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第 1頁(yè) 第5講 原子核 一 基礎(chǔ)知識(shí) 1 人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)并進(jìn)行研究是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開(kāi)始的 2 三種射線的比較與區(qū)分 可借助于勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)分離 3 原子核的衰變 原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓?核的衰變遵循的基本規(guī)律為 質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 衰變 衰變 衰變 一般情況下 衰變不會(huì)單獨(dú)發(fā)生 而往往是伴隨著 衰變或是 衰變進(jìn)行的 4 半衰期 1 定義 2 公式 t N N 2 1 原 余 t m m 2 1 原 余 3 半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定 不同元素有不同的半衰期 5 原子核的人工轉(zhuǎn)變及其三大發(fā)現(xiàn) 原子核的人工轉(zhuǎn)變使人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 中子和放射性同位素 放射性同位素應(yīng)用 1 利用它的射線2 做示蹤原子 所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守 質(zhì)量數(shù) 守恒 電荷數(shù) 守恒 6 原子核的組成 7 核力與核能 1 核力 核力具備 短距作用 的特征 2 核能 把核拆散為核子時(shí)就要克服核力做功 核子結(jié)合成核時(shí)放出能量即所謂核能 3 質(zhì)能關(guān)系 E mc 2 4 質(zhì)量虧損與核能的變化 5 核能釋放的途徑 裂變與聚變 第 2頁(yè) 二 典型題型 1 如圖所示 鉛盒內(nèi)的天然放射性物質(zhì)能豎直向上放出 三種射線粒子 它們都能打到正上 方的熒光屏上 若在放射源上方放一張薄鋁箔 并在放射源和熒光屏間加水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) 結(jié)果 熒光屏上只剩下兩個(gè)亮點(diǎn) M N 下列說(shuō)法中正確的是 A 打在 M N的依次是 和 B 打在 M N的依次是 和 C 勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向水平向左 D 勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向水平向右 2 的過(guò)程中 衰變成 Pb U 206 82 238 92 A 經(jīng)歷了 8次 衰變和 6 次 衰變 B 鉛核比鈾核中子數(shù)少 22 個(gè) C 鉛核比鈾核質(zhì)子數(shù)少 32 個(gè) D 衰變中有 6 個(gè)中子變成質(zhì)子 3 兩個(gè)氘核發(fā)生聚變反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核 氦的同位素 已知氘核質(zhì)量 2 0136 氦核質(zhì)量 3 0150 中子質(zhì)量 1 0087 寫(xiě)出聚變方程并求出釋放的核能 已知1 935 1 三 針對(duì)訓(xùn)練 1 以下哪些現(xiàn)象和原子核的變化有關(guān) A 粒子散射 B 天然放射性 C 光電效應(yīng) D 熱核反應(yīng) 2 下列敘述中 正確的是 A 放射性元素的半衰期是由原子核內(nèi)部本身的因素決定的 B 射線是原子核外電子掙脫原子核的束縛而形成的電子流 C 重核的裂變和輕核的聚變都可以放出大量的能量 D 一種元素的同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì) 3 鈾裂變的產(chǎn)物之一氦 90 90 36 Kr 是不穩(wěn)定的 它經(jīng)過(guò)一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯 90 90 40 Zr 這些衰變是 A 1 次 衰變 6 次 衰變 B 4 次 衰變 C 2 次 衰變 D 2 次 衰變 2 次 衰變 M N 第 3頁(yè) 4 下列說(shuō)法中正確的是 A 質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等 但質(zhì)量數(shù)相等 B 兩個(gè)質(zhì)子間 不管距離如何 核力總是大于庫(kù)侖力 C 同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù) 但中子數(shù)可以不同 D 除萬(wàn)有引力外 兩個(gè)中子之間不存在其它相互作用力 5 下面列出的是一些核反應(yīng)方程 X Si P 30 14 36 15 Y B H Be 10 3 2 1 9 4 Z Li He He 3 3 4 2 4 2 A X質(zhì)子 Y是中子 Z是正電子 B X是正電子 Y是質(zhì)子 Z 是中子 C X是中子 Y是正電子 Z 是質(zhì)子 D X是正電子 Y是中子 Z 是質(zhì)子 6 用 粒子轟擊 Be 9 4 時(shí) 得到 C 12 6 同時(shí)放出一種粒子 關(guān)于這種粒子 下列說(shuō)法中不正確的是 A 它來(lái)自于原子核 B 它能穿透幾厘米厚的鉛板 C 它在磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn) D 它是一種頻率很高的光子 7 一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子相結(jié)合生成一個(gè)氘核 若它們的質(zhì)量分別是 m 1 m 2 m 3 則 A 由于反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變 所以 m 1 m 2 m 3 B 由于反應(yīng)時(shí)釋放出了能量 所以 m 1 m 2 m 3 C 由于反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行從而吸收能量 所以 m 1 m 2 m 3 D 反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生了頻率為 m 1 m 2 m 3 c 2 h 的光子 式中 c 是光速 h是普朗克常量 8 放射性同位素 14 6 C被考古學(xué)家稱(chēng)為 碳鐘 它可以用來(lái)斷定古生物體死亡至今的年代 此項(xiàng)研究 成果獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 1 宇宙射線中高能量中子碰撞空氣中的氮原子后 就會(huì)形成 14 6 C 寫(xiě)出它的核反應(yīng)方程式 2 14 6 C 很不穩(wěn)定 容易發(fā)生 衰變 其半衰期 5730 年 寫(xiě)出它發(fā)生衰變的方程 3 14 6 C 的生成和衰變通常是平衡的 即空氣中 生物活體中 14 6 C 的含量是不變的 當(dāng)機(jī)體死 亡后 機(jī)體內(nèi)的 14 6 C 含量將會(huì)不斷減少 若測(cè)得一具古生物遺骸中 14 6 C 含量只有活體中的 12 5 則 這具遺骸死亡至今應(yīng)有 年 第 4頁(yè) 9 靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè) 10 5 B 核俘獲了一個(gè)速度為向 v 7 3 10 4 m s 的中子而發(fā)生核反應(yīng) 生成 粒子與一個(gè)新核 測(cè)得 粒子的速度為 2 10 4 m s 方向與反應(yīng)前中子運(yùn)動(dòng)的方向相同 且與磁感線 方向垂直 求 1 寫(xiě)出核反應(yīng)方程 2 畫(huà)出核反應(yīng)生成的兩個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖 磁感線方向垂直于紙面向外 3 求 粒子與新核軌道半徑之比 4 求 粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比 10 現(xiàn)在 科學(xué)家正在設(shè)法探尋 反物質(zhì) 所謂 反物質(zhì) 是由 反粒子 構(gòu)成的 反粒子 與 其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量 但電荷的符號(hào)相反 試回答 1 若有反 粒子 它的質(zhì)量數(shù)為 電荷數(shù)為 2 一對(duì)正 負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅 轉(zhuǎn)化為一對(duì)頻率相同的光子 已知電子質(zhì)量為 0 9 10 30 kg 那 么這兩個(gè)光子的頻率約為 Hz 保留 2 位有效數(shù)字 第 5頁(yè) 四 課堂檢測(cè) 1 下面關(guān)于原子核的裂變和聚變的說(shuō)法中正確的是 A 鈾 235 裂變后的生成物是多種多樣的 但都要發(fā)生質(zhì)量虧損 B 能否發(fā)出鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 與鈾塊的體積大小有關(guān) C 要使輕原子核發(fā)生聚變 必須使它們間的距離至少接近到 10 10 D 太陽(yáng)發(fā)出的光和熱 來(lái)自原子核的聚變反應(yīng) 2 近年來(lái)科學(xué)家在超重元素的探測(cè)方面取得了重大進(jìn)展 科學(xué)家們?cè)谟^察某兩個(gè)重離子結(jié)合成超重 元素的反應(yīng)時(shí) 發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核 A Z X 經(jīng)過(guò) 6 次 衰變后成為 253 100 Fm 由此可以判定該超重 元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)依次是 A 124 2 5 9 B 124 265 C 112 2 6 5 D 112 277 3 近幾年 我國(guó)北京 上海 山東 洛陽(yáng) 廣州等地引進(jìn)了十多臺(tái) 刀 治療患者 5000 余例 效果 極好 成為治療腦腫瘤的最佳儀器 令人驚奇的是 用 刀治療時(shí)不用麻醉 病人清醒 時(shí)間短 半 小時(shí)內(nèi)完成手術(shù) 無(wú)需住院 因而 刀被譽(yù)為 神刀 問(wèn) 刀治療腦腫瘤主要是利用 射線具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng) 射線具有很強(qiáng)的電離作用 射線具有很高的能量 射線能很容易繞過(guò)阻礙物達(dá)到目的地 A B C D 4 光子的能量為 hv 動(dòng)量的大小為 c hv 如果一個(gè)靜止的放射性元素的原子核在發(fā)生衰變時(shí)只發(fā)出一 個(gè) 光子 則衰變后的原子核 A 仍然靜止 B 沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相同的方向運(yùn)動(dòng) C 沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng) D 可能向任何方向運(yùn)動(dòng) 5 目前普遍認(rèn)為 質(zhì)子和中子都是由被稱(chēng)為 u夸克和 d 夸克的兩類(lèi)夸克組成 u 夸克帶電量為 3 2 e d 夸克帶電量 3 1 e e 為基元電荷 下列論斷可能正確的是 A 質(zhì)子由 1個(gè) u 夸克和 1 個(gè) d 夸克組成 中子由 1 個(gè) u 夸克和 2 個(gè) d 夸克組成 B 質(zhì)子由 2個(gè) u 夸克和 1 個(gè) d 夸克組成 中子由 1 個(gè) u 夸克和 2 個(gè) d 夸克組成 C 質(zhì)子由 1個(gè) u 夸克和 2 個(gè) d 夸克組成 中子由 2 個(gè) u 夸克和 1 個(gè) d 夸克組成 D 質(zhì)子由 2個(gè) u 夸克和 1 個(gè) d 夸克組成 中子由 1 個(gè) u 夸克和 1 個(gè) d 夸克組成 6 圖中 P 為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源 其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成 a b c 三束 以下 判斷正確的是 A a 為 射線 b 為 射線 B a 為 射線 b 為 射線 C b 為 射線 C 為 射線 D b 為 射線 C 為 射線 第 6頁(yè) 7 在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一原來(lái)靜止的原子核 該核衰變后 放出的帶電粒子和反沖核的 運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中a b所示 由圖可以判定 A 該核發(fā)生的是 衰變 B 該核發(fā)生的是 衰變 C 磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里 D 磁場(chǎng)方向向里還是向外無(wú)法判定 8 在下列核反應(yīng)方程 17 8 14 7 4 2 X O N He 的括弧中 X所代表的粒子 A H 1 1 B H 2 1 C e 0 1 D n 0 1 9 同學(xué)們根據(jù)中學(xué)物理知識(shí)討論 隨著歲月的流逝 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期 日地間的平均距離 地 球表面溫度變化的趨勢(shì) 的問(wèn)題中 有下列結(jié)論 請(qǐng)你判斷哪些結(jié)論正確 A 太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng) 輻射大量光子 根據(jù) E mc 2 可知太陽(yáng)質(zhì)量 M 在不斷減少 B 根據(jù) F GMm r 和 F mv r 知日地距離 r 不斷增大 地球環(huán)繞速度將減少 且周期 T 2 r v 將增大 C 根據(jù) F GMm r 和 F mv 2 r 知日地距離 r 將不斷減小 地球環(huán)繞速度將增大 且周期 T 2 r v 將減小 D 由于太陽(yáng)質(zhì)量 M 不斷減小 輻射光子的功率不斷減小 而日地距離 r 增大 所以輻射到地球表面 的熱功率也減小 地球表面溫度也將逐漸降低 參考答案 二 典型題型 1 C 2 A 三 針對(duì)訓(xùn)練 1 BD 2 AC 3 B 4 A 5 D 6 D 7 B 8 1 11 4 1 41 07 61 NCH n 2 14 14 0 671 CNe 3 17190 四 課堂檢測(cè) 1 ABD 2 D 3 C 4 C 5 B 6 BC 7 B 8 A 9 AB