1专题专题 6 6 原子核、核反应与动量守恒定律的综合应用原子核、核反应与动量守恒定律的综合应用一、三种射线与半衰期1三种射线及实质射线种类 射线 射线 射线实质高速氦核流高速电子流高速光子流穿透性最弱居中最强电离性最强居中最弱偏转比较 射线、 射线偏转方向相反， 射线弯曲程度更大关系 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生 衰变或 衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2半衰期：(1)公式：NN0nN0；mm0nm0(1 2)(1 2)(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关复习过关1(多选)天然放射性物质的放射线包含三种成分，下面说法中正确的是( )A一张厚的黑纸可以挡住 射线，但不能挡住 射线和 射线B某原子核在放出 射线后会变成另一种元素的原子核C三种射线中对气体电离作用最强的是 射线D 射线是高速电子流，但其中的电子不是原来绕核旋转的核外电子答案 ACD解析 、 三种射线中穿透能力最强的是 射线， 射线穿透能力最弱，电离能力最强的是 射线， 射线电离能力最弱，故 A、C 正确； 射线是高频率的电磁波，它是伴随 或 衰变放出的，不影响原子核的组成，故 B 错误； 是原子核内的中子变为质子时放出的，因此其来自原子核内部，故 D 正确2放射性元素U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi 可以238922108321083经一次衰变变成X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成TlX 和 Tl 最后都210ab81210ab81变成Pb，衰变路径如图 1 所示，则( ) 206822图 1Aa82，b211B. BiX 是 衰变，BiTl 是 衰变21083210a21083b81C. BiX 是 衰变，BiTl 是 衰变21083210a21083b81D. Tl 经过一次 衰变变成Pbb8120682答案 B解析 由BiX，质量数不变，说明发生的是 衰变，同时知a84.由21083210aBiTl 是核电荷数减 2，说明发生的是 衰变，同时知b206，由81TlPb21083b8120621082发生了一次 衰变故选 B.二、核反应方程及核能计算1核反应类型(1) 衰变： XY He； 衰变： XYeA ZA4Z24 2A ZAZ101(2)人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：N HeO H14 74 217 81 1查德威克发现中子的核反应方程为： Be HeC n9 44 212 61 0居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：Al HeP n PSie.27134 230151 03015301401(3)裂变和聚变裂变：U nBaKr3 n235921 01445689361 0U nXeSr2 n235921 01395495381 0聚变： H H He n2 13 14 21 02核能计算(1)根据 Emc2计算(2)根据 Em931.5 MeV 计算，m的单位是“u” 复习过关3以铀 235 为核实验材料，下列说法正确的是( )A.U 原子核中有 92 个质子，143 个核子23592B.U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度后半衰期会缩短23592C.U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度后半衰期不变23592D.U 的一种核反应方程可能为U nXeSr3 n23592235921 01535495381 03答案 C41938 年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些 射线下列关于这个实验的说法正确的是( )A这个实验的核反应方程是U nBaKr n235921 01445689361 0B这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算D实验中产生 射线，其穿透能力极强，比 X 射线还强很多倍答案 D解析 根据质量数和电荷数守恒可知：U nBaKr3 n，A 错误；235921 01445689361 0裂变反应过程中有质量亏损，所以反应后粒子质量之和小于反应前粒子质量之和，B 错误；该反应的能量用爱因斯坦质能方程求解，C 错误； 射线，其穿透能力极强，比 X 射线强很多，D 正确5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 H H He，因氘核的2 12 14 2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E121.1 MeV，结合后氦核的能量E247.1 MeV，于是吸收的能量为E2E1E224.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选 C.6一个氘核( H)和一个氚核( H)结合成一个氦核( He)，同时放出一个中子，已知氘核质2 13 14 2量为m12.014 1 u，氚核质量为m23.016 0 u，氦核质量为m34.002 6 u，中子质量为m41.008 665 u，求：(1)写出聚变的核反应方程；(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？答案 (1) H H He n2 13 14 21 0(2)17.5 MeV 3.5 MeV解析 (1)核反应方程为 H H He n2 13 14 21 0(2)此反应过程的质量亏损为m2.014 1 u3.016 0 u4.002 6 u1.008 665 u0.018 835 u，4Emc20.018 835931.5 MeV17.5 MeV.平均每个核子释放的核能为 MeV3.5 MeV.17.5 5三、核反应与动量守恒定律的综合应用参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，核反应中释放的核能，在无光子辐射的情况下，将转化为生成的新核和新粒子的动能复习过关7一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为( )AE0 B.E0m MC.E0 D.E0m MmMm Mm答案 C解析 由动量守恒定律(Mm)vmv0p，又Ek，E0p2 2Mmp2 2m由以上各式可得EkE0，C 正确m Mm8光子的能量为h，动量大小为，如果一个静止的放射性元素的原子核在发生 衰h c变时只放出一个 光子，则衰变后的原子核( )A仍然静止B沿着与光子运动方向相同的方向运动C沿着与光子运动方向相反的方向运动D可能向任何方向运动答案 C解析 原子核在放出 光子过程中，系统动量守恒，而系统在开始时总动量为零，因此衰变后的原子核运动方向与 光子运动方向相反9实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生 衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图，如图 2.则( )5图 2A轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里答案 D解析 原子核发生 衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；由半径公式r(p是动量)，分析得知，r与电荷量成反比， 粒子与新mv qBp qB核的电荷量大小分别为e和ne(n为新核的电荷数)，则 粒子与新核的半径之比为：neen1.所以半径比较大的轨迹 1 是衰变后 粒子的轨迹，轨迹 2 是新核的新核沿逆时针方向运动，在A点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向垂直纸面向里10一个静止的质量为M的不稳定原子核，当它放射出质量为m、速度为v的粒子后，原子核剩余部分的速度为( )Av Bmv MmC. Dmv mMm M答案 B解析 以原子核为一系统，放射过程中由动量守恒定律：(Mm)vmv0得v.mv Mm11用中子轰击锂核( Li)发生核反应，生成氚核( H)和 粒子，并放出 4.8 MeV 的能6 33 1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，则氚核和 粒子的动能比是多少？(4) 粒子的动能是多大？答案 (1) Li n H He4.8 MeV6 31 03 14 2(2)0.005 2 u (3)43 (4)2.06 MeV解析 (1)核反应方程为 Li n H He4.8 MeV6 31 03 14 2(2)依据 Emc2得，m u0.005 2 u4.8 931.5(3)根据题意有m1v1m2v26式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和 粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们p2 2m的动能之比为Ek1Ek2m2m143.p2 2m1p2 2m21 2m11 2m2(4) 粒子的动能Ek2 (Ek1Ek2) 4.8 MeV2.06 MeV.3 73 7