高中物理 原子核物理

第16章 原子核物理

一、选择题

1. 关于核物理，下列表述中正确的是

[ ] (A) 重的原子核，例如铀核（U 238

92），因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固

而稳定

(B) 锂核(Li 63)的核子只有6个，它比铀核简单，因而比铀核结合得更坚固更稳定

(C) 原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是每个

核子的平均结合能；比结合能越大的原子核越稳定

(D) 以上三个表述都错误

2. 下列表述中错误的是

[ ] (A) 由一种核素自发地变为另一种核素，同时放射出射线的现象称为放射性

(B) β衰变是原子核自发地放射出He 42而发生的转变

(C) 轨道电子俘获是β衰变的一种

(D) 几乎所有的放射性现象均伴随着γ射线的发射

3. 铀U 235

92核裂变释放出的能量为200 MeV . 设某一核电站供热的功率为1000 MW ，

则每星期至少需要消耗铀U 23592原料为

[ ] (A) 3.44 kg (B) 5.68 kg

(C) 12.66 kg (D) 7.43 kg

4. 放射性元素的半衰期为10年，则

[ ] (A) 20年后这种元素全部衰变完

(B) 5年后这种元素衰变掉41，还剩下4

3 (C) 即使5000年后这种元素还会剩下一小部分

(D) 以上三个说法都是错误的

5. 已知质子的质量是m p 、中子的质量是m n ，质子、中子组成质量为m a 的氦核。则有

[ ] (A) m a > 2(m p +m n )

(B) m a =2(m p +m n ) (C) m a < 2(m p +m n ) (D) 以上三种情况均有可能

6. 在下述几种情况中，不能释放原子核能的是

[ ] (A) 由核子组成原子核

(B) 核反应中产生质量亏损的核反应

(C) 由重核裂变成质量较小的中等核

(D) 由质量小的原子核组成质量较大的原子核

7. 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，它的四个主要组成部分是

[ ] (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、碰撞系统和传热系统

(D) 原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统

8. 人们在核能的利用中获得了巨大的利益。现已建成的核电站利用的是

[ ] (A) 放射性元素衰变放出的能量 (B) 人工放射性同位素放出的能量

(C) 重核裂变放出的能量 (D) 轻核聚变放出的能量

二、填空题

1. 已知碳原子核的半径为15103-⨯m ，其质量为12 u. 由此知碳原子核的平均密度是______________3m kg -⋅，这一密度是金属铜的密度的___________倍.（已知金属铜的密度为89003m kg -⋅）

2. 已知氢核、中子、氘核质量分别为m 1、m 2、m 3，氢核和中子结合为氘核时释放出的能量表达式为_________________________.

3. 一个核反应的反应式是：N 147+H 21→He 42+C 126. 已知N 147的质量为1

4.00307 u ，

H 2

1的质量为2.01410 u ，C 126的质量为12.00000 u ，He 42的质量为4.00260 u. 则此核反应的质量亏损为___________MeV . 它是一个____________（填：吸能、放能）反应.

4. 已知太阳每秒辐射的能量为3.8×1026 J ，则其质量的减少率为__________kg ⋅s -1。

5.一个能量为2.09 GeV 的光子，产生一个正负质子对. 若其中质子的动能为95.0MeV ，则反质子的动能为 MeV .

6. 质子、中子、氘核的质量分别为1m 、2m 和3m ，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线. 已知普朗克常量为h ，真空中的光速为c ，则γ射线的频率为____________________。

7. 一个π介子（静能为1350=E MeV ）衰变成两个能量相同的光子. 则每个光子能量为_____________，动量的大小为_____________，频率为_____________.

8. 在一定条件下，两个光子是可以转化为正负电子对的. 现在如果两个光子的能量相等，要实现这种转化，光子的波长最大是_____________m.

9. 在94Be 核和42He 核内核子的平均结合能分别为6.45 MeV 和7.07 MeV ，要把94Be 核分裂为两个α粒子和一个中子，必须耗费的能量为_____________.

10．秦山核电站的发电功率为3.0×105 kW. 如果1g U 235

92完全裂变时释放的能量为

8.2×1010 J ，并且假定所释放的能量完全变成了电能，那么，秦山核电站每年需要消耗的“核燃料”U 235

92为 （一年可按365天计算）。

三、计算题

1. 将kg 100.64

⨯的铁放在很深的矿井中，以完全隔断宇宙射线的影响，在铁旁边有很多探测器，只要铁核中有核子（质子和中子）发生衰变，这个事件总能被纪录下来．这个实验从1980年冬天开始到1982年夏结束，历时1.5年，一共纪录了3个核子衰变的事

例．已知N 0个平均寿命为τ的粒子经过时间后的数目为τt N N e 0=．根据以上事实估算 出核子的平均寿命和半衰期．(已知核子的质量为kg 10

6.127-⨯, 693.0ln2=, 当10<<

） 2. 用放射源钋(Po)发射的α粒子打在铍核(Be 94)上，产生一种新的粒子和另一生成物，这些新粒子组成的粒子流有如下特点：

(1) 在任意方向的磁场中都不偏转；

(2) 让它与含氢物质中的静止氢核相碰撞，可把氢核击出，被击出的氢核能量为MeV 7.4H =E ；让它与含氮物质中的静止氮核相碰撞，也可把氮核击出，被击出的氮核能量为MeV 2.1N =E ．碰撞可视为对心完全弹性碰撞，且已知氢核与氮核的质量比为1:14．

试根据以上数据求出新粒子质量与氢核质量之比，并判断此新粒子是什么粒子． 3. Ra 226

88核经α衰变转变Rn 22286核，

并释放出两组能量分别是4.793 MeV 和4.612 MeV 的α粒子，它们分别对应于从

Ra 226

88的同一个能级到Rn 22286的激发态和基态的跃迁所发出

的.同时，226

88Ra 的上述衰变中还观测到γ射线的发射，这是Rn 22286从激发态到基态的跃迁发出的.试求与两组α粒子相对应的226

88Ra 的衰变能和γ光子的频率.

4. 考古发现了古生物遗骸，测量其14C 的β-放射性，得到每公斤遗骸样品的放射性

活度为133.3Bq ，为断定该遗骸生活的年代，测量了现今仍然存活的同类生物体的14C 的β

-放射性活度，得到每公斤样品为208.3Bq .试求该古生物遗骸生活的年代距今多少年.