2010年高三物理 第12章原子高三物理 第2讲 天然放射现象 衰变 核能（附第1-2讲参考答案）新人教版

用心 爱心 专心 第第 2 讲讲 天然放射现象天然放射现象 衰变衰变 核能核能 一 考情直播一 考情直播 1 考纲解读 考纲内容能力要求考向定位 1 氢原子核的组成 放 射性 原子核的衰变 半衰 期 2 放射性同位素 3 核力 核反应方程 4 结合能 质量亏损 5 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆 6 放射性的防护 1 知道原子核的组成 三种射线及 性质 衰变规律 2 了解放辐射性同位素及应用 3 知道书写核反应方程时要注意质 量数守恒 核电荷数守恒 4 知道爱因斯坦质能联系方程 会 计算核能 5 知道释放核能的两种方式 聚变 与裂变 6 了解放射性防护 考纲对这一部 分知识均是 级要 求 本部分高考的 热点是核反应方程 三种射线的比较 质子 中子以及正 电子的发现 爱因 斯坦质能联系方程 高考中以选择题的 形式出现 2 考点整合 考点一 天然放射现象及三种放射线的比较考点一 天然放射现象及三种放射线的比较 1 天然放射现象的发现天然放射现象的发现 1896 年 在铀矿石中发现未知的射线 把这些射线称为 射线 射 线 射线 这就是天然放射现象的发现 天然放射现象的发现 说明原子核 2 三种射线的比较三种射线的比较 名 称 产生本质电离作用穿透能力 射线 射线 射线 射线的作用 工业探伤 刀 除静电 消毒杀菌 育种保鲜等 3 三种射线在匀强电场和匀强磁场中的偏转 在射线旁写明射线的种类 三种射线在匀强电场和匀强磁场中的偏转 在射线旁写明射线的种类 三种射线在电场中偏转 图 7 三种射线在磁场中偏转 用心 爱心 专心 特别提醒特别提醒 三种射线均来自原子核内部 说明原子核具有复杂结构 射线是氦的原子核 射 线是电子流 射线是光子 4 天然放射现象的发现说明原子核具有复杂结构天然放射现象的发现说明原子核具有复杂结构 天然放射现象中的三种射线均来自于 这就充分说明了原子核具有复杂 结构 例题例题 1 1 如图 8 所示 x 为一未知放射源 P 为薄铝箔 当 x 放射 源稳定时 计数器的计数率 单位时间内接受射线的次数 稳定 现在将磁场移开 发现计数器的计数率没有什么变化 然后抽走 P 则计数器的计数率大幅上升 说明 x 为 A 纯 粒子放射源 B 纯 粒子放射源 C 粒子和 粒子的混合放射源 D 粒子和 粒子的混合放射源 答案 D 解析 解析 薄铝箔完全可以阻挡 粒子 所以能进入计数器的一定没有 粒子 粒子和 粒子都可以穿透薄铝箔 但由于 粒子是电子 在磁场的作用下会发生偏转 将磁场 移开 发现计数器的计数率没有什么变化 说明一定没有 粒子 抽走 P 则计数器的计 数率大幅上升 说明一定有其它的粒子进入了计数器 而这种粒子一定不是 粒子 只能 是 粒子 所以 D 正确 规律总结规律总结 粒子穿透本领最弱 粒子穿透本领最强 粒子 粒子在磁场中会 受到洛伦兹力作用而发生偏转 粒子是光子 无论在电场中还是在磁场中 都不会发生 偏转 考点二 原子核的半衰期考点二 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内部因素决定 与原子核所处的 无关 3 衰变公式为 特别提醒 特别提醒 半衰期与原子核多少无关 半衰期是一个统计性的概念 只有对大量的原子核才 成立 对少量的或是几个原子核谈半衰期无意义 例题例题 2 若元素 的半衰期为 天 元素 的半衰期为 天 则相同质量的 和 经 过 天后 剩下两元素的质量之比 m m 为 30 31 31 20 答案 C 解析 根据半衰期公式 易得 A 经历 5 个半衰期 B 经历 4 个半衰期 所以剩余质量之 比为 1 2 C 正确 规律总结规律总结 放射性元素的半衰期计算公式为或 T t mm 2 1 0 T t NN 2 1 0 考点三 考点三 衰变规律衰变规律 图 8 用心 爱心 专心 1 衰变规律 衰变方程 234 90 238 92 ThU 衰变规律 2 衰变规律 衰变方程 234 91 234 90 PaTh 衰变规律 3 正电子衰变规律 正电子衰变方程 30 14 30 15 SiP 正电子衰变规律 特别提醒 特别提醒 书写核反应方程要注意质量数守恒和核电荷数守恒 衰变方程的特点是 反应前只有一个核 是释放核能的核反应 例题例题 3 3 下面对某原子核衰变的描述 哪个是不对的 放出一个 粒子后 原子核的中子数减 原子序数少 放出一个 粒子后 原子核的质量数少 核电荷数少 放出一个 粒子后 原子核的质量数不变 核电荷数加 经过 次 衰变和 次 衰变后变成Ra 226 88 Pb 206 82 答案 BCD 解析解析 衰变衰变规律为核电荷数增加 1 质量数不变 A 错 C 正确 衰变规律 核 电荷数减少 2 质量数减少 4 B 正确 经过 次 衰变和 次 衰变后 质量数Ra 226 88 减少 20 核电荷数先减少 10 在增加 4 一共增加 6 变为 D 正确Pb 206 82 规律总结规律总结 发生 衰变无中子损失 每发生一次 衰变将有一个中子转化为一个质子 这一点是解决选项 D 的关键 考点四 原子核的人工转变与核反应方程考点四 原子核的人工转变与核反应方程 1 质子的发现 卢瑟福用粒子轰击 7 号元素 发现了 N 14 7 核反应方程为 17 8 4 2 14 7 CHeN 2 中子的发现 查德威克用粒子轰击 4 号元素 发现了 Be 9 4 核反应方程为 12 6 4 2 9 4 CHeBe 用心 爱心 专心 3 放射性同位素的人工合成 伊丽芙 居里和约里奥 居里用粒子轰击 13 号元素 人工合成了 Al 27 13 核反应方程为 nHeAl 1 0 4 2 27 13 4 放辐射性同位素的应用 特别提醒特别提醒 无论是质子的发现还是中子的发现 这一类方程都属于核的人工转变 是吸收能量 的 在核反应中质量数和电荷数都守恒 例题 4 用中子 轰击铝 27 产生钠 24 和 X 钠 24 具有放射性 1 0n 27 13Al 24 11Na 它衰变后变成镁 24 和 Y 则 X 和 Y 分别是 24 12Mg A 粒子和电子 B 粒子和正电子 C 电子和 粒子 D 质子和正电 答案 A 解析 写出核反应方程 和 显然 X 是粒子 HeNanAl 4 2 24 11 1 0 27 13 eMgNa 0 1 24 12 24 11 Y 是电子 A 正确 规律总结 熟练的写出核反应方程是关键 当然也要记忆一些常见的粒子的名称和书写 在核反应中质量数和电荷数都守恒 例题例题 5 在下列四个核反应中 X 表示了质子的是哪些 A XOHeN 17 8 4 2 14 7 B XPHeAl 30 15 4 2 27 13 C XHeHH 4 2 3 1 2 1 D nXeSrXU 1 0 136 54 90 38 235 92 10 答案 A 解析解析 根据核反应中质量数和电荷数都守恒 A 中是质子 B C D 中均为中子 规律总结 核反应中质量数和电荷数都守恒 从而确定粒子的种类 考点五 核力与核能考点五 核力与核能 1 核力与核能 核力 相邻的 间有强大的核力作用 是一种短程力 其作 用距离不超过 10 15m 核能 核反应中 称为核能 用心 爱心 专心 特别提醒 将一个原子核分离成核子 需要克服核力做功 吸收能量 核子结合成原子核 核力做 正功 释放核能 2 爱因斯坦质能联系方程 3 核能 质量亏损 叫质量亏损 在衰变 裂变和聚变中存在质量亏损 特别提醒 计算质量亏损的方法 反应后反应前 mmm 对质能联系方程的理解 并不是指质量的消失 只是在核反应的过程中以辐射能量的形 式体现了相应部分的质量 不能理解为质量为的物质可以转化为的能 2 mcE m 2 mc 量 这只是反应了质量与能量间的密切联系 在计算核能时应用来计算 2 mcE 4 结合能 结合能 叫做原子核的 结合能 特别提醒 对结合能的理解 质量 m 与能量 E 符合爱因斯坦的质能方程 这里 c 是真空中的光 2 mcE 速 根据质能方程 当能量增加了 E 那么它的质量也相应地增加 m 反过来 也一样 E 和 m 间符合下述质能方程 2 mcE 核子结合成原子核时放出结合能 因此核的质量和组成它的核子的质量比较起 来就要小些 这叫做核的质量亏损 知道了核的质量亏损 就可以根据质能方程求出 原子核的结合能 用核子数去除原子核的结合能 就得到每个核子的平均结合能 质量数为 50 60 的原子核平均结合能最大 约为 8 6MeV 质量数较小的轻核和 质量数较大的重核 平均结合能都比较小 例题例题 6 原子量为 232 0372 衰变为 原子量为 228 0287 时 释放出 粒U 232 92 Th 228 90 子 的原子量为 4 0026 写出核反应方程 并求出衰变过程中释放出多少能量 He 4 2 答案 答案 HeThU 4 2 228 90 232 92 5 5MeV 用心 爱心 专心 解析解析 HeThU 4 2 228 90 232 92 衰变过程中的质量亏损 m 232 0372u 228 0787u 4 0026u 0 0059u 衰变过程中释放的能量 m C 0 0059 931 5MeV 5 5MeV 规律总结规律总结 用计算核能时有两种方法 2 mcE 1 在公式中均取国际单位 2 mcE 2 在公式 m 931 5 中 m 的单位是 u 的单位是 eV MeVu 5 9311 相当于 二 高考热点探究二 高考热点探究 一 一 衰变与带电粒子在磁场中的运动衰变与带电粒子在磁场中的运动 静止的原子核发生 衰变时 动量守恒 能量守恒 同时存在质量亏损 释放核 能 在电场 磁场中 粒子因为带电而发生偏转或是做圆周运动 真题 2008 年广东高考 1 放射性物 质和的核衰变方程为 Po 210 84 Co 60 27 方程 1 206 82 210 84 XPbPo 2 60 28 60 27 XNiCo 中的 X1代表的是 X2代表的是 如图所示 铅盒内装有能释放 和 射线的放射性物质 在靠近铅盒的顶部加上 电场 E 或磁场 B 在图 17 a b 中分别画出 射线运动轨迹的示意图 在所画的轨迹上须 标明是 和 中的哪种射线 解析解析 1 第一个核反应方程为 衰变 所以 X1代表 第二个核反应方程为 衰变 X2代表 He 4 2 e 0 1 2 在图 a 中 射线不偏转 射线向右偏转 射线向左偏转 在图 b 中 射线不偏转 射线向左偏转 射线向右偏转 答案 1 2 画出射线运动轨迹的示意图 略He 4 2 e 0 1 名师指引 在电场中 射线是氦的原子核 带正电 质量数较大 加速度较小 偏转 不明显 射线是电子 带负电 质量数为零 不到一个原子质量单位 u 加速度很大 偏转明显 在画图时 这一点要体现出来 新题导练新题导练 1 在匀强磁场区域中有一个静止的分裂为和 若分裂后速度U 238 92 He 4 2 Th 234 90 方向与磁场垂直 求两核在磁场中运动的半径之比 二 半衰期二 半衰期 半衰期是一个统计概念 只有对大量的原子核才成立 对几个原子核 则不存在半衰 期的概念 半衰期的长短与所处的物理状态和化学状态无关 真题 2008 年上海高考 放射性元素的原子核在 衰变或 衰变生成新原子核时 往 往会同时伴随 辐射 已知 A B 两种放射性元素的半衰期分别为 T1和 T2 经过 t T1 T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等 那么它们原来的质量之比 图 a 图 b 图 17 用心 爱心 专心 mA mB 答案 见解析答案 见解析 解析解析 放射性元素的原子核在 衰变或 衰变生成新原子核时 新原子核往往有多余的 能量 亦即新原子核处于激发态 这些能量再以 光的形式放出 这就是 衰变 衰变 总是伴随着 衰变或 衰变 根据衰变公式 T t mm 2 1 0 有 又因为所以 mA mB 21 2 1 2 1 T t B T t A mm 21 TTt 2 2T 1 2T 名师指引 根据 有 T t mm 2 1 0 21 2 1 2 1 T t B T t A mm 得到 在理解衰变公式的基础上 指数运算出现错误 加强数学运算 2 1 1 2 2 1 2 1 T T t T T t B A m m 能力 别让数学扯了物理的后腿 新题导练 2 关于半衰期 以下说法正确的是 A 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长 B 升高温度可以使半衰期缩短 C 氡的半衰期为 3 8 天 若有四个氡原子核 经过 7 6 天就只剩下一个 D 氡的半衰期为 3 8 天 4 克氡原子核 经过 7 6 天就只剩下 1 克 三 核电站 热核反应与恒星发光三 核电站 热核反应与恒星发光 热核反应 聚变必须在轻核间的距离十分接近 即达到 10 15m 时才能进行 在极高温度 下 原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变 这种聚变反应叫做热核反应 目 前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸 恒星的内部进行着这种反应 核电站 重核的裂变提供能量 反应堆的构造 核燃料 减速剂 镉棒 防护层 真题 2002 年广东高考 如下一系列核反应是在恒星内部发生的 NCp 13 7 12 6 veCN 13 6 13 7 NCp 14 7 13 6 ONp 15 8 14 7 veNO 15 7 15 8 CNp 12 6 15 7 其中为质子 为粒子 为正电子 为一种中微子 已知质子的质量为p ev 粒子的质量为 正电子的质量为kgmp 27 10672648 1 kgm 27 10644929 6 中微子的质量可忽略不计 真空中的光速 试kgme 31 1011 9 smc 1000 3 8 计算该系列核反应完成后释放的能量 答案 JE 12 1095 3 解析 题中 6 个方程可等效为下面一个方程 224 ep 质量亏损为 ep mmmm24 用心 爱心 专心 根据爱因斯坦质能方程可算出整个过程释放的能量 2 mcE 名师指引 想办法计算出这一系列核反应的质量亏损是解决本题的关键 将这 6 个核反 应方程等效为 才能正确算出质量亏损 不能对这 6 个方程进行等效 224 ep 从而不能算出质量亏损 是解决本题失败的主要原因 新题导练 3 1 在其他能源中 核能具有能量密度大 地区适应性强的优势 在核电站 中 核反应堆释放的核能被转化成电能 核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变 反应 释放出大量的核能 以上的核反应方程是反应堆中发生XKrBanU 92 36 141 56 235 92 的许多核反应中的一种 n 为中子 X 为待求粒子 为 X 的个数 则 X 为 以 m1 m2 m3分别表示 U Ba Kr 核的质量 m4 m5分别表示中子 质 子的质量 c 为光在真空中传播的速度 则上述核反应过程中放出的核能 E 2 有一座发电能力为 P 1 00 106kw 的核电站 核能转化为电能的效率 40 假定 反应堆中发生的裂变反应全是 1 中的核反应 已知每次核反应过程放出的核能 E 2 78 10 11J 核的质量 m1 390 10 27kg 求每年 1 年 3 15 107s 消耗的的U 235 U 235 质量为多少 四 热核反应与恒星寿命四 热核反应与恒星寿命 恒星的能量来与其内部的热核反应 在恒星的内部 核聚变反应的种类有很多 最关 键的是找到最后的等效核反应 以便于计算质量亏损 恒星释放的核能向宇宙的四面八方均匀辐射 在以恒星为球心的球面上 能量均匀分 布 当恒星内部的聚变材料小于某个临界值时 核反应就会停止 恒星步入死亡期 真题 2001 年全国高考 太阳现正处于主序星演化阶段 它主要是由电子和 H 1 1 等原子核组成 维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应 核反应方程是He 4 2 释放的核能 这些核能最后转化为辐射能 根据目前关于恒星演化的理论 HeH4e2 4 2 1 1 若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少 10 太阳将离开主序星阶段而转H 1 1 入红巨星的演化阶段 为了简化 假定目前太阳全部由电子和核组成 H 1 1 1 为了研究太阳演化进程 需知道目前太阳的质量 M 已知地球半径 R 6 4 106 m 地球质量 m 6 0 1024 kg 日地中心的距离 r 1 5 1011 m 地球表面处的重力加速度 g 10m s2 1 年约为 3 2 107秒 试估算目前太阳的质量 M 2 已知质子质量 mp 1 6726 10 27 kg 质量 m 6 6458 10 27 kg 电子质量 He 4 2 me 0 9 10 30 kg 光速 c 3 108 m s 求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能 3 又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上 每秒通过的太阳辐射能 w 1 35 103 W m2 试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命 估算结果只要求一位有效数 字 答案 1 2 1030 kg 2 4 2 10 12 J 3 1 百亿年 用心 爱心 专心 解析 1 要估算太阳的质量 M 研究绕太阳运动的任一颗行星的公转均可 现取地球 为研究对象 设 T 为地球绕日心运动的周期 则由万有引力定律和牛顿定律可知 r T m r mM G 2 2 2 地球表面处的重力加速度 2 R m Gg 得 gR r T mM 2 3 2 2 以题给数值代入 得 M 2 1030 kg 2 根据质量亏损和质能公式 该核反应每发生一次释放的核能为 E 4mp 2me m c2 代入数值 得 E 4 2 10 12 J 3 根据题给假设 在太阳继续保持在主序星阶段的时间内 发生题中所述的核聚变 反应的次数为 10 4 p m M N 因此 太阳总共辐射出的能量为 E N E 设太阳辐射是各向同性的 则每秒内太阳向外放出的辐射能为 4 r2w 所以太阳继续保持在主星序的时间为 E t 由以上各式解得 wrm cmmmM t p ep 2 2 44 24 1 0 以题给数据代入 并以年为单位 可得 t 1 1010年 1 百亿年 名师指引 该题是信息题 关键是在大量的信息中选取有用的信息 而不被其他信息所 干扰 如第 1 小题 实际上是万有引力定律在天文学上的应用 与原子核的知识无关 第 3 题 需要构建出太阳各向同性地向周围空间辐射核能 辐向能量流 的物理模型 是 考查空间想象能力和建模能力的好题 新题导练 4 用质子轰击锂核 Li 生成两个 a 粒子 已知质子质量 Mp 1 0078 锂 核质量为 质子的初动能是 E1 0 6MeV 求 0160 7 Li M 1 写出核反应方程式 2 核反应前后发生的质量亏损 3 核反应过程中释放的能量 E 4 核反应释放的能量全部用来增加两个 a 粒子的动能 则核反应后两个 a 粒子具 有总能量是多少 五 核反应方程五 核反应方程 真题 200 年高考广东 铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应 下列判断正确的是nXHeAl 1 0 4 2 27 13 A 是质子n 1 0 用心 爱心 专心 B 是中子n 1 0 C X 是的同位素Si 28 14 D X 是的同位素P 31 15 答案 BD 解析 根据和反映方程的质量数守恒和核电荷数守恒 可知 X 是 D 正确 是中P 31 15 n 1 0 子 B 正确 名师指引 要熟记质子 中子 粒子的符号 书写核反应方程要注意两个守恒 新题导练 5 一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 其裂变方程为U 235 92 则下列说法正确的是 2351941 920380 2 r A X 的原子核中含有 86 个中子 B X 的原子核中含有 141 个核子 C 因为裂变释放能量 出现质量亏损 所以裂变后的总质量数减少 D 是天然放射性元素 它的半衰期约为 7 亿年 随着地球环境的不断变化 半衰 235 92 期可能变短也可能变长 三 抢分频道三 抢分频道 要求 每一讲配一个限时基础训练卷 活页装订 全部为基础题 题量一般为 10 个题 排成一页 如果是各地的模 拟题 也要注明题的出处 可以是广东各地的 也可以是全国其他地方的 基础提升训练 一般 4 6 道题 能力提高 训练 一般 3 4 道题 总体难度在 2009 年版的基础上要有所降低 突出基础 1 限时基础训练卷 活页装订 2 基础提升训练 3 能力提高训练 限时基础训练 限时基础训练 2020 分钟 分钟 班级班级 姓名姓名 成绩成绩 1 天然放射现象的发现揭示了 A 原子不可再分 B 原子的核式结构 C 原子核是可分的 D 原子核由中子和质子组成 2 某放射性元素的原子核发生两次 a 衰变和六次衰变 关于它的原子核的变化 下列 说法中正确的是 A 中子数减小 8 B 质子数减小 2 C 质子数增加 2 D 核子数减小 10 3 当一个中子和一个质子结合成氘核时 产生光子辐射 对这一实验事实 下列说法 正确的是 A 核子结合成原子核时 要放出一定的能量 B 原子核分裂成核时 要放出一定的能量 C 光子的质量为零 氘核的质量等于中子与质子的质量之和 用心 爱心 专心 D 光子具有一定的能量 氘核的质量小于中子与质子的质量之和 4 新发现的一种放射性元素 X 它的氧化物 X2O 的半衰期为 8 天 X2O 与 F 能发生如下 反应 2X2O 2F2 4XF O2 XF 的半衰期为 A 2 天 B 4 天 C 8 天 D 16 天 5 最近几年 原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展 1996 年科学家们在 研究某两个重离子结合成超重元素的反应时 发现生成的超重元素的核经过 6 次 a 衰X A Z 变后的产物是 由此 可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是Fm 253 100 A 124 259 B 124 256 C 112 265 D 112 277 6 如图所示 R 为放射源 虚线范围内有垂直于纸面的磁声 B LL 为厚纸板 MN 为 荧光屏 今在屏上 P 点处发现亮斑 则到达 P 点处的放射性物质微粒和虚线范围内 B 的方 向分别为 A a 粒子 B 垂直于纸面向外 B a 粒子 B 垂直于纸面向内 C 粒子 B 垂直于纸面向外 D 粒子 B 垂直于纸面向内 7 两种放射性元素的原子和 其半衰A a c B b d 期分别为 T 和 若经过 2T 后两种元素的核T 2 1 的质量相等 则开始时两种核的个数之比为 若经过 2T 后两种核的个 数相等 则开始时两种核的质量之比为 8 设氢原子的基态能量为 E1 某激发态的能量为 E 则当氢原子从这一激发态跃迁 到基态时 所 填 辐射 或 吸收 的光子在真空中的波长为 9 静止的氮核被速度是 v0的中子击中生成甲 乙两核 已知甲 乙两核的速N 14 7 n 1 0 度方向同碰撞前中子的速度方向一致 甲 乙两核动量之比为 1 1 动能之比为 1 4 它 们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动 其半径之比为 1 6 问 甲 乙各是什么核 速度各是多大 写出该反应方程 10 物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应 根据 这一理论 在太阳内部 个氢核 转化成一个氦核 和两个正电子 并放出能量 已 1 1H He 4 2 e 0 1 知质子质量 mP 1 0073u 粒子的质量 m 4 0015u 电子的质量 me 0 0005u 1u 的质 量对应 931 5MeV 的能量 1 写出该热核反应方程 2 一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量 结果保留四位有效数字 基础提升训练基础提升训练 1 有下列 4 个核反应方程 Na Mg e U n Ba Kr 3 n 24 11 24 12 0 1 235 92 1 0 141 56 92 36 1 0 F He Ne H He H He H 19 9 4 2 22 10 1 1 3 2 2 1 4 2 1 1 R L L M N O P 题 6 用心 爱心 专心 上述核反应依次属于 A 衰变 人工转变 人工转变 聚变 B 裂变 裂变 聚变 聚变 C 衰变 衰变 聚变 聚变 D 衰变 裂变 人工转变 聚变 2 2008 年北京奥运会场馆周围 80 90 的路灯将利用太阳能发电技术 奥运会 90 的 洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术 太阳能的产生是由于太阳内部所发生的一系列核 反应形成的 其主要的核反应过程可表示为 A eHeH 0 1 4 2 1 1 24 B HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 C nSrXenU 1 0 90 38 136 54 1 0 235 92 10 D HeThU 4 2 234 90 238 92 3 关于半衰期 以下说法正确的是 A 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长 B 升高温度可以使半衰期缩短 C 氡的半衰期为 3 8 天 若有四个氡原子核 经过 7 6 天就只剩下一个 D 氡的半衰期为 3 8 天 4 克氡原子核 经过 7 6 天就只剩下 1 克 4 已知两个中子和两个质子结合成一个 粒子时 可放出 28 30MeV 的能量 三个 粒 子结合成一个碳核时 可放出 7 26MeV 的能量 由此可知 6 个中子和 6 个质子结合成一个碳 核时 可释放的能量为多少 5 一速度为 v 的高速 粒子 与同方向运动的氖核 发生弹性正碰 碰后He 4 2 Ne 20 10 粒子恰好静止 求碰撞前后氖核的速度 不计相对论修正 能力提升训练能力提升训练 1 下列说法正确的是 A 射线是原子核衰变过程中受激发的电子从高能级向低能级跃迁时发出的 B 核反应中的质量亏损现象违背了能量守恒定律 C 治疗脑肿瘤的 刀是利用了 射线电离本领大的特性 D 太阳释放的能量来自于其内部的热核反应 2 现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的 大约在 40 亿年以后太阳内 部将会启动另一种核反应 其核反应方程为 到那时太阳向外辐CHeHeHe 12 6 4 2 4 2 4 2 射的能量是由上述两种核反应共同产生的 已知 的质量为m1 的质量为m2 则He 4 2 C 12 6 下列判断正确的是 A 3m1 m2 B 3m1 m2 C 3m1 m2 用心 爱心 专心 D m1 3m2 3 钍 具有天然放射性 能放出一个 粒子而变为 镤 则下列说法中Th 234 90 Pa 234 91 正确的是 A 核比核少 1 个质子 Th 234 90 Pa 234 91 B 核与核的中子数相等Th 234 90 Pa 234 91 C 精确地讲 一个核的质量比一个核的质量小Th 234 90 Pa 234 91 D 精确地讲 一个核的质量比一个核与一个 粒子的质量之和大Th 234 90 Pa 234 91 4 如图所示 是利用放射线自动控制铝板厚度生产的装置 放射源能放射出 三种射线 根据设计要求 该生产线压制的是 3mm 厚的铝 板 那么 在三种射线中哪种射线对控制厚度起主要作用 A 射线 B 射线 C 射线 D 射线都行 5 下列核反应中属于核聚变的是 A 2341 1120 HHHen B 2342340 90911 ThPae C U 235 92 n 1 0 Xe 139 54 Sr 95 38 n21 0 D 94121 4260 BeHeOn 6 关于天然放射现象 以下叙述正确的是 A 若使放射性物质的温度升高 其半衰期将减小 B 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 C 在 这三种射线中 射线的穿透能力最强 射线的电离能力最强 D 铀核 衰变为铅核 的过程中 要经过 8 次 衰变和 10 次 衰变 238 92 U 206 82 Pb 7 由原子核的衰变规律可知 A 放射性元素一次衰变可同时产生 射线和 射线 B 放射性元素发生 衰变 产生的新核的化学性质不变 C 放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理 化学状态无关 D 放射性元素发生正电子衰变时 产生的新核质量数不变 核电荷数减少 l 8 据调查每年有 280 万人直接或者间接死于装修污染 装修污染已经被列为 危害群众最 大的五种环境污染 之一 目前 在居室装修中经常用到的花岗岩 大理石等装修材料 都 不同程度地含有放射性元素 比如 含有铀 钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡 而氡会发生放射性衰变 放出 射线 这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等 方面的疾病 根据有关放射性知识可知 下列说法正确的是 A 氡的半衷期为 3 8 天 若取 4 个氡核 经过 7 6 天就只剩下一个氡原子核了 B 衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子所产生的 C 射线一般伴随着 或 射线产生 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电 离能力也最强 D 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 中子数减少了 4 M N 放射源 探测接收器 题 4 用心 爱心 专心 9 在下列四个核反应中 X 表示了质子的是哪些 A XOHeN 17 8 4 2 14 7 B XPHeAl 30 15 4 2 27 13 C XHeHH 4 2 3 1 2 1 D nXeSrXU 1 0 136 54 90 38 235 92 10 10 放射性同位素614C 被考古学家称为 碳钟 它可以用来断定古生物体死亡至今的年代 此项研究成果获得 1960 年诺贝尔化学奖 1 宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后 就会形成614C 写出它的核反应方程 式 2 614C 很不稳定 容易发生衰变 其半衰期为 5730 年 写出它发生衰变的方程 3 614C 的生成和衰变通常是平衡的 即空气中生物活体的614C 含量是不变的 当机体死 亡后 机体内的614C 含量将会不断减少 若测得一具古生物遗骸中614C 含量只有活体中的 12 5 则这具遗骸死亡至今应有多少年 第十二章第十二章 原子物理参考答案原子物理参考答案 第第 1 讲讲 原子的结构原子的结构 能级能级 一 考情直播一 考情直播 考点参考答案 考点参考答案 考点一 1 电子 2 绝大多数 粒子 少数 粒子 被金箔反弹 3 核 全部正电荷 和几乎全部质量 负电的电子 4 10 14m 考点二 1 1 不连续的能量 定态 2 不同能量 状态 轨道 3 辐射或吸收 二 高考热点探究二 高考热点探究 新题导练新题导练 1 卢瑟福通过 粒子实验提出了原子的 核式结构理论 离核越近的 粒子偏转角度越大 正对 着原子核的射来的 粒子被原子核反弹 所以正确的轨 迹图如图所示 对于 c 最好是画出反弹的径迹与原来的径迹分离开 这 样可以看出 粒子被金原子核反弹 另外对于 b 其散射角一定要大于 a 否则是错误的 新题导练新题导练 2 必有 即由能级 跃迁到能级 时发出的光子能量大 21 21 光子的频率大 如图 7 所示 显然 由能级 跃迁到能级 时氢原子应该辐射一个光子 满足 AB EE c h 1 1 AC EE c h 2 2 用心 爱心 专心 BC EE c h 3 3 由 得 2 1 BC EE c h c h 12 4 由解得 3 4 21 21 3 新题导练新题导练 3 B 限时基础参考答案限时基础参考答案 1 答案 B 解析 在氢原子中 量子数 n 越大 则电子离原子核越远 其轨道半径越大 A 错 依 据库仑力提供电子绕核运动的向心力 得到 可见 轨 r v m r e k 2 2 2 r e kmvEk 22 1 2 2 道半径越大 其动能越小 速度越小 B 错 根据 n越大 能量越大 CeV n En 2 6 13 错 电子在远离核的过程中 库仑力做负功 电势能增加 量子数 n 越大 电子离原子核 越远 电势能越大 D 正确 2 答案 D 解析 卢瑟福的原子核式结构内容为 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子 核里 电子在核外绕原子核旋转 原子中绝大部分是空的 原子核的半径大约是 10 15米 所以正确答案为 D 3 答案 C 解析 卢瑟福是根据 粒子散射实验的结果提出原子的核式结构的 答案为 C 4 答案 辐射 解析 所以 1 EE c h 1 EE hc 5 答案 ABC 解析 熟记波尔三条假设的内容 可知 ABC 正确 6 答案 D 解析 原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时 库仑力增大 且库仑力做正功 必有核外电子受力变大 原子能量变小 动能变大 势能变小 D 正确 7 答案 D 解析 一群氢原子向低能级辐射可能发射谱线为 n n 1 2 6 D 正确 8 答案 ACD 解析 10 2eV 刚好是n 1 n 2 的能极差 而 11eV 不是 由玻尔政府知 A 正确 基太氢 原子也能吸收 14eV 的光子而电离 电离后自由电子动能为 0 4eV 它也可吸收动能为 11eV 的电子的部分能量 10 2eV 剩余 0 8eV 仍为原来电子所有 所以应选 ACD 9 答案 A 解析 只有 A 是核聚变方程 B 是核的人工转变 C 是核裂变 D 是衰变 10 答案 AB 解析 略 基础提升训练参考答案基础提升训练参考答案 1 答案 D 当光子的能量等于任意两个能级之间的能量差时 才能跃迁 题中所给的 用心 爱心 专心 能量 10 5ev 不等于任意两能级之差 所以不能跃迁 2 答案 B 解析 只有 b 是可见光 三个光子的能量显然满足 正确答案应为 B 321 hhh 3 答案 AC 解析 只有 n 1 至 n 3 的能级差在光子的能量范围内 选 A 吸收光子的能量后跃迁到 n 3 能级 可以产生 3 种光子 选 C 4 答案 BC 解析 原子的量子数越大 总能量越大 A 错 应选 B C 是波尔假设中的一条 正确 5 答案 6 解析 属于巴尔末系的是从各能级跃迁到 n 2 形成的 有两条属于巴尔末系 显然是 从 n 3 到 n 2 和 n 4 到 n 2 形成的 当氢原子从 n 4 向低能级跃迁时可以形成的光子数为 4 3 2 6 种 能力提升训练参考答案能力提升训练参考答案 1 答案 A 由于电子与 a 粒子质量的悬殊 所以可判断 使 a 粒子偏转的不可能是带负 电的电子 又由于只有极少数 a 粒子发生大角度偏转 所以又可判断 原子的正电荷和绝 大部分质量集中在一个很小的范围内 故选 A 2 10 2eV 刚好是 n 1 n 2 的能极差 而 11eV 不是 由玻尔政府知 A 正确 基太氢原子 也能吸收 14eV 的光子而电离 电离后自由电子动能为 0 4eV 它也可吸收动能为 11eV 的 电子的部分能量 10 2eV 剩余 0 8eV 仍为原来电子所有 所以应选 ACD 3 根据玻尔原子理论知 氢原子核外电子从高能态跃迁到低能态时 应辐射出光子 而能 级差即为光子能量 E0 E E1 另外 光子能量 E0与光波长间的关系为 hc E 0 其中 h 为普朗克常量 c 为真空中光速 由此可解得 1 EE hc 此例答案 辐射 1 EE hc 4 C 解析 略 5 D 解析 由外层跃迁到内层 库仑力做正功 电势能减小 动能增加 量子数减小 总能 量减小 6 AC 解析 略 7 CD 解析 处于基态的氢原子吸收了某种单色光光子后跃迁到最高能级放出的光子能量等于 用心 爱心 专心 三个光子中能量最大的那个 显然 CD 正确 8 ACD 解析 由氢原子能级结构可算出 10 2ev 刚好为氢原子 n 1 和 n 2 的两能级之差 而 11ev 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差 因而氢原子只能吸收前者 不能吸收后 者 对于 14ev 的光子 其能量大于氢原子的电离能 13 6ev 足以使氢原子电离 使电 子脱离核的束缚而成为自由电子 因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制 用电子去碰撞 原子时 入射电子的动能可以部分或全部被氢原子吸收 所以只要入射电子动能大于或等 于基态和某个激发态能量之差 也可以使氢原子激发 9 答案 9 4 2 333 22 解析 库仑力提供向心力 式中 n nn n n r T m r v m r e k 2 2 2 2 2 1 2r nrn 得到 显然比值为 9 4 nn nk rr e kmvE 1 2 1 2 2 得到 显然比值为 n k r mEP 1 2 2 3 得到 显然比值为 3 n rT 33 22 10 答案 1 2 3 1 2 2r ke Ek 11 2mr k r e f 2 1 r ke E 解析 库仑力提供向心力 1 2 1 2 1 2 1 2 2rfm r v m r e k 得到 1 2 2 1 22 1 r e kmvEk 11 2mr k r e f 电场强度 2 1 r e kE 第第 2 讲讲 天然放射现象天然放射现象 衰变衰变 核能核能 一 考情直播一 考情直播 考点一 参考答案考点一 参考答案 用心 爱心 专心 1 贝克勒耳 具有复杂结构 2 名 称 产生本质电离作用穿透能力 射线 衰变中放出 原子核中的两个质子 和两个中子结合在一起放 出 氦的原 子核 He 4 2 最强最弱 射线 衰变中放出 原子核内的一个中子 转变为质子和电子 质子 留在核内 电子放出 电子 e 0 1 较弱较弱 射线 伴随 衰变或 衰 变产生是原子核进行 衰 变 衰变后 原子核有 多余的能量 以光子的形 式放出 光子最弱最强 3 4 原子核内部 考点二 考点二 1 放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间 2 物理或化学状态 或 T t mm 2 1 0 T t NN 2 1 0 3 考点三 考点三 1 核电荷数减少 2 质量数减少 4He 4 2 2 核电荷数增加 1 质量数不变e 0 1 3 核电荷数减少 1 质量数不变e 0 1 考点四 考点四 1 质子 p 1 1 三种射线在电场中偏转 三种射线在磁场中偏转 用心 爱心 专心 2 中子 n 1 0 3 放射性 P 的同位素 P 30 15 4 利用它的射线 做示踪原子 考点五 核力与核能考点五 核力与核能 1 核子 质子和中子统称为核子 吸收或放出的能量 2 或 2 mcE 2 mcE 3 组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差 4 核子间存在着强大的核力 核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收 的能量 二 高考热点探究二 高考热点探究 新题导练新题导练 1 根据动量守恒知 m v mThvTh 由得 qB mv R 1 45 2 90 q q Bqvm Bqvm R R Th ThTh Th Th 思考 思考 在磁场中 衰变形成 的径迹的比较 请同学们自行验证一个静止 的在磁场中发生 衰变时 其半径之比为 91 1Th 234 90 新题导练新题导练 2 D 解析解析 考虑到放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无 关 又考虑到半衰期是一种统计规律 即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因 素的支配 因此 正确答案只有 D 新题导练新题导练 3 1 依据核电荷数守恒和质量数守恒可判断为中子 且X3 根据爱因斯坦的质能方程 即 2 mcE E 2 2 cmmmm nKrBaU 2 依据已知 kwP 6 1000 1 输出 st 7 1015 3 40 则 则kgmU 27 10390 JE 11 1078 2 tPW 输出输出 Pt W W 输出 总 核反应次数为 则每年消耗的的质量 即 E Pt n U 235 92UU MnM 总 Th Pa 衰变在磁场中的径迹 衰变在磁场中的径 迹 R RTh 45 1 R RPa 91 1 用心 爱心 专心 kgM E Pt M UU 477 110 总 新题导练新题导练 4 1 EHeHeHLi 4 2 4 2 1 1 7 3 2 uMMMm pLi 0186 0 2 2 3 MeVE33 17 4 MeVE93 17 总 新题导练新题导练 5 A X 原子核的质子数 86 中子数为 140 可知 A 正确 B 错 总质量数守 恒 半衰期与所处的物理化学状态无关 CD 错 限时基础参考答案限时基础参考答案 1 C 解析 天然放射现象的三种粒子均来自于原子核 说明原子核具有精细结构 选 C 2 C 解析 经过两次 a 衰变 中子数减少 4 质子数减少 4 在经过六次衰变 中子数又 减少 6 质子数增加 6 所以质子数一共增加 2 中子数一共减少 10 3 AD 解析 这是释放核能的方程 A 正确 放能方程存在质量亏损 D 正确 4 答案 C 解析 半衰期与所处的物理状态 化学状态无关 5 答案 D 解析 根据质量数和电荷数守恒可以确定 D 正确 6 D 由于 a 粒子贯穿本领很弱 只能穿透几厘米空气 因此穿透厚纸板到达屏上 P 点处 不可能是 a 粒子 由于粒子不带电 穿过 B 区域不会发生偏转 因此到达 P 点处的也不 可能是粒子 由此可知 到达 P 点处的必然是粒子 又由于粒子带的是负电 因此 用左手定则便可判断 B 的方向应该是垂直于纸面向内 所以应选 D 7 若开始时两种核的个数分别为 N1和 N2 则经时间 2T 后剩下的核的个数就分别为 和 而此时两种核的质量相等 于是有 1 4 1 N 2 16 1 N 16 1 4 1 21 bNaN 由此可得 N1 N2 b 4a 若开始时两种核的质量分别为 m1和 m2 则经时间 2T 后剩下的核的质量就分别为 和 而此时两种核的个数相等 于是有 1 4 1 m 2 16 1 m 用心 爱心 专心 b m a m 164 21 由此可得 bamm4 21 8 答案 辐射 1 EE hc 解析 根据玻尔原子理论知 氢原子核外电子从高能态跃迁到低能态时 应辐射出 光子 而能级差即为光子能量 E0 E E1 另外 光子能量 E0与光波长间的关系为 hc E 0 其中 h 为普朗克常量 c 为真空中光速 由此可解得 1 EE hc 9 答案 见解析 解析 设甲 乙两核质量分别为 m甲 m乙 电量分别为 q甲 q乙 由动量与动能关系和可得 4 1 k mEp2 乙甲 pp 甲 m 乙 m 乙k