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第 1頁 第5講 原子核 一 基礎(chǔ)知識 1 人類認識原子核的復雜結(jié)構(gòu)并進行研究是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的 2 三種射線的比較與區(qū)分 可借助于勻強電場和勻強磁場來分離 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 衰變不會單獨發(fā)生 而往往是伴隨著 衰變或是 衰變進行的 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 把核拆散為核子時就要克服核力做功 核子結(jié)合成核時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 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電場 結(jié)果 熒光屏上只剩下兩個亮點 M N 下列說法中正確的是 A 打在 M N的依次是 和 B 打在 M N的依次是 和 C 勻強電場的方向水平向左 D 勻強電場的方向水平向右 2 的過程中 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 C 鉛核比鈾核質(zhì)子數(shù)少 32 個 D 衰變中有 6 個中子變成質(zhì)子 3 兩個氘核發(fā)生聚變反應(yīng)產(chǎn)生一個中子和一個氦核 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 寫出聚變方程并求出釋放的核能 已知1 935 1 三 針對訓練 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 4 下列說法中正確的是 A 質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等 但質(zhì)量數(shù)相等 B 兩個質(zhì)子間 不管距離如何 核力總是大于庫侖力 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 除萬有引力外 兩個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 得到 C 12 6 同時放出一種粒子 關(guān)于這種粒子 下列說法中不正確的是 A 它來自于原子核 B 它能穿透幾厘米厚的鉛板 C 它在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn) D 它是一種頻率很高的光子 7 一個中子和一個質(zhì)子相結(jié)合生成一個氘核 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)在高溫高壓下進行從而吸收能量 所以 m 1 m 2 m 3 D 反應(yīng)時產(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被考古學家稱為 碳鐘 它可以用來斷定古生物體死亡至今的年代 此項研究 成果獲得1960年諾貝爾化學獎 1 宇宙射線中高能量中子碰撞空氣中的氮原子后 就會形成 14 6 C 寫出它的核反應(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 當機體死 亡后 機體內(nèi)的 14 6 C 含量將會不斷減少 若測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 9 靜止在勻強磁場中的一個 10 5 B 核俘獲了一個速度為向 v 7 3 10 4 m s 的中子而發(fā)生核反應(yīng) 生成 粒子與一個新核 測得 粒子的速度為 2 10 4 m s 方向與反應(yīng)前中子運動的方向相同 且與磁感線 方向垂直 求 1 寫出核反應(yīng)方程 2 畫出核反應(yīng)生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉(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 一對正 負電子相遇發(fā)生湮滅 轉(zhuǎn)化為一對頻率相同的光子 已知電子質(zhì)量為 0 9 10 30 kg 那 么這兩個光子的頻率約為 Hz 保留 2 位有效數(shù)字 第 5頁 四 課堂檢測 1 下面關(guān)于原子核的裂變和聚變的說法中正確的是 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)出鏈式反應(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 太陽發(fā)出的光和熱 來自原子核的聚變反應(yīng) 2 近年來科學家在超重元素的探測方面取得了重大進展 科學家們在觀察某兩個重離子結(jié)合成超重 元素的反應(yīng)時 發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核 A Z X 經(jīng)過 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 我國北京 上海 山東 洛陽 廣州等地引進了十多臺 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 刀治療時不用麻醉 病人清醒 時間短 半 小時內(nèi)完成手術(shù) 無需住院 因而 刀被譽為 神刀 問 刀治療腦腫瘤主要是利用 射線具有很強的貫穿本領(lǐng) 射線具有很強的電離作用 射線具有很高的能量 射線能很容易繞過阻礙物達到目的地 A B C D 4 光子的能量為 hv 動量的大小為 c hv 如果一個靜止的放射性元素的原子核在發(fā)生衰變時只發(fā)出一 個 光子 則衰變后的原子核 A 仍然靜止 B 沿著與光子運動方向相同的方向運動 C 沿著與光子運動方向相反的方向運動 D 可能向任何方向運動 5 目前普遍認為 質(zhì)子和中子都是由被稱為 u夸克和 d 夸克的兩類夸克組成 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 u 夸克和 1 個 d 夸克組成 中子由 1 個 u 夸克和 2 個 d 夸克組成 B 質(zhì)子由 2個 u 夸克和 1 個 d 夸克組成 中子由 1 個 u 夸克和 2 個 d 夸克組成 C 質(zhì)子由 1個 u 夸克和 2 個 d 夸克組成 中子由 2 個 u 夸克和 1 個 d 夸克組成 D 質(zhì)子由 2個 u 夸克和 1 個 d 夸克組成 中子由 1 個 u 夸克和 1 個 d 夸克組成 6 圖中 P 為放在勻強電場中的天然放射源 其放出的射線在電場的作用下分成 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 7 在垂直于紙面的勻強磁場中 有一原來靜止的原子核 該核衰變后 放出的帶電粒子和反沖核的 運動軌跡分別如圖中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 磁場方向一定垂直紙面向里 D 磁場方向向里還是向外無法判定 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 同學們根據(jù)中學物理知識討論 隨著歲月的流逝 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期 日地間的平均距離 地 球表面溫度變化的趨勢 的問題中 有下列結(jié)論 請你判斷哪些結(jié)論正確 A 太陽內(nèi)部進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 針對訓練 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 1 ABD 2 D 3 C 4 C 5 B 6 BC 7 B 8 A 9 AB