－介子的动量为正，则π－介子动量为负值，由动量守恒p K－＝－pπ－＋pπ0，则pπ－∶pπ0＝1∶3故A、B、D错，C对．题组四综合应用10．如下一系列核反应是在恒星内部发生的：其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，μ为一种中微子．已知质子的质量m p ＝1.672 648×10－27kg，α粒子的质量mα＝6.644 929×10－27kg，正电子的质量m e ＝9.11×10－31 kg ，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c ＝3.0×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量．答案 3.95×10－12 J解析 为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左、右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p ―→α＋2e ＋＋2μ. 设反应后释放的能量为Q ，根据质能关系和能量守恒得4m p c 2＝m αc 2＋2m e c 2＋Q ，代入数据可得Q ≈3.95×10－12 J.11．一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为7.7×104 m/s 的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s ，方向与中子的运动方向相反．(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度大小；(3)若一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量．(已知氘核质量为m D ＝2.014 102 u ，氚核质量为m T ＝3.016 050 u ，氦核质量m He ＝4.002 603 u ，中子质量m n ＝1.008 665 u,1 u ＝1.660 6×10－27 kg)答案 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He(2)2×104 m/s(3)2.82×10－12 J解析 (1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He(2)取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得m n v 0＝－m T v 1＋m He v 2v 2＝m n v 0＋m T v 1m He＝1×7.7×104＋3×1.0×1034 m/s ＝2×104 m/s(3)质量亏损为Δm＝m D＋m T－m He－m n＝(2.014 102＋3.016 050－4.002 603－1.008 665) u＝0.018 884 u≈3.136×10－29 kg根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2＝3.136×10－29×(3×108)2 J≈2.82×10－12 J。

第三节放射性同位素[先填空]1．定义：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应．2．反应能：核反应中所放出或吸收的能量叫做反应能．3．两个典型的核反应方程(1)质子的发现：147N＋42He→178O＋11H.(2)中子的发现：94Be＋42He→126C＋10n.[再判断]1．在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数发生变化的同时一定伴随着能量的释放和吸收．(√)2．无论是核衰变还是其他核反应，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的．(√)3．核反应方程遵守质量数守恒，即核反应过程中，质量不变化．(×)[后思考]核反应的条件和实质分别是什么？【提示】(1)放射性元素的自发衰变；利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核．(2)核反应的过程实质是新元素的生成过程．1．对核反应的认识(1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核，使原子核发生转变． (2)实质：用粒子轰击原子核，并不是粒子与核碰撞，将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．(3)遵循规律：反应前、后电荷数和质量数守恒． 2．常见的人工转变核反应(1)卢瑟福发现质子147N ＋42He→178O ＋11H. (2)查德威克发现中子94Be ＋42He→126C ＋10n. (3)居里夫妇人工制造同位素42He ＋2713Al→3015P ＋10n.3015P 具有放射性，自发地放出正电子(01e)，与天然放射现象遵循相同的规律，衰变方程：3015P→3014Si ＋01e ＋ν.3．书写核反应方程时的注意事项(1)核反应指的是在原子核内部核子数发生相应的变化，而化学反应指的是在原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同．(2)核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成一定要以实验事实为基础，不能依据两个守恒规律杜撰出生成物与核反应方程．(4)核反应遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．1．(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x ＋73Li→2y y ＋14 7N→x ＋17 8O y ＋94Be→z ＋126Cx 、y 和z 是3种不同的粒子，下列说法正确的是( )A ．x 为α粒子B ．y 为α粒子C ．y 为电子D ．z 为中子【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x 为质子11H ，y 为42He 即α粒子，z 为中子10n.【答案】 CD2．用中子轰击2713Al ，产生2411Na 和X 粒子，2411Na 具有放射性，它衰变后变成2412Mg ，则X 为________粒子，钠的衰变过程为________衰变.【导学号：55272124】【解析】无论原子核的衰变，还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒，根据以上守恒可得如下方程：10n＋2713Al→2411Na＋42He，2411Na→2412Mg＋0－1e.显然，X粒子是α粒子，钠发生了β衰变．【答案】αβ3．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．(1)10 5B＋42He→13 7N＋( )(2)94Be＋( )→12 6C＋10n(3)2713Al＋( )→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋( )(5)2311Na＋( )→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋( )；3015P→3014Si＋( )【解析】(1)10 5B＋42He→13 7N＋10n(2)94Be＋42He→12 6C＋10n由此核反应使查德威克首次发现了中子．(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子．(5)2311Na＋21H→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋3015P；3015P→3014Si＋0＋1e(正电子)此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．【答案】见解析书写核反应方程的四条重要原则1．质量数守恒和电荷数守恒；2．中间用箭头，不能写成等号；3．能量守恒(中学阶段不作要求)；4．核反应必须是实验中能够发生的．[先填空]1．放射性同位素(1)具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．(2)具有放射性的同位素，叫做放射性同位素． (3)发现正电子的核反应方程2713Al ＋42He→3015P ＋10n 3015P→3014Si ＋01e ＋ν.ν代表中微子，它是一种中性粒子，质量近似为零． 2．放射性同位素的应用放射性同位素的应用主要分为三类： (1)射线的应用； (2)示踪原子的应用； (3)半衰期的应用． 3．放射线的危害及防护 (1)危害人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞、组织、器官受到损伤，破坏人体DNA 分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，过度照射时，人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，重者甚至死亡．(2)防护辐射防护的基本方法有时间防护、距离防护和屏蔽防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，要防止射线过多地长时间地照射人体．[再判断]1．利用示踪原子来推断地层或古代文物的年代．(×)2．可以利用放射性同位素的射线进行无损探伤，生物育种等．(√) 3．医学上做射线治疗用的放射性元素，应选半衰期长的．(×) [后思考]存在射线危险的地方，常能看到如图4­3­1所示的标志．你在什么地方见过这个标志？为了保护人身安全，在有这样的标志的场所，应该注意什么？图4­3­1【提示】 在医院的放射室看到这个标志．一般情况要远离这些地方，特殊情况下要在医生指导下进出这些场所．1．放射性同位素分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．4．(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子 ( )A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律【解析】A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D是利用示踪原子．【答案】BD5．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有( )【导学号：55272125】A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用β射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害【解析】利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线的贯穿性强，可用以金属探伤，用于医疗时，对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，D正确，B错误；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．【答案】 D6．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式．(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是( )A．利用它的射线B．作为示踪原子C．参与人体的代谢过程D．有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________．(选填“长”“短”或“长短均可”)【解析】(1)由题意得15 8O→15 7N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ.(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子．B正确．(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短．【答案】(1)15 8O→15 7N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ(2)B (3)短放射性同位素应用的两点提醒1．利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领．2．作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到．。