1、把握原子核反应的高考脉搏江苏省如东县岔河中学：张志祥（226403）一、放射现象例1、关于三种射线，下列说法中正确的是（ ）A.射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强B.射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C.射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强D.射线是电磁波，它的穿透能力最弱知识点解析：选C。三种射线的特征（1）射线：由约为光速的氦核流，符号：，电离本领最强。（2）射线：（3）射线例2、下列说法正确的是（ ）A.衰变为要经过1次衰变和1次衰变B.衰变为要经过1次衰变和1次衰变C.衰变为要经过6次衰变和4次衰变D.衰变为要经过4次衰变和4次衰变例3、原子核科
2、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次衰变后的产物是，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（ ）A.124、259 B.124、265 C.112、256 D.112、277知识点解析：例2选（BC）、例3选（D）两种衰变：原子核由于放出某种粒子而改变为新核的变化叫原子的衰变。（1）衰变：（2）衰变：（3）衰变方程书写时应当注意：箭头和电荷数质量数双守恒例4、下列说法正确的是（ ）（A）射线与射线都是电磁波（B）射线为原子的核外电子电离后形成的电子流（C）用加温、加压或改变其化学状态的方
3、法都不能改变原子核衰变的半衰期（D）原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量知识点解析：选C，三种射线中，a射线和b射线都是高速粒子流，g射线才是电磁波，A错。b射线是原子核里的中子变成质子再放出电子，与核外电子无关，B错。原子核衰变要放出其它粒子，所以生成的新核的质量要减小，D错。半衰期测试考古学中应用非常广泛，例如测试地层的地质时期、测试古墓的年代等。半衰期是一个统计学概念，它是针对大量的物质进行统计的。对极少量的物质并无统计意义。原子核的衰变快慢与物理状态和化学状态都无关，只与是否有这种元素有关。C正确。二、核子、核力、核能例5、卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反
4、应方程为，下列说法中正确的是（ ）A通过此实验发现了质子B实验中利用了放射源放出的射线C实验中利用了放射源放出的射线D原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒例6、图中所示为查德威克发现中子的实验的示意图，图中所示的射线有a、b、c三种，则下列说法中正确的是（ ）A.射线a是射线B.射线b是射线C.射线c是质子流D.A、B、C分别是和石蜡例7、目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为，d夸克带电量为，e为基本元电荷。下列论断中可能正确的是（ ）A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子
5、由1个u夸克和2个d夸克组成C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成知识点解析：例5（AC）例6（ACD）例7（B）核子：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。（1）卢瑟福发现质子的核反应方程：（2）查德威克发现中子的核反应方程：（3）不仅原子核可以在分，甚至质子和中子也可以分割。但是要注意夸克不可能独立存在。组合后的夸克一定是电中性或者是基本元电荷的电量e 。例8下列说法中正确的是( )A核力的作用距离很短，只发生在相邻的两核子之间B两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力C
6、同种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力知识点解析：选(A)核力：除质子之间的库仑斥力之外能把各核子紧紧拉在一起的力（1）核力是很强的力（2）核力作用范围小，只在m短距离内起作用（3）每个核子只跟它相邻的核子间才有核力的作用例9、中子n、质子p、氘核D的质量分别为现用光子能量为E的射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是A BC D解析：选C，已经知道质子和中子结合成氘核时，会放出能量E(mpmnmD)c2，反过来，将氘核分解成中子和质子需吸收同样多的能量E，在光子的照射下，光子的能量中，有
7、一部分（等于E）会被氘核吸收用于分解，剩下的能量才转变成中子和质子的动能2Ek，因此有：E(mpmnmD)c22Ek，然后，便可求出中子的动能Ek，得到正确答案C。例10、为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯提出的质能方程Emc2，下列说法中不正确的是：AEmc2表明物体具有的能量与其质量成正比B根据Emc2可以计算核反应中释放的核能C一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损DEmc2中的E是发生核反应中释放出的核能解析：命题意图：以当年的物理大事件为基础考查学生对爱因斯坦质能方程的理解。解题思路：爱因斯坦质能方程Em
8、c2只反应了质量与能量之间的一种联系，但这一能量却不能够释放出来，对于D，E是质量为m核具有的能量，由于核的质量m不会全部亏损，所以其具有的能量E也不会全部释放出来，D错。A、B、C都正确。选D失误指点：正确理解爱因斯坦质能方程，区分具有的能量Emc2（E不能全释放出来）与释放的能量Emc2。例11、以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量，则A =+ B=+2C + D+解析：选D，在平时学习中已知质子和中子结合成氘核时会放出能量，则其必有质量亏损，质量有减少，所以mpmpmD。知识点解析：核能：（1）结合能：核子结合成原子核时放出一定的能量，原子核分解成核子时吸收一定的能量，这种能
9、量叫结合能。（2）质量亏损：组成原子核的核子质量与所组成的原子核质量之差。（3）爱因斯坦质能方程：（4）核能计算的注意点：两种单位体制的相互转化应用时应选用国际单位，单位：焦耳；单位为千克；c单位米/秒，为原子质量单位。材料：核能的巨大“小玩意儿”钚装药重6.1千克，相当于 2.2万吨TNT炸药，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生
10、的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% 知识点解析：人类利用核能的两大来源重核裂变、轻核聚变1.重核的裂变（1）重核：质量数很大的原子核（2）裂变方程式：2.轻核聚变（1）轻核：质量数很小的原子核，如氢核，氘核等。（2）聚变：某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核聚变，同时放出大量能量。（3）聚变方程举例：（4）特点：只能发生在超高温条件下，也称作热核反应。三：核能的综合应用1、碰撞类问题动量守恒、动能定理、能量转化守恒的综合应用。
11、注重微观问题宏观化，充分利用好已学的宏观碰撞物理模型解题。例12、静止的发生衰变，则（ ）A粒子与新核的动量之比为1：1B粒子与新核的动量之比为22：1C粒子与新核的动能之比为1：43D粒子与新核的动能之比为43：1解析：选（A）用动量守恒P1-P2=0及动量和动能的关系，特别注意质量数的变化。例13、2002年，美国科学杂志评出的2001年世界十大科技突破中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的原因，即观测到的中微子数目比理论值少是因为部分中微子在运动过程中转化为一个子和一个子在上述研究中有以下说法正确的是( )(1)若发现子和中微子的运动方向一致，则子的运动方向
12、与中微子的运动方向一定相反；(2)若发现子和中微子的运动方向一致，则子的运动方向与中微子的运动方向可能一致；(3)若发现子和中微子的运动方向相反，则子的运动方向与中微子的运动方向一定一致；(4)若发现子和中微子的运动方向相反，则子的运动方向与中微子的运动方向可能相反。A(1)(3) B(2)(3) C(3)(4) D(1)(2)解析：选（B）利用手榴弹爆炸模型，注意物体原来是否静止。静止时，据0=m1v1+m2v2得分离的两部分速度一定反向。原本物体运动时，据m0v0=m1v1+m2v2可知有多种可能性。2、核能转化问题：例14已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，He核的质
13、量为3.0150u(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程(2)计算上述核反应中释放的核能。(3)若两氚核以相等的动能0.35MeV作对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少?解析：应用质量数守恒和核电荷数守恒，不难写出核反应方程为H+HHe+n由题给条件可求出质量亏损为：=201362(30150十10087)u=00035u所以释放的核能 =931500035MeV=3.26MeV因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为He核和中子的动能，若设He核和中子的质量分别为ml、m2，动量分别为P1、P2，动能分别为EK1、EK
14、2，氚核的动能为EK0则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得P1-P2=0 （1）EK1+EK2=2EK0+E （2）由得 （3）解（1）（2）（3）得EK1=（2EK0+E）=0.99MeV，EK2=2EK0+E)=2.97MeV例15、一静止的U核衰变为Th核时，放出一a粒子，已知U和Th、He的原子量分别为M0，M1，M2，求放出的a粒子的初动能。（阿伏加德罗常数为N）解析：命题意图：以原子结构、质能方程、动量守恒定律、动能和动量关系为依托，考查考生理解能力分析综合能力。解题思路：设U、Th、He的质量分别为m0、m1和m2，由能量守恒得在核反应中释放出来的核能转化为反应后Th和He核的总
15、动能Ek，再由质能关系可得：Ek=（m0m1m2）c2一个U原子质量为:=m0+92me（N为阿伏加德罗常数）同理：=m1+90me,=m2+2me所以Ek=（M0M1M2）c2/N反应前后动量守恒，设反应后Th、He核的动量分别为p1、p2，则有：p1=p2由动量和动能之间的关系，则有：m1v12=； m2v22=则总动能：Ek=所以粒子的初动能:Eka =Ek若忽略电子质量me，则粒子的初动能：Eka=（M0M1M2）c2失误指点：（1）混淆原子量与原子核的质量导致错解.（2）不能根据动量和能量关系求解Th核与He核的核能分配。例16、如下一系列核反应是在恒星内部发生的， 其中p为质子，为
16、粒子，e+为正电子，为一种中微子巳知质子的质量为mp16726481027kg，粒子的质量为ma66449291027kg。正电子的质量为me=9111031kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c300108ms试计算该系列核反应完成后释放的能量解析：命题意图：对核能计算知识的考查是该题的主要出发点，同时也考查学生的综合能力质量亏损的分析和计算技巧。解题思路：想办法计算出这一系列核反应中的质量亏损是解决本题的关键。题中6个方程可与下列反应方程等效：4Pa2e+2v根据爱因斯坦质能方程：4Mp c2Ma c22Me c2Q代入数据得Q3.951012J3、衰变粒子在场中偏转问题例17如图所示，在一环形区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场，在圆心O点处有一静止的镭核()，镭核 ()放出一个粒子后变成氡核()，已知镭核在衰变过程中有5.6510-12J能量转化为它们的动能。粒子进入磁场后受到洛仑兹力的大小为2.2210-11N。(1)试写出镭核衰变成氡核的核反应方程式。(2)分别求出粒子和氡核的动能。(3)分别求出粒子和氡核进入磁场后的偏转半径。(4)若内圆半径r=1.2m，要使它们不飞出外圆，外圆的最小半径必须为多大?解析：（1） （2） （1） （2）（3）由（1）、（2）、（3）式得 （3） 由得 （4）