资源简介

第1讲　原子核
一、天然放射现象(选三第五章1、2节)
1.天然放射现象
(1)放射性元素自发地发出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构。
(2)放射性同位素的应用与防护
①放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同。
②应用:消除静电、工业探伤、用作示踪原子等。
③防护:防止放射性对人体组织的伤害。
2.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。
3.原子核的衰变
(1)衰变:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化。
(2)分类
α衰变XY+He,如UThHe
β衰变XY+e,如ThPae
(3)实质
α射线为高速氦核流,速度为光速的;β射线为高速电子流,速度为光速的99%;γ射线为光子(电磁波)。
(4)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关。
二、核力和核能(选三第五章3、4节)
1.核能
(1)结合能:核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,也称核能。
(2)比结合能
①定义:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。
②物理意义:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。
(3)质能方程、质量亏损:爱因斯坦质能方程E=mc2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm,这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE=Δmc2。
2.获得核能的途径
(1)重核裂变
①定义:铀核在被中子轰击后分裂成质量差不多的两部分的核反应。
②特点:裂变过程中能够放出巨大的能量;同时放出2~3(或更多)个中子;裂变的产物不是唯一的。典型的裂变方程UnKrBa+3n。
(2)轻核聚变
①定义:两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫热核反应。
②优点:a.产能效率高;　b.聚变材料的储量丰富;c.更为安全、清洁。
③典型的聚变方程:
HHHen+17.6 MeV。
【质疑辨析】
角度1 天然放射现象
(1)贝克勒尔发现天然放射现象,说明原子核具有复杂结构。 (　√　)
(2)β衰变和光电效应中产生的电子,都来源于核外电子。 (　×　)
(3)γ射线本质是光子,是伴随着α衰变或β衰变产生的。 (　√　)
(4)如果某放射性元素的原子核有1 000个,经过一个半衰期后还剩500个。(　×　)
(5)将某放射性元素由地球转移到月球上,其半衰期可能变化。 (　×　)
角度2 核反应和核能
(6)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量。 (　×　)
(7)原子核的比结合能随着原子序数的增大而增大。 (　×　)
(8)重核裂变和轻核聚变是两个典型释放核能的反应。 (　√　)
精研考点·提升关键能力
考点一　原子核的衰变及半衰期　(核心共研)
【核心要点】
1.三种射线
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离作用 穿透能力
α射线 氦核 He +2e 4 u 最强 最弱(在空气中只能前进几厘米)
β射线 电子 e -e u 较强 较强(能穿透几毫米厚的铝板)
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强(能穿透几厘米厚的铅板)
2.衰变规律
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 XYHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子
H+nHe nHe
匀强磁场中轨迹分布 两圆外切,α粒子运动半径较大 两圆内切,β粒子运动半径较大
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
3.对半衰期的理解:
(1)半衰期是大量原子核衰变时遵循的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。
(2)根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原(,m余=m原(。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,T表示半衰期。
【典例剖析】
角度1 三种射线的比较
[典例1](2023·广东选择考)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C+YO的影响。下列说法正确的是(　　)
A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强
角度2 半衰期及衰变次数的计算
[典例2](2023·浙江1月选考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应NnCH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　　)
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约11 460年
【备选例题】
　　(2023·毕节模拟)如图,一个原子核X经图中所示的14次衰变,其中有m次α衰变、n次β衰变,生成稳定的原子核Y,则(　　)
A.m=8,n=6　　　　　 B.m=6,n=8
C.m=4,n=10 D.m=2,n=12
角度3 衰变与力学综合问题
[典例3](多选)(2024·宁德模拟)静止在O点的C原子核发生衰变的同时,空间中加入如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图中虚线所示,不计重力和两粒子间的相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.A、B两粒子均带正电
BC原子核发生的是α衰变
C.A粒子为Be
D.衰变后瞬间A、B粒子速度比为5∶2
【备选例题】
　　(多选)(2023·赣州模拟)某空间为真空环境,存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的足够大的匀强磁场区域,一钚核Pu静止在磁场中的O点,某时发生衰变,生成新核U和α粒子,其中质量为4m、电荷量为2q的α粒子以动量大小p沿水平向右运动,若衰变释放的核能全部转化为两种粒子的动能,且两粒子运动中只受匀强磁场的洛伦兹力作用,下列说法正确的是(　　)
A.钚衰变时的核反应方程式为PuUHe
B.衰变过程中质量亏损约为
C.新核和α粒子的运动半径之比约为46∶1
D.新核U与α粒子做匀速圆周运动的周期之比约为235∶184
考点二　核反应及核反应类型　(基础自悟)
【核心要点】
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰 变 α衰变 自发 UThHe
β衰变 自发 ThPae
人工转变 人工控制 NHeOH(卢瑟福发现质子)
HeBeCn(查德威克发现中子)
AlHe→Pn 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
PSie
重核裂变 比较容易控制 UnBaKr+n(核电站提供核能的原理)
UnXeSr+1n
轻核聚变(热核反应) 很难控制 HHHen(太阳通过热核反应向外释放能量)
2.核反应方程式的书写:
(1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础。如质子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。
(2)核反应过程遵循两个守恒:
①质量数守恒;②电荷数守恒。
(3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向,而不能用“=”。
【题点全练】
角度1 核反应的类型
1.(2023·天津和平区模拟)新中国成立后,我国无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中,终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹和第一颗氢弹。下列核反应方程可表示氢弹的爆炸原理的是(　　)
ANHeOH
BUnSrXe+1n
CUThHe
DHHHen
【加固训练】
　　(多选)核反应是指入射粒子(或原子核)与原子核(称靶核)碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。科学家发现,核反应HeC+7.27 MeV,将氦核He)转化为碳核C),下列说法正确的是(　　)
A.该核反应前后有质量亏损
B.该核反应前后的核子数减少
C.氦核的比结合能大于碳核的比结合能
D.一个碳核的中子数为6
角度2 核反应方程的书写
3.(2022·湖北选择考)上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即Be + e→Xνe。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　)
A.原子核X是Li
B.核反应前后的总质子数不变
C.核反应前后总质量数不同
D.中微子νe的电荷量与电子的相同
角度3 重核裂变和轻核聚变
4.(2023·湖南选择考)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为HH→Hee
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
【加固训练】
　　在如图所示的核反应堆中,用中子轰击U生成更稳定的KrBa和粒子X,可实现可控的链式反应以释放核能,镉棒能很好地吸收热中子。下列说法正确的是(　　)
A.粒子X为质子
B.该核反应与太阳上主要进行的核反应相同
C.该核反应为重核的裂变
DU的质量比Kr与Ba的总质量小
考点三　质量亏损及核能计算　(核心共研)
【核心要点】
1.爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系,并不表示质量和能量之间的转变关系。以下几点要明确:
(1)物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。
(2)在核反应中仍然遵守质量守恒和能量守恒定律。
(3)质量只是物体具有能量多少及能量转化多少的一种量度。
2.核能计算的方法
(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。
(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数。
(4)应用阿伏加德罗常数计算核能:根据物体的质量m和摩尔质量M由n=求出物质的量,并求出原子核的个数:N=NAn=NA;由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0);再根据E=NE0求出总能量。
【典例剖析】
角度1 结合能和比结合能
[典例4]硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。硼核B)进入癌细胞后,吸收中子转变成锂核和α粒子。已知质子的质量为mp,中子的质量为mn,锂核的质量为M,真空中的光速为c。则锂原子核的比结合能为(　　)
A.(3mp+4mn-M)c2
B.(3mp+4mn-M)c2
C.(M-3mp-4mn)c2
D.(M-3mp-4mn)c2
角度2 利用质能方程求解核能
[典例5](2023·长沙模拟)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核N)发现了质子,首次实现了原子核的人工转变。已知核反应释放的能量全部转化成了O和质子的动能NO,α粒子,质子的质量分别为m1、m2,m3,m4,真空中的光速为c,则(　　)
A.发现质子的核反应方程是NHeOn
B.释放的核能等于O和质子的总动能
C.释放的核能等于(m2+m4-m1-m3)c2
D.释放核能的原因是O的结合能大于N和α粒子总的结合能
角度3 核反应中能量和动量守恒
[典例6](2023·东莞模拟)如图所示是原子核Ra发生α衰变的能级图Ra经α衰变直接变至Rn基态,或者衰变至一个激发态Rn*①,然后通过释放一个光子衰变至Rn基态。若Ra发生α衰变前是静止②的,则(　　)
A.Ra原子核的比结合能大于Rn原子核的比结合能
B.α粒子的动能小于原子核Rn的动能
CRa的质量大于Rn与α粒子质量之和
D.激发态Rn*释放光子至Rn基态的衰变是β衰变
[典例7]花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源。人呼吸时,氡气会随气体进入肺脏,氡衰变放出的α射线像“小炸弹”一样轰击肺细胞,使肺细胞受损,从而引发肺癌、白血病等。一静止的氡核Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po),此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。已知m氡=222.086 6 u,mα=4.002 6 u,m钋=218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量。(结果保留3位有效数字)
(1)写出上述核反应方程;
(2)求上述核反应放出的能量ΔE;
(3)求α粒子的动能Ekα。
　答案及解析
考点一　原子核的衰变及半衰期
【典例剖析】
角度1 三种射线的比较
[典例1](2023·广东选择考)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C+YO的影响。下列说法正确的是(　　)
A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强
【解析】选D。根据核反应满足质量数和电荷数守恒可知,Y是α粒子He),三种射线的穿透能力,γ射线最强,α射线最弱;三种射线的电离能力,α射线最强,γ射线最弱。故选D。
角度2 半衰期及衰变次数的计算
[典例2](2023·浙江1月选考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应NnCH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　　)
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约11 460年
【解析】选D。根据CNe即C发生β衰变的产物是N, A错误;β衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子, B错误;半衰期是核反应,与外界环境无关, C错误; 若测得一古木样品的C含量为活体植物的,可知经过了2个半衰期,则该古木距今约5 730×2年=11 460年,D正确。
【备选例题】
　　(2023·毕节模拟)如图,一个原子核X经图中所示的14次衰变,其中有m次α衰变、n次β衰变,生成稳定的原子核Y,则(　　)
A.m=8,n=6　　　　　 B.m=6,n=8
C.m=4,n=10 D.m=2,n=12
【解析】选A。衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒,则有238=206+4m+n×0,92=82+2m-n,联立解得m=8,n=6,故选A。
角度3 衰变与力学综合问题
[典例3](多选)(2024·宁德模拟)静止在O点的C原子核发生衰变的同时,空间中加入如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图中虚线所示,不计重力和两粒子间的相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.A、B两粒子均带正电
BC原子核发生的是α衰变
C.A粒子为Be
D.衰变后瞬间A、B粒子速度比为5∶2
【解析】选A、B、C。根据A、B两粒子的运动轨迹,可知其所受电场力均与电场方向相同,A、B两粒子均带正电C原子核发生的是α衰变,故A、B正确;根据A、B两粒子的运动轨迹,该核反应方程为CBeHe,衰变过程动量守恒有mAvA-mBvB=0,可知质量越大,速度越小Be的初速度小于He的初速度,粒子在磁场中做类平抛运动,则有x=vt,y=t2,解得y=,可知当两粒子竖直方向的位移相等时Be粒子的水平位移较小,A粒子为Be,故C正确。衰变过程动量守恒有mAvA-mBvB=0,可得衰变后瞬间A、B粒子速度比为vA∶vB=2∶5,D错误。
【备选例题】
　　(多选)(2023·赣州模拟)某空间为真空环境,存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的足够大的匀强磁场区域,一钚核Pu静止在磁场中的O点,某时发生衰变,生成新核U和α粒子,其中质量为4m、电荷量为2q的α粒子以动量大小p沿水平向右运动,若衰变释放的核能全部转化为两种粒子的动能,且两粒子运动中只受匀强磁场的洛伦兹力作用,下列说法正确的是(　　)
A.钚衰变时的核反应方程式为PuUHe
B.衰变过程中质量亏损约为
C.新核和α粒子的运动半径之比约为46∶1
D.新核U与α粒子做匀速圆周运动的周期之比约为235∶184
【解析】选A、D。根据质量数守恒、电荷数守恒可知钚衰变时的核反应方程式为PuUHe,A正确;根据动量守恒可知新核与α粒子动量大小均为p,利用动量和动能之间的关系可知EU=·,Eα=·,根据质能方程可知亏损的质量Δm==,B错误;根据qvB=,可得r==,由于新核与α粒子动量大小均为p,因此rU∶rα=2q∶92q=1∶46,C错误;根据T=可知新核U与α粒子做匀速圆周运动的周期之比==,D正确。
考点二　核反应及核反应类型
【题点全练】
角度1 核反应的类型
1.(2023·天津和平区模拟)新中国成立后,我国无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中,终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹和第一颗氢弹。下列核反应方程可表示氢弹的爆炸原理的是(　　)
ANHeOH
BUnSrXe+1n
CUThHe
DHHHen
【解析】选D。A项是发现质子的核反应方程,不符合题意;B项是重核裂变方程,对应原子弹爆炸的核反应方程,不符合题意;C项是原子核衰变方程,不符合题意;D项是氢核聚变方程,对应氢弹爆炸的核反应方程,故D符合题意。
2.重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径,关于裂变和聚变,下列叙述正确的是(　　)
A.裂变过程有质量亏损,聚变过程无质量亏损
B.核聚变反应方程HHHe+X中,X表示电子
C.裂变释放能量,聚变吸收能量
D.氢弹的核反应属于聚变,原子弹的核反应属于裂变
【解析】选D。裂变和聚变都释放出巨大能量,都伴随着质量的亏损,故A、C错误;核聚变反应方程HHHen中,X表示中子,B错误;原子弹的核反应属于裂变,氢弹的核反应属于聚变,故D正确。
【加固训练】
　　(多选)核反应是指入射粒子(或原子核)与原子核(称靶核)碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。科学家发现,核反应HeC+7.27 MeV,将氦核He)转化为碳核C),下列说法正确的是(　　)
A.该核反应前后有质量亏损
B.该核反应前后的核子数减少
C.氦核的比结合能大于碳核的比结合能
D.一个碳核的中子数为6
【解析】选A、D。该核反应有能量放出,根据质能方程可知该核反应前后质量有亏损,A正确;根据质量数守恒可知,核反应中的核子数保持不变,B错误;该核反应释放能量,表明生成核比反应核更加稳定,而比结合能越大,原子核越稳定,因此碳核的比结合能大于氦核的比结合能,C错误;一个碳核的中子数为12-6=6,D正确。
角度2 核反应方程的书写
3.(2022·湖北选择考)上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即Be + e→Xνe。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　)
A.原子核X是Li
B.核反应前后的总质子数不变
C.核反应前后总质量数不同
D.中微子νe的电荷量与电子的相同
【解析】选A。根据质量数守恒和电荷数守恒有,X的质量数为7,电荷数为3,可知原子核X是Li,A正确、C错误;由选项A可知,原子核X是Li,则核反应方程为Bee Li + νe,则反应前的总质子数为4,反应后的总质子数为3,B错误;中微子不带电,则中微子νe的电荷量与电子的不相同,D错误。
角度3 重核裂变和轻核聚变
4.(2023·湖南选择考)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为HH→Hee
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
【解析】选A。对于相同质量的核燃料,轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能更多,A正确;根据质量数守恒和核电荷数守恒可知,氘氚核聚变的核反应方程为HH→Hen,B错误;核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核,C错误;核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损,D错误。故选A。
【加固训练】
　　在如图所示的核反应堆中,用中子轰击U生成更稳定的KrBa和粒子X,可实现可控的链式反应以释放核能,镉棒能很好地吸收热中子。下列说法正确的是(　　)
A.粒子X为质子
B.该核反应与太阳上主要进行的核反应相同
C.该核反应为重核的裂变
DU的质量比Kr与Ba的总质量小
【解析】选C。我们写出核反应方程为nUKrBa+X,根据电荷数守恒和质量数守恒,可以计算出X的电荷数为0,质量数为3,是3个中子,故A错误;该反应为核裂变,而太阳上主要进行的是轻核聚变,不是同种核反应,B错误,C正确;裂变过程会释放出核能,有质量亏损,故D错误。
考点三　质量亏损及核能计算
【典例剖析】
角度1 结合能和比结合能
[典例4]硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术。硼核B)进入癌细胞后,吸收中子转变成锂核和α粒子。已知质子的质量为mp,中子的质量为mn,锂核的质量为M,真空中的光速为c。则锂原子核的比结合能为(　　)
A.(3mp+4mn-M)c2
B.(3mp+4mn-M)c2
C.(M-3mp-4mn)c2
D.(M-3mp-4mn)c2
【解析】选B。根据质量数和电荷数守恒,可知硼核吸收中子发生的核反应方程为BnLiHe,锂核Li)分解成3个质子和4个中子,吸收的能量ΔE=Δmc2=(3mp+4mn-M)c2,锂Li)原子共有7个核子,故锂原子核的比结合能为=(3mp+4mn-M)c2,故选B。
角度2 利用质能方程求解核能
[典例5](2023·长沙模拟)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核N)发现了质子,首次实现了原子核的人工转变。已知核反应释放的能量全部转化成了O和质子的动能NO,α粒子,质子的质量分别为m1、m2,m3,m4,真空中的光速为c,则(　　)
A.发现质子的核反应方程是NHeOn
B.释放的核能等于O和质子的总动能
C.释放的核能等于(m2+m4-m1-m3)c2
D.释放核能的原因是O的结合能大于N和α粒子总的结合能
【解析】选D。发现质子的核反应方程是NHeOH,故A错误;核反应释放核能的原因是O的结合能大于N和α粒子总的结合能,释放的核能等于(m1+m3-m2-m4)c2,也等于反应后O和质子总动能与反应前N和α粒子总动能之差,故B、C错误,D正确。
角度3 核反应中能量和动量守恒
[典例6](2023·东莞模拟)如图所示是原子核Ra发生α衰变的能级图Ra经α衰变直接变至Rn基态,或者衰变至一个激发态Rn*①,然后通过释放一个光子衰变至Rn基态。若Ra发生α衰变前是静止②的,则(　　)
A.Ra原子核的比结合能大于Rn原子核的比结合能
B.α粒子的动能小于原子核Rn的动能
CRa的质量大于Rn与α粒子质量之和
D.激发态Rn*释放光子至Rn基态的衰变是β衰变
【题眼破译】——提升信息转化能力
信息①核反应中,生成物比反应物更稳定,因此衰变产物的比结合能较大。
信息②衰变过程动量守恒,因此衰变后两粒子动量大小相等、方向相反。
【解析】选C。原子核衰变时Rn原子核的比结合能大于Ra原子核的比结合能Rn原子核更稳定,故A错误;设Rn的反冲速度大小为v,α粒子的速度为v',由动量守恒定律得0=Mv-mv',则有Mv=mv',根据动能的表达式Ek=mv2=,由于Rn的质量大于α粒子的质量,则衰变后Rn的动能小于α粒子的动能,故B错误;由于发生α衰变时要伴随释放一定的能量,由质能方程可知Ra的质量大于Rn与α粒子质量之和,故C正确;激发态Rn*释放光子至Rn 基态不是β衰变,故D错误。
[典例7]花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源。人呼吸时,氡气会随气体进入肺脏,氡衰变放出的α射线像“小炸弹”一样轰击肺细胞,使肺细胞受损,从而引发肺癌、白血病等。一静止的氡核Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po),此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。已知m氡=222.086 6 u,mα=4.002 6 u,m钋=218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量。(结果保留3位有效数字)
(1)写出上述核反应方程;
答案:(1RnPoHe　
【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒有
RnPoHe。
(2)求上述核反应放出的能量ΔE;
答案: (2)6.89 MeV
【解析】(2)质量亏损
Δm=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 u,ΔE=Δm×931 MeV
解得ΔE=0.007 4×931 MeV≈6.89 MeV。
(3)求α粒子的动能Ekα。
答案: (3)6.77 MeV
【解析】(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋,动量分别为pα、p钋,
由能量守恒定律得ΔE=Ekα+Ek钋
由动量守恒定律得0=pα +p钋
又Ek=,故Ekα∶Ek钋=218∶4,解得Ekα≈6.77 MeV。
- 16 -

展开更多......

收起↑