2017-2018学年高中物理 第3章 原子核与放射性单元总结提升 鲁科版选修3-5
高中物理 第3章 原子核与放射性章末整合课件 鲁科版选
(1)熟记一些粒子的符号：α 粒子(42He)、质子(11H 或 p)、中子
(10n)、电子(－01e)、正电子(＋10e)、氘核(21H)、氚核(31H)
(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解
有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.
章末整合提升
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例对网 分点1 络类练在构突习建破下列四个核反应中栏CO，N目TENX索TS PA引表GE 示中子的客整是观合巩(··简释固明疑·应·)·了点用然拨·反馈 属于原子核的人工转变的是( ) A.147N＋42He―→187O＋X B.2173Al＋42He―→3105P＋X C.21H＋31H―→42He＋X D.23952U＋X―→9308Sr＋15346Xe＋10X
m0213＝81m0，故应填18或 12.5%.
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对网 分点络类练构突习建破
栏目索引
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客整观合巩··简释固明疑·应··了点用然拨·反馈
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方
程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型.
答案 11H ＋01e 1010n 42He B A
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对网 分点络类练构突习建破
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对解网 分点析络类练构突习在建破核
反应
中
，
不
管是什么类 栏目索引 CONTENTS PAGE
型
的
核客整反观合巩·应·简释固明，疑·应··都了点用然遵拨·反守馈
电荷数守恒和质量数守恒.据此，可以判断未知粒子属于
什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，
x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质
高三物理第3章 原子核与放射性 章综合(鲁科版选修3-5)
原子物理单元测试（B 卷）说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.1 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式是（ ）A.N 147+He 42→O 178+H 11B. U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10C. U 23892→Th 23490+He 42 D. H 21+H 31→He 42+n 10解析：本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为BD.答案BD2.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（P o ）放出α射线轰击铍时会产生粒子流a ，用粒子流a 打击石蜡后会打出粒子流b ，经研究知道 （ ）A.a 为质子，b 为中子B.a 为γ射线，b 为中子C.a 为中子，b 为γ射线D.a 为中子，b 为质子解析：本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D 正确. 答案D3.下列说法正确的是 （ ） A.α射线和γ射线都是电磁波B.β射线是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，则新核的总质量总小于原核的质量解析：组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的物理、化学状态无关，C 对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D 对.答案CD4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确（ ）解析：α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据这个特点可以判断出只有A 正确.答案A5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可以判定 （ ）A.原子核只可能发生β衰变B.原子核可能发生α衰变或β衰变C.原子核放出一个正电子D.原子核放出一个中子解析：静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故A 正确.答案A6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结确的是 （ ）A.铀238的衰变方程式为：U 23892→Th 23490+He 42 B. U 23592和U 23892互为同位素C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性 解析：本题考查铀238的知识.铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A 正确. 铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B 正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确.贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错. 答案ABC7.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是 （ ）A.它们都是利用核裂变释放原子核能B.它们都是利用核聚变释放原子核能C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能D.以上说法都不正确解析：本题考查核能的实际利用常识.秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A 正确. 答案A8.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚239（Pu 23994），这种Pu 23994可以由铀239（U 23992）经过n 次β衰变而产生，则n 的值是 （ ） A.2 B.239C.145D.92 解析：本题考查核反应方程.铀239衰变成Pu 23994的核反应方程是：U 23992→Pu 23994+2e 01-可见，n =2. 答案A9.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（ ） A.γ射线的贯穿作用 B.α射线的电离作用 C.β射线的贯穿作用 D.β射线的中和作用解析：本题考查三种射线的特点.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和.故正确选项为B.答案B10.质子的质量为mp ，中子的质量为mn ，氦核的质量为m α，下列关系式正确的是 （ ） A.m α=2m p +2m n B.m α＜2m p+2m n C.m α＞2m p +2m n D.以上关系都不对解析：本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损.故正确选项为B.答案B第Ⅱ卷（非选择题共60分）二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.根据宇宙大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽现风采的时期.从大爆炸的瞬间产生夸克、轻子、胶子等粒子，到电子与原子核结合成原子，先后经历了四个时代，它们是： 、 、 、 .解析：根据宇宙大爆炸理论，“粒子家族”在大爆炸开始，到形成原子这105s 时间内，先后经历了强子时代、轻子时代、核合成时代、复合时代.答案强子时代轻子时代核合成时代复合时代12.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe ）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯（C 2Cl 4）溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为v e +Cl 3717→Ar 3718+e 01-已知Cl 3717的质量为36.956 58 u, Ar 3718的质量为36.956 91 u, e 01-的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 .解析：上面核反应过程增加的质量：Δm =36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u 应吸收的能量：ΔE =Δmc 2=0.000 88×931.5 MeV=0.82 MeV. 答案0.82 MeV13.一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量均为m ，普朗克常量为h ，则这一对光子的频率为 .解析：本题考查质能方程及光子论.2mc 2=2hv 则v =hm c 2.答案hm c 214.已知质子的质量为1.007 227 u ，中子的质量为1.008 665 u ，它们结合成碳核C 126的质量为12.000 000 u ，放出的能量为 MeV. 解析：本题考查质能方程.ΔE =Δmc 2=［6×(1.007 227+1.008 665)-12］×931.5 MeV=88.8 MeV. 答案88.815.一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22 MeV 的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来.这一过程的核反应方程是 ，质量亏损为 kg,此光子的波长为 m.解析：本题考查核反应方程及质量亏损.核反应方程为H 11+n 10→H 21+γ由ΔE =Δmc 2得Δm =2cE ∆=4×10-30kg 由ΔE =hλc 得λ=Ehc ∆=5.6×10-13m. 答案H 11+n 10→H 21+γ4×10-305.6×10-13三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）中子n 10、质子p 11、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的r射线照射静止氘核，使之分解.用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？解析：上述核反应方程是：r +H 21→H 11+n 1上述核反应因质量亏损放出的能量ΔE =(m D -m p -m n )c 2质子和中子获得的总动能是：ΔE +E 所以中子的动能为：E kn =21(ΔE +E )= 21［(m D -m p -m n )c 2+E ］. 答案r +H 21→H 11+n 121［(m D -m p -m n )c 2+E ］ 17.（10分）放射性同位素C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.（1）宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的C 146，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年.试写出此核反应方程.（2）若测得一古生物遗骸中的C 146含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？ 解析：本题考查核反应方程及它的实际应用.（1）此衰变的核反应方程：N 147+n 10→C 146+H 11 C 146→N 147+e 01-.（2）活体中的C 146含量不变，生物死亡后，遗骸中的C 146按其半衰期变化，设活体中C146的含量为N 0，遗骸中的C 146含量为N ，由半衰期的定义得：N =(21）τt N 0即0.125=(21)τt所以τt=3 t =3τ=17 190年.答案（1）N 147+n 10→C 146+H 11 C 146→N 147+e 01- （2）17 19018.（10分）U 23592受中子轰击时会发生裂变，产生Ba 13956和Kr 9436，同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.（1）写出核反应方程;（2）现在要建设发电功率为5×105kW 的核电站，用U 235作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗U 235多少千克？（阿伏加德罗常数取6.0×1023mol -1）解析：（1）核反应方程U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV.（2）电站一天发出的电能E 1=Pt ①设每天消耗U 23592为m kg ，核裂变释放的能量为E 2=m ×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235② 由能量转化得E 1=ηE 2 ③由①②③式得m =1.06 kg.答案（1）U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV（2）1.06 kg19.(12分)1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（Be 94）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子.经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度v H 和被打出的氮核的最大速度v N 之比近似等于15∶2.若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以为静止，碰撞过程中没有机械能的损失.已知氢核的质量M H 与氮核的质量M N 之比等于1∶14.（1）写出α射线轰击铍核的核反应方程；（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成的.解析：（1）Be 94+He 42→C 126+n 1（2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电. 由②可知，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线.由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰.设该粒子的质量为m ，碰撞前速度为v 0，与氢核碰撞后速度为v 1，与氮核碰撞后速度为v 2，则有mv 0=mv 1+M H v H21mv 02=21mv 12+21M H v H 2 解得v H =H2M m m v +同理得v N =NM m m v +02由题意知215N H =v v ,114H N =M M解得m =M H即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子.答案（1）Be 94+He 42→C 126+n 1（2）略。
2017-2018学年高中物理第3章原子核与放射性1原子核结构学案鲁科版选修3_5
第1节原子核结构[目标定位] 1.了解质子和中子的发现过程.2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念.3.了解核反应的概念，会书写核反应方程．一、质子和中子的发现1．质子的发现2．中子的发现二、原子核的组成1．组成：原子核由质子和中子组成，它们统称为核子．2．原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号，A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数．3．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数；质量数＝质子数＋中子数＝核子数．4．同位素：具有相同的质子数、不同中子数的原子互称同位素．5．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．6．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．例如：42He＋14 7N→17 8O＋11H.7．核反应中质量数守恒，电荷数守恒．一、质子的发现图11．1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．实验装置如图1所示：T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜、C真空容器．2．实验过程：容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．3．实验现象：开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．4．实验分析：容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．5．新粒子性质研究(1)把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为11H或p.(2)人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．6．实验结论：质子是原子核的组成部分．图2【例1】1919年卢瑟福通过如图2所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：___________.答案α氮42He＋14 7N→17 8O＋11H解析题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.二、中子的发现1．科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线．2．1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图3所示．图33．1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子．4．结论：中子是原子核的组成部分．【例2】如图4所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，下列说法正确的是( )图4A．a为质子，b为中子B．a为γ射线，b为中子C．a为中子，b为γ射线D．a为中子，b为质子答案 D解析不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故D正确．三、原子核的组成1．原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．原子核的直径为10－15～10－14 m.2．原子核的符号和数量关系：(1)符号：A Z X.(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素．4．核反应、核反应方程(1)核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．卢瑟福发现质子的核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋11H(3)核反应的规律：在核反应中，质量数和电荷数守恒．【例3】已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？(4)228 88Ra 是镭的一种同位素，让226 88Ra 和22888Ra 以相同速度垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？ 答案 (1)88 138 (2)1.41×10－17C (3)88(4)113∶114解析 因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N 等于原子核的质量数A 与质子数Z 之差，即N ＝A －Z ＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量Q ＝Ze ＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.(3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，故有Bqv ＝m v 2r，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r 226r 228＝226228＝113114. 借题发挥 对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z )：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．(3)质量数(A )：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数． 针对训练 据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素．新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？ (2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(3)若用X 表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？ 答案 (1)均为117 均为117 (2)293 294 (3)293117X294117X解析 (1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数．故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117. (2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.(3)元素符号一般用A Z X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为293117X，中子数为177的原子核的符号为294117X.【例4】完成下列核反应方程，并指出其中______________是发现质子的核反应方程，______________是发现中子的核反应方程．(1)14 7N＋10n―→14 6C＋________(2)14 7N＋42He―→17 8O＋________(3)10 5B＋10n―→________＋42He(4)94Be＋42He―→________＋10n(5)5626Fe＋21H―→5727Co＋________答案见解析解析(1)14 7N＋10n―→14 6C＋11H(2)14 7N＋42He―→17 8O＋11H(3)10 5B＋10n―→73Li＋42He(4)94Be＋42He―→12 6C＋10n(5)5626Fe＋21H―→5727Co＋10n其中发现质子的核反应方程是(2)．发现中子的核反应方程是(4)．质子与中子的发现1．(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是( )A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成B．质子和中子统称为核子C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在答案ABC解析原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在．原子核的组成、核反应方程2．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)，则( )A．它们的质子数相等B．若为中性原子，它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的化学性质相同答案ABD解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和中性原子核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B两项正确；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确．3．(多选)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：2713Al＋42He→X＋10n.下列判断正确的是( )A.10n是质子B.10n是中子C．X是2814Si的同位素D．X是3115P的同位素答案BD解析由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X是3015P，故选项C错误，选项D正确；10n是中子，故选项A错误，选项B正确．4．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li―→2y y＋14 7N―→x＋17 8Oy＋94Be―→z＋12 6Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是( )A．α粒子 B．质子 C．中子 D．电子答案 C解析把前两个方程化简，消去x，即14 7N＋73Li＝y＋17 8O，可见y是42He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子10n.因此选项C正确．(时间：60分钟)题组一对质子、中子的理解1．(多选)关于原子核结构，下列说法正确的是( )A．原子是构成物质的基本单位B．原子核集中了原子的全部正电荷C．所有原子核中都有质子和中子D．原子核的电荷数就等于原子核外的电子数答案BD解析原子不是构成物质的基本单位，原子还可以再分为电子和原子核，A项错误；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，原子核的电荷数就等于原子核外的电子数，故B、D项正确；氢原子核中只有质子，故C项错误．2．在垂直于纸面向外的匀强磁场中，从A 处垂直于磁场飞出一批速度相同的中子、质子、电子、α粒子的粒子流，形成如图1所示的径迹，则中子的径迹是________，质子的径迹是________，电子的径迹是________，α粒子的径迹是________．图1答案 ② ③ ① ④解析 中子不带电，在磁场中不偏转，中子的径迹是②；电子带负电，在磁场中由左手定则可判断①为电子的径迹；质子、α粒子带正电，则粒子流向右偏转，再由qvB ＝mv 2R 得R ＝mvqB＝v B ·mq ，比较m q得③为质子的径迹，④为α粒子的径迹． 题组二 对原子核组成及同位素的理解 3．同位素是指( )A ．质子数相同而核子数不同的原子B ．核子数相同而中子数不同的原子C ．核子数相同而质子数不同的原子D ．中子数相同而核子数不同的原子 答案 A解析 原子序数相同(即核电荷数、质子数相同)而质量数不同(即核子数不同)的元素互为同位素，故A 对．4．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一，氦的该种同位素应表示为( ) A.43He B.32He C.42He D.33He 答案 B解析 氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为32He ，因此B 正确． 5．两个同位素原子核符号分别为M A X 和NB Y ，则下列正确的是( ) A ．M ＝N B ．A ＝BC ．M －A ＝N －BD ．M －N ＝A －B答案 B解析 同位素原子核具有相同的质子数，不同的中子数，因而质量数也不相同，故选B. 6．(多选)一个原子核为21083Bi ，关于这个原子核，下列说法中正确的是( ) A ．核外有83个电子，核内有127个质子 B ．核外有83个电子，核内有83个质子C．核内有83个质子，127个中子D．核内有210个核子答案CD解析根据原子核的表示方法得质子数为83，质量数为210，故中子数为210－83＝127个，而质子和中子统称核子，故核子数为210个，因此C、D正确；由于不知道原子的电性，就不能判断核外电子数，故A、B不正确．7．据最新报道，放射性同位素钬166 67Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )A．32 B．67 C．99 D．166答案 A解析由题知该同位素原子核内核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与中性原子核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错．8．(多选)以下说法中正确的是( )A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案CD解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确．9．(多选)法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”．下列有关“四中子”粒子的说法正确的是( )A．该粒子不显电性B．在周期表中与氢元素占同一位置C．该粒子质量比氢原子小D．该粒子质量数为4答案AD解析由题目中信息可得：此粒子是由四个中子构成的粒子，所以它的核电荷数为零，故A 对，B错；而它的质量数为4，故C错，D对．10．下列说法正确的是( )A.234 90Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B.94Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案 D解析A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项的铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错，D对．题组三核反应方程11．对于核反应方程：11H＋10n―→21H，下列说法正确的是( )A.11H和21H是两种不同的元素B.11H和21H具有相同的质子数C.11H和21H具有相同的中子数D．核反应中质量数不守恒答案 B解析通过以下表格进行逐项分析：12.1234①31H＋X1→42He＋10n ②14 7N＋42He→17 8O＋X2③94Be＋42He→12 6C＋X3④2412Mg＋42He→2713Al＋X4则以下判断中正确的是( )A．X1是质子B．X2是中子C．X3是电子D．X4是质子答案 D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为21H，A错；X2为11H，B错；X3为10n，C错；X4为11H，D对．13．(多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si.下列说法正确的是( )A．核反应方程为p＋2713Al→2814SiB．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和答案AB解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋2713Al→2814Si，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，即伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误．14．一质子束入射到靶核2713Al上，产生核反应：11H＋2713Al→X＋10n，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．答案14 13解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13.。
高中物理第3章原子核与放射性3.3放射性的应用与防护教案鲁科版选修3_5
第3节放射性的应用与防护●课标要求●课标解读1．了解放射性在生产和科学领域的应用，使学生了解射线的贯穿本领、电离作用，以及射线的物理、化学和生物作用．2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射性的措施，建立防范意识．●教学地位 教师应首先使学生回顾放射性及放射线的概念、产生、特点．要让学生知道，一方面，有的放射性物质在地球诞生时就存在，如铀、钍、镭等，它们叫天然放射性物质，另一方面，人类出于不同的目的制造了一些具有放射性的物质，这种物质叫人工放射性物质．此外，教师要紧紧围绕放射线的特点说明它们的作用、危害及防护措施．教学中可以让学生在课前自己收集关于放射性的作用、危害及防护等方面的信息，让学生在班上交流和讨论，发表个人见解．●新课导入建议问题导入 放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用．你知道放射性有哪些应用吗？ ●教学流程设计课前预习安排：看教材填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究总结γ射线的特性及应用⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能1.(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．(4)作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．2．思考判断(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)3．探究交流放射性元素为什么能做示踪原子？【提示】由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来辨别其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．1.(1)放射性污染的主要来源①核爆炸；②核泄漏；③医疗照射．(2)为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施①密封防护；②距离防护；③时间防护；④屏蔽防护．2．思考判断(1)核泄漏会造成严重的环境污染．(√)(2)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)(3)密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)3．探究交流放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识.1．利用γ射线可检查金属内部有无裂纹，这是利用γ射线的什么作用？2．利用α、β射线可消除静电积累，是因为α、β射线有什么特性？3．利用示踪原子的放射性元素其半衰期是长好还是短好？1．放射出的射线的利用(1)利用γ射线的贯穿本领：利用60Co放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤．利用γ射线可以检查30 cm厚的钢铁部件．利用放射线的贯穿本领，可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自动控制生产过程．(2)利用射线的电离作用：放射线能使空气电离，从而可以消除静电积累，防止静电产生的危害．(3)利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种．(4)利用放射性产生的能量轰击原子核，实现原子核的人工转变．(5)在医疗上，常用来控制病变组织的扩大．2．作为示踪原子(1)在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．(2)在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．(3)在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是( )A ．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B ．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C ．利用射线改良品种是因为射线可使DNA 发生变异D ．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子【解析】 消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A 错误．探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA 发生变异，B 、C 正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D 正确．【答案】BCD应用放射线的特性解决问题时，首先应该熟练掌握放射线的各种特性，如射线的电离作用、穿透能力等特性；其次是应该明确所要解决的问题与射线的哪种特性有关，应该使用放射线的哪些特性才能达到目的.1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( )A ．应该用α射线探测物体的厚度B ．应该用α粒子放射源制成“烟雾报警器”C ．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D ．作为示踪原子能研究农作物在各季节吸收肥料成分的规律【解析】 由于α粒子的穿透能力很弱，所以无法用α射线探测物体的厚度，烟雾报警器是利用射线的电离作用，α粒子的电离作用很强，故A 项错误，B 项正确．人体长时间接触放射线会影响健康，所以诊断疾病时应该用半衰期较短的放射性同位素，利用示踪原子可确定植物在生长过程中所需要的肥料和合适的施肥时间，故C 项错误，D 项正确．【答案】 BD1．放射性元素的污染主要体现在哪几方面？2．如何才能有效防护放射性元素的污染？使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害②爆炸后的弹片不会对人体产生危害③铀238的衰变速率很快④铀的半衰期很长A．①②B．③C．①④D．②④【审题指导】解答本题注意以下两点：(1)放射性元素会对环境造成污染．(2)“长期危害环境”说明铀半衰期长．【解析】贫铀炸弹爆炸后，长期存在放射性污染，铀的半衰期很长，则C正确，A、B、D错误．【答案】 C射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.2．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是( )A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的【解析】放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错，正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均是正确的．【答案】BCD用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成任务，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的螺旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．则γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了 ( )A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离本领C．γ射线具有很高的能量D．γ射线可以很容易地绕过阻碍物到达目的地【规范解答】γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小．γ刀治疗脑肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞，故正确的选项为A、C.【答案】ACγ射线特性及应用1．γ射线的贯穿本领强．2．γ射线可以对生物组织起物理和化学作用，能使种子发生变异、培育良种和灭菌消毒．3．γ射线具有较高的能量，在医疗上，常用以拟制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应．【备课资源】(教师用书独具)放射线的危害对于放射线的危害，人们既熟悉又陌生．在常人的印象里，它是与威力无比的原子弹、氢弹的爆炸联系在一起的，随着全世界和平利用核能呼声的高涨，核武器的禁止使用，核试验的大大减少，人们似乎已经远离放射线的危害．然而，近年来，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，放射线危害的可能性却在增大．1999年9月30日，日本刺成县JCO公司的铀浓缩加工厂发生了一起严重的核泄漏事故，有三名工人遭受严重核辐射，当救援人员把他们送到当地医院时，他们已经昏迷不醒．同时这次事故致使工厂周围临近地区遭受不同程度的污染，辐射量是正常值的一万倍，放射线的危害再一次向人类敲响警钟．什么是放射性同位素？它是怎样造成危害的呢？在元素周期表中，占据同一个位置，核电荷数相同，但是质量数不同的，称为同位素．铀有好几种同位素，比如说铀235、铀238、铀233、铀234、铀236都属于铀的同位素．什么是放射性同位素？就是能够自发地放出射线的同位素，叫放射性同位素．放射性同位素放出的射线是一种特殊的、既看不见也摸不着的物质，因此有人把它比喻为“魔线”．如何对它进行防护，以减少射线的危害呢？使用电离辐射源的一切实践活动，都必须遵从放射防护的三原则，也就是：第一，实践正当化；第二，防护最优化；第三，个人剂量限制．辐射防护的基本方法有三条：第一，时间防护；第二，距离防护；第三，屏蔽防护．值得注意的是，医生使用射线装置给病人诊治病症时，要根据病人的实际需要，权衡利弊，做到安全合理地使用射线装置．并耐心劝导那些主动要求但不需要使用射线装置诊治的病人，引导他们走出误区，并非一定要使用先进的医疗设备才可以治疗百病．另外，随着人们对居室美化装修的升温，居室污染也在加剧．其原因之一就是某些建筑材料放出的污气作祟，但是只要我们的居室经常通风换气，污染就可以减少，趋利避害，让放射性同位素及射线装置造福人类.1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( )A．应该用α射线探测物体的厚度B．应该用γ粒子放射源制成烟雾报警器C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D．放射育种中利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异【解析】由于α粒子的穿透能力很弱，无法用其探测物体的厚度，故A错误；烟雾报警器是利用射线的电离作用，而γ粒子的电离作用很弱，故B错误；人体长期接触放射线会影响健康，诊断疾病时应该利用半衰期短的同位素，故C错误；放射育种是利用γ射线照射种子改变遗传基因，故D正确．【答案】 D2．防止放射性污染的防护措施有( )A．将废弃的放射性物质进行深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD3．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律 C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．【答案】ABD4．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．图3－3－1结合图3－3－1甲可知，安全壳应当选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层．防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ。
高中物理 第3章 原子核与放射性章末整合课件 鲁科版选
【例3】 (2011·海南)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造 成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有
131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对
人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反
映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和
________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的
电荷数，分别为 131－53＝78 和 137－55＝82. 答案 B C 78 82
【例4】 (2011·天津)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高 新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的 发展． 当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”， 它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪 原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获 得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半 衰期τ为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？ (结果取两位有效数字)
α 衰变：衰变方程：23982U―→42He＋23940Th β 衰变：衰变方程：29304Th―→ 0－1e＋23941Pa
放射性的应用与防护应防用护：防 污 利护 染 用： ： 放密 核 射封 爆 线、 炸 的距 、 特离 核 性、 泄电 穿时 漏离 透间 、能 能、 医力 力屏 疗蔽 辐射
章末整合
原子核的组成质中子子1发 9查 发1现9德 现年 质威 中卢 子克 子瑟 的1的福 9核3核用 2反年 反α应发 应粒 方现 方子 程中 程轰 ：子 ：击 42H42H氮e＋ e核 ＋147发 94NB―现 e―→了→1质 2】 (2010·福建)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进 行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示 任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图 中能正确反映14C衰变规律的是________．(填选项前的字 母)
2017-2018学年高中物理 第3章 原子核与放射性 3 放射性的应用与防护教案 鲁科版选修3-5
[目标定位] 1.知道放射性同位素，了解放射性的应用.2.知 道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害及防护措 施．
一、放射性的应用 1．利用射线的电离作用、穿透能力等特点
(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、 食品辐射 保存、 放射性治疗 等．
(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的 能量转换成 电能 的装置． (3)γ射线探伤：利用了γ射线 穿透 能力强的特点． 2．作为示踪原子 作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．
【例 3】 1993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新 的铂元素的同位素27028Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞20840Hg，反应过程可能有两种： ①生成27028Pt，放出氦原子核；②生成27028Pt，同时放出质子、中 子．(3)生成的铂20728Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞28020Hg. 写出上述核反应方程． 答案 见解析
解析 A 利用了 γ 射线的穿透性；C 利用了 γ 射线的高能量和穿
透性；B、D 是利用示踪原子．
借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的 放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．
针对训练 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是 ()
A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电， 从而达到消除有害静电的目的 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的 透视 C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定 是更优秀的品种 D．利用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体 正常组织造成太大的伤害 答案 D
解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空 气分子电离，将静电导走，选项A错误；γ射线对人体细胞伤 害太大，不能用来进行人体透视，选项B错误；作物种子发 生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出 优良品种，选项C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副 作用，因此要科学地控制剂量，选项D正确．
高中物理鲁科版选修3-5 第3章 原子核与放射--练习及答案
第三章 原子核与放射性第1节 原子核结构一、质子和中子的发现(1)质子的发现：①实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．②结论：质子是原子核的组成部分．(2)中子的发现①卢瑟福的预想：卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子．②中子的发现是许多科学家研究的结晶．A ．1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线．B ．1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．C ．1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子．二、原子核的组成(1)原子核的组成：由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X 表示．X 表示元素符号，A 表示质量数，Z 表示核电荷数． 基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数； 质量数＝质子数＋中子数＝核子数(2)同位素 具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H 、21H 、31H.(3)核反应方程①核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．②意义：能够用人工方法改变原子核． ③书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后电荷数和质量数都守恒．④确定未知核或粒子的方法：由反应前、后的已知核和粒子，依据守恒原则写出方程，判断未知核或粒子．1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A 为放射源发出的α粒子，B 为氮气．该实验的核反应方程：42He ＋14 7N →17 8O ＋11H.1．如图为卢瑟福发现质子的实验装置，M 是显微镜，S 是荧光屏，窗口F 处装铝箔，氮气从阀门T 充入，A 是放射源．在观察由质子引起的闪烁之前需进行的必要调整是( )A ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上有α粒子引起的闪烁B ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上见不到质子引起的闪烁C ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上能见到质子引起的闪烁D ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上见不到α粒子引起的闪烁2．二十世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、质子．如图所示，此装置是( )A ．卢瑟福的α粒子散射实验装置B ．卢瑟福发现质子的实验装置C ．汤姆孙发现电子的实验装置D ．查德威克发现质子的实验装置3．(多选)已知22888Ra是22688R a的一种同位素，则下列说法正确的是()A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质4．以下几个原子核反应式中，X代表α粒子的反应式是()A.42He＋94Be―→126C＋XB.21H＋31H―→10n＋XC.23490Th―→23491Pa＋XD.3015P―→3014Si＋X5．在下列4个核反应方程中，X表示质子的是()A.3015P→3014Si＋XB.23892U→23490Th＋XC.2713Al＋10n→2712Mg＋XD.2713Al＋42He→3015P＋X6．(多选)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是()A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大3D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍7．完成下列各核反应方程，并指出首次发现质子的核反应是________，首次发现中子的核反应是________．A.105B＋42He―→137N＋()B.94Be＋()→126C＋10nC.2713Al＋()→2712Mg＋11HD.147N＋42He―→178O＋()E.23892U→23490Th＋()F.2311Na＋()→2411Na＋11H【答案】10n 42He 10n 11H 42He 21H B式D式8．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有几个电子？【答案】(1)88138(2)1.41×10－17 C(3)88第2节原子核衰变及半衰期一、放射线放射线的本质：①α射线是高速运动的氮原子核，速度约为光速的0.1倍，电离作用强，穿透能力很弱．②β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．③γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，但穿透能力很强．二、原子核的衰变(1)衰变：原子核由于放出α射线或β射线而转变为新核的变化．(2)衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．(3)衰变规律Y.①α衰变：A Z X→42He＋A－4Z－2②β衰变：A Z X→0－1e＋A Z＋1Y.在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒．(4)衰变的快慢——半衰期 ①放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期． ②元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关．三、放射性元素的衰变（1）衰变次数的计算方法设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为A Z X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m ，n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z . （2）半衰期公式用T τ表示某放射性元素的半衰期，衰变时间用t 表示，如果原来的质量为M ，剩余的质量为m ，经过t T τ个半衰期，该元素的剩余质量变为m ＝M (12)t Tτ 若用N 和n 分别表示衰变前后的原子数，衰变公式又可写成n ＝N (12)t Tτ 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 ．原子核还可再分D ．原子核由质子和中子组成2．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )A ．α射线是由氦原子核衰变产生B ．β射线是由原子核外电子电离产生C ．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D ．通过化学反应不能改变物质的放射性3．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示．该装置中探测器接收到的是( )A ．X 射线B ．α射线C ．β射线D ．γ射线4．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知( )A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子5．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是( )A ．是放射源质量减少一半所需的时间B ．是原子核半数发生衰变所需的时间C ．与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关D ．可以用于测定地质年代、生物年代等6．一个222 86Rn 衰变成218 84Po 并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g 222 84Rn 经过7.6天衰变掉222Rn的质量，以及22286Rn衰变成21884Po的过程放出的粒子是()86A．0.25 g，α粒子B．0.75 g，α粒子C．0.25 g，β粒子D．0.75 g，β粒子7．23892U衰变为22286Rn要经过m次α衰变和n次β衰变，则m、n分别为()A．2,4 B．4,2 C．4,6 D．16,68．放射性同位素14C可用来推算文物的“年龄”.14C的含量每减少一半要经过约5 730年．某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14C还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为()A．5 730×3年B．5 730×4年C．5 730×6年D．5 730×8年9．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，它们的质量分别为M甲、M乙，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M甲∶M乙是()A．1∶4B．4∶1 C．2∶1D．1∶210．（多选）将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示的射线偏转情况正确的是()AD11．钋210经α衰变成为稳定的铅，其半衰期为138天．质量为64 g的钋210经过276天后，还剩多少克钋？生成了多少克铅？写出核反应方程．【答案】16 g47.09 g21084Po―→20682Pb＋42He12．23892U经一系列的衰变后变为20682Pb.(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，求质子数和中子数各少多少？(3)写出这一衰变过程的方程．【答案】(1)8 6 (2)1022 (3)23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.第3节放射性的应用与防护一、放射性的应用(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．(4)作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．二、放射性污染和防护(1)放射性污染的主要来源：①核爆炸；②核泄漏；③医疗照射．(2)为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施：①密封防护；②距离防护；③时间防护；④屏蔽防护．1．下列关于放射性同位素的一些应用的说法中不正确的是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子2．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是()A．应该用α射线探测物体的厚度B．应该用α粒子放射源制成“烟雾报警器”C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D．作为示踪原子能研究农作物在各季节吸收肥料成分的规律3．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是()A．应该用α射线探测物体的厚度B．应该用γ粒子放射源制成烟雾报警器C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D．放射育种中利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异4．联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是()①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害②爆炸后的弹片不会对人体产生危害③铀238的衰变速率很快④铀的半衰期很长A．①②B．③C．①④D．②④5．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是()A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的6．（多选）防止放射性污染的防护措施有()A．将废弃的放射性物质进行深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量7．近年来，γ刀已成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成任务，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的螺旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．则γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了()A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离本领C．γ射线具有很高的能量D．γ射线可以很容易地绕过阻碍物到达目的地8．2011年3月11日，日本东北部宫城县发生里氏9.0级强烈地震，地震导致福岛核电站发生泄漏，酿成了核泄漏事故，核泄漏事故会造成严重后果，其原因是()A．铀、钚等物质有放射性B．铀、钚等物质半衰期很长C．铀、钚等重金属有剧毒D．铀、钚等物质会造成爆炸。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节原子核衰变及半衰期知识导航素材 鲁科版选修3-5
第2节 原子核衰变及半衰期思维激活考古学中是怎样测定出土文物的年代?提示：放射性元素具有一定的衰变速率,不同元素的衰变速率不同,即半衰期是不一样的.根据衰变前后元素的剩余质量的关系:m 余=m 原(21)t/T ,可测出衰变时间t,从而确定出不同的年代.Rn 22286的衰变曲线自主整理一、天然放射现象的发现_______发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的序幕.通过对天然放射现象的研究,人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出来的射线共有三种. 1.α射线:速度约为光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______ 2.β射线:速度接近光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______. 3.γ射线:波长极短的电磁波,γ粒子就是光子,贯穿作用_______,电离作用_______.二、原子核的衰变1.定义:原子核自发地放出某种粒子而转变为_______的变化叫做原子核的_______.2.分类(1)α衰变:α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由_______质子和_______中子组成的粒子(即氦核),每发生一次α衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少,质量数减少_______,即_______.(2)β衰变:β衰变的实质是其元素的原子核内的一个_______变成_______时放射出一个电子.每发生一次β衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加_______,质量数_______.即_______.(3)γ衰变:γ衰变是伴随着_______和_______同时发生的,γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.三、半衰期1.定义:放射性元素的_______发生衰变需要的时间.2.半衰期的大小由放射性元素的原子核_______决定,跟原子所处的_______ (如压强、温度等)或_________ (如单质或化合物)无关.高手笔记1.原子核既然是由质子和中子组成的,那么为什么还会从原子核里发射出α粒子、β粒子?实际上,发射出来的α粒子和β粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的,β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.三种射线的比较板铅板对空气的电离作很强较弱很弱用在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光名师解惑1.对半衰期概念的理解剖析:半衰期是反映大量原子核衰变快慢的统计规律.当样品中的原子数目减小到统计规律不再起作用的时候,我们就不能按半衰期的公式去计算了.例如:2 g的Bi所含的原子核数目大,可按半衰期公式进行计算.而20个Bi核,就不再满足统计规律,也就无法判断有多少个Bi核发生了衰变.而且对单个Bi核,其何时衰变完全是偶然的,无法确定它将何时发生衰变.2.书写衰变方程的依据剖析:质量数守恒和电荷数守恒是书写衰变方程的重要依据,但要以衰变的事实为基础,不能仅仅根据两条守恒定律随意书写事实上不存在的衰变方程.另外,衰变方程是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示衰变方向,而不能用等号“”连接.讲练互动【例题1】如图3-2-1,放射源放在铅块上的细孔中,铅块上方有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种.下列判断正确的是( )图3-2-1A.甲是α射线、乙是γ射线、丙是β射线B.甲是β射线、乙是γ射线、丙是α射线C.甲是γ射线、乙是α射线、丙是β射线D.甲是α射线、乙是β射线、丙是γ射线解析：粒子垂直进入磁场,若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动,轨迹为圆弧,而乙为直线,可判定其为不带电粒子,即乙是γ射线;再根据左手定则,即可判定甲为β射线,丙为α射线,故B 正确. 答案：B 绿色通道对衰变中放出的三种粒子不同性质及其在磁场或电场中的偏转问题进行定性分析. 变式训练1.放射性元素放出的射线,在电场中分成a 、b 、c 三束,如图3-2-2所示,其中( )图3-2-2A.c 为氦核组成的粒子B.b 为比X 射线波长更长的光子流C.b 为比X 射线波长更短的光子流D.a 为高速电子组成的电子流解析：根据射线在电场中的偏转情况,可以判断,a 射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的α射线,b 射线在电场中不偏转,所以为γ射线;c 射线受到与电场方向相反的电场力,应为带负电的粒子组成的β射线. 答案：C【例题2】铀(U 23892)经过α、β衰变形成稳定的铅(Pb 20682),问在这一变化过程中,共有多少中子转变为质子( )A.6B.14C.22D.32解析：U 23892衰变为Pb 20682,需经过8次α衰变和6次β衰变,每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子同时放出一个电子,所以共有6个中子转化为质子. 答案：A 绿色通道在分析有关α、β衰变的问题时,应抓住每次α衰变质量数减4、电荷数减2和每次β衰变时质量数不变、电荷数加1这一衰变规律进行分析. 变式训练2.U 23892衰变成Rn 22286共发生了__________次α衰变和__________次β衰变. 解析：根据衰变规律,Rn 的质量数比U 的质量数减少了238-222=16,而天然放射只有α衰变才能使质量数减少,且每次α衰变减少质量数为4,故发生了16÷4=4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2,故由于α衰变核的电荷数应减少4×2=8.而Rn 核的电荷数仅比U 核少了92-86=6,故说明发生了2次β衰变(即92-8+2=86). 答案：4 2【例题3】古墓中发现一古代植物,测得里面含碳14与碳12的比例是现代植物中比例的三分之一,已知碳14的半衰期为 5 730年,求这种植物生长期距今有多少年?(lg2=0.3,lg3=0.48)解析：设植物活着时碳14与碳12比值为k=1214N N ,植物死后t 年时,碳14与碳12的比值为k′=1214'N N .则:1414''N N k k =.由半衰期公式得:Tt N N k k 21''1414===31,解得: t=(lg3/lg2)T=(0.48/0.3)×5 730年=9 168年.可见该植物体的生长期距今约为9 168年. 答案：9 168年 绿色通道14C 衰变,在植物死后不能得到补充,因此它与植物体内的12C 的比例会减少.变式训练3.放射性元素的半衰期是( )A.质量减少一半需要的时间B.原子量减少一半需要的时间C.原子核全部衰变需要时间的一半D.原子核有半数发生衰变需要的时间 解析：放射性元素的半衰期是对大量的原子核而言,原子核的个数有一半发生衰变的时间叫半衰期,故D 项正确. 答案：D【例题4】如图3-2-3所示，在匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才做如图所示的圆周运动,并确定它们环绕的方向.若两圆的半径之比是44∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？图3-2-3解析：原子核衰变时,遵守动量守恒定律.由原子核的初态是静止的,可以判定出衰变时射出的粒子与新核的动量大小相等、方向相反.现由图可知新核与该粒子尽管速度方向相反,但受的磁场力方向却相同,新核带正电,则该粒子带负电,这说明发生的是β衰变.设其质量为m,在磁感应强度为B 的匀强磁场中,以速度v 做匀速圆周运动,其运动半径为R=qBmv,由衰变时动量守恒知射出粒子的动量m 1v 1等于新核动量m 2v 2,而B 相同,所以R 与q 成反比,新核的q 值都比较大,可判定出衰变射出粒子的运动轨道半径大,新核半径小,知大圆是放射出的粒子的轨迹,小圆则是新核的轨迹.根据左手定则判断：在A 点发射出的粒子是负电子，它的初速度水平向左，沿圆轨道顺时针方向旋转.新核初速度水平向左，沿圆轨道逆时针旋转且有1441221==q q R R .可从发射粒子的电荷数确定新核的电荷数,由于衰变过程中电荷数守恒,可求出原来放射性元素原子核的电荷数即它的原子序数.q1=e,电荷数是1，所以q2=44e，电荷数是44.根据电荷守恒定律，原来的放射性元素原子核的原子序数是45，它发生的是β衰变，电子顺时针方向做匀速圆周运动，新核逆时针做匀速圆周运动.答案：45绿色通道原子核在衰变过程中,不仅质量数、电荷数守恒.其动量、能量也同时守恒,并兼顾带电粒子在匀强磁场中的运动规律.变式训练4.在匀强磁场中,一静止的放射性原子核发生衰变,放出一个粒子后变为另一新原子核,为此拍得如图3-2-4所示两个相切的圆形径迹的照片,则( )图3-2-4A.图甲为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹B.图甲为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹C.图乙为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹D.图乙为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹解析：图为内切圆时,原子核发生β衰变,大圆为β粒子的轨迹;图为外切圆时,原子核发生α衰变,大圆为α粒子的轨迹.答案：AD体验探究【问题】考古学家如何把放射性同位素作为“时钟”,测定土层、化石、古木年代的? 导思：不同的放射性同位素具有不同的半衰期,且不随状态、温度的改变而改变.在自然界中同位素的含量是稳定的.探究：在土层、化石、古木枯死后,其内部不再与外界进行物质交换,而内部的放射性同位素仍在进行衰变,不断减小,因此,可以根据放射性强度的大小情况算出它们的时间. 教材链接教材P 52《讨论与交流》参照α衰变规律的分析过程,通过分析Th 23490的衰变方程寻找β衰变的规律,找出新生成的核与原来的核的电荷数、质量数有什么关系,在元素周期表中的位置怎样变化,并试着用一个通式来表示.与同学交流自己的见解.答：Th 23490发生β衰变方程为Th 23490→e 01-+Pa 23491,新生核比原来的核质量数没有改变,电荷数增加1,新生核在元素周期表中的位置后移一位.其规律可表示为X A Z→e 01-+Y AZ 1+.X 为原来的原子核,Y 为新生成的原子核.。
高中物理第3章原子核与放射性归纳提升教案鲁科版选修3_5
第3章 原子核与放射性1.放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变． 2．衰变规律电荷数和质量数都守恒． 3．衰变的分类(1)α衰变的一般方程：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He ，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内211H ＋210n→42He)(2)β衰变的一般方程：A Z X→A Z ＋1Y ＋0－1e.每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内10n→11H ＋0－1e)．＋β衰变：3015P→3014Si ＋01e(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．γ射线实质：是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子．4．半衰期不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期τ内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核个数N ＝N 0(12)tτ，或没有衰变的原子核质量m ＝M (12)tτ，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．238 92U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Ti ，210 a X 和 b 81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图3－1所示，则图中( )238 92U 210 83Bi ――→② b 81Ti 206 82Pb ――→① 210a X 图3－1A ．a ＝82，b ＝211B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变 D. b 81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb【解析】 21083Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只能发生了一次β衰变，电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变，210 83Bi 经一次衰变变成 b81Ti ，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 均不正确，B 正确，206 81Ti 变成20682Pb ，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．【答案】B1．放射性元素的原子核在α衰变或β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T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2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m A ∶m B ＝________.【解析】 放射性元素的原子核在α衰变或β衰变时，出现质量亏损，多余的能量将以γ光子的形式释放，因此伴随γ辐射．放射性元素经过一段时间t 后的剩余质量m ＝m 02t T(其中T 为该放射性元素的半衰期)．可得m A 2T 1T 2T 1＝m B2T 1T 2T 2，得m A ∶m B ＝2T 2∶2T 1.【答案】 γ 2T 2∶2T 11.3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如： 42He 11H 10n0－1e 01e 21H 31H 23592U 4．确定衰变次数的方法 A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m0－1e根据质量数、核电荷数守恒得 Z ＝Z ′＋2n －m A ＝A ′＋4n二式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .一个原子核A 经过5次α衰变，成为B ，再经过4次β衰变成为C ，则核A的质子数比核C 的质子数多几个？核A 的中子数比核C 的中子数多几个？【解析】 A 到C 的核反应过程为y xA ――→5αy －20x －10B ――→4βy －20x －10＋4C因此A 的质子数比C 多6个 A 的中子数比C 多14个． 【答案】 6 142．(2013·龙岩检测)238 92U 衰变为22286Rn 要经过m 次α衰变和n 次β衰变，则m 、n 分别为( )A ．2,4B ．4,2C ．4,6D ．16,6【解析】 根据原子核每发生一次β衰变电荷数增加1，不改变质量数，而每发生一次α衰变原子核质量数减少4，电荷数减少2，238 92U 衰变为22286Rn ，质量数减少16，电荷数减少6，因此可确定发生了4次α衰变，2次β衰变．【答案】 B。
2017-2018学年高中物理第3章原子核与放射性章末整合提升学案鲁科版选修3_5
第3章原子核与放射性一、对核反应方程及类型的理解1．核反应方程的比较2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号：α粒子(42He)、质子(11H或p)、中子(10n)、电子(0－1e)、正电子(0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．【例1】在下列四个核反应中，X表示中子的是________；属于原子核的人工转变的是________．A.14 7N＋42He―→17 8O＋XB.2713Al＋42He―→3015P＋XC.21H＋31H―→42He＋XD.235 92U＋X―→9038Sr＋136 54Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒．据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(10n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(10n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(10n)．故方程中X是中子的核反应为B、C、D.属于原子核的人工转变的是A、B.针对训练完成下列核反应方程．A.147N＋42He―→178O＋________B.3015P ―→3014Si ＋________C. 23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13654Xe ＋________ D.21H ＋31H ―→________＋10n其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________． 答案 11H＋1e 1010n 42He B A解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型．二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．计算公式：n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 或m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n，其中n ＝t T 1/2，T 1/2为半衰期．2．确定衰变次数的方法 (1)AZ X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 根据质量数、电荷数守恒得A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m二式联立求解得α衰变次数n 和β衰变次数m .(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解．【例2】 恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋________―→84Be ＋γ. (2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________．答案 (1)42He 或α (2)18或12.5%解析 (1)由质量数和电荷数守恒可得答案为42He 或α；(2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18m 0，故应填18或12.5%.【例3】 放射性元素23892U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Tl ，210a X 和 b81Tl 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图1所示．则( )图1A ．a ＝82，b ＝211B.21083Bi ―→210a X 是β衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是α衰变 C.21083Bi ―→210a X 是α衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是β衰变 D. b81Tl 经过一次α衰变变成20682Pb 答案 B解析 由21083Bi ―→210a X ，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a ＝84.由21083Bi ―→ b81Tl 是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b ＝206，由20681Tl ―→20682Pb 发生了一次β衰变．故选B.三、α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹分析α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹，一般思路为： 1．衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒． 2．衰变过程中动量守恒．3．带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力．4．静止的原子核发生α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：【例4】 一个静止的氮核147N 俘获了一个速度为2.3×107m/s 的中子生成一个复核A ，A 又衰变成B 、C 两个新核，设B 、C 的速度方向与中子方向相同，B 的质量是中子的11倍，速度是106m/s ，B 、C 在同一磁场中做圆周运动的半径之比R B ∶R C ＝11∶30，轨迹如图2所示，求：图2(1)C 核的速度大小．(2)根据计算判断C 核是什么？ (3)写出核反应方程．答案 (1)3×106m/s (2)氦原子核(3)14 7N ＋10n→11 5B ＋42He解析 氦核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统过程前后都不受外界的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这一点，可求出C 核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类，写出核反应方程．氮核俘获中子到衰变成B 、C 两个新核的过程中动量守恒m n v n ＝m B v B ＋m C v C ，①根据衰变规律，可知C 核的质量数为14＋1－11＝4. 由此解得v C ＝3×106m/s.再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R ＝mv Bq可得q B q C ＝m B v B R C m C v C R B ＝11×106×304×3×106×11＝52② q B ＋q C ＝7.③将②③联立，q C ＝2，而m C ＝4，则C 核是氦原子核，核反应方程式是147N ＋10n→115B ＋42He.。
-高中物理 第3章 原子核与放射性章末检测 鲁科版选修3-5
章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分)1．某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，下列说法正确的是 ( )．A．质子数减少2个，中子数减少2个B．质子数减少3个，中子数减少1个C．质子数减少1个，中子数减少3个D．以上说法都不对解析经过1次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，说明质子数减少2，中子数减少2，再经过1次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，是因为1个中子转化成1个质子，说明又减少了1个中子，但增加了1个质子，总起来说，质子数减少了1个，中子数减少了3个，故正确答案为C.答案 C2．如图1所示，两个相切的图表示一个静止的原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能是 ( )．图1A．原子核发生了α衰变B．原子核发生了β衰变C．原子核放出了一个正电子D．原子核放出了一个中子解析径迹为两个外切的圆，由左手定则知放出的粒子一定是正电荷，因此该衰变可能是α衰变，也可能是正β衰变．答案AC3．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是 ( )．A．应该用α射线探测物体的厚度B ．应该用γ粒子放射源制成“烟雾报警器”C ．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D ．放射育种中利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异 答案 D4．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α射线和β射线B ．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C ．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D ．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1 解析 一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和 γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化， 故新核(新的物质)的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数 不变，核电荷数减少1. 答案 C5．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在单质中长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天就只剩下一个了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克了 解析 放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关．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．由衰变规律m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可知，m 余＝4 g ×⎝ ⎛⎭⎪⎫127.63.8＝1 g ，D 正确． 答案 D6．由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为 1－1H ，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同速度通过OO ′进入匀强磁场B 2而形成图2中的4条径迹，则 ( )．图2A ．1、2是反粒子径迹B ．3、4为反粒子径迹C ．2为反α粒子径迹D ．4为反α粒子径迹解析 由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转；反质子、反α 粒子向左偏转，故选项A 错误；进入匀强磁场B 2的粒子具有相同的速度，由 偏转半径γ＝mvBq知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，故选项C 正确． 答案 C7．关于放射性同位素，以下说法正确的是( )．A ．放射性同位素与放射性元素一样，都有一定的半衰期，衰变规律一样B ．放射性同位素衰变可以生成另一种新元素C ．放射性同位素只能在天然衰变时产生，不能用人工方法制得D ．以上说法均不对解析 放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响， 衰变后生成新的原子核，选项A 、B 正确． 答案 AB8．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5∶1，如图3所示，那么碳的衰变方程是( )．图3A.146C ―→42He ＋104Be B.14 6C ―→ 0－1e ＋145B C.146C ―→ 0－1e ＋147ND.146C ―→21H ＋125B解析 由于两个轨迹为外切圆，放出的粒子和反冲核方向相反，由左手定则 可知，它们必均为正电荷；而衰变过程中两者动量大小相等，方向相反，由于qBv ＝mv 2R ，则R ＝mvqB，因半径之比为5∶1，它们的电量之比为1∶5，由此可知D 正确． 答案 D9．本题中用大写字母代表原子核．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ；另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS.已知P 是F 的同位素，则 ( )．A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素解析 y x E ―→y －4x －2F ＋42He ，y －4x －2F ―→y －4x －1G ＋ 0－1e ，y －4x －1G ―→y －8x －3H ＋42He ； z x－2P ―→zx －1Q ＋ 0－1e ， z x－1Q ―→z x R ＋ 0－1e ，z x R ―→z －4x －2S ＋42He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R 是E 的同位素， S 是F 和P 的同位素，Q 是G 的同位素，所以B 选项正确． 答案 B10．如图4所示，a 为未知天然放射源，b 为薄铝片，c 为两平行板，之间存在着电场强度较大的匀强电场，d 为荧光屏，e 为固定不动的显微镜筒．实验时，如果将c 间强电场撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化．如果再将薄铝片b 移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大为增加．由此可判定放射源a 发出的射线可能为( )．图4A ．β射线和γ射线B ．α射线和β射线C ．β射线和X 射线D ．α射线和γ射线解析 α粒子的贯穿本领很小，一张薄铝片就可把它挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能贯穿几厘米厚的铅板．撤去电场后，荧光屏上闪烁 亮点数没有变化，说明原先能到达荧光屏的射线不带电，放射源发出的射线 中有γ射线，撤去薄铝片，闪烁亮点数大为增加，说明放射源发出的射线中 有α射线． 答案 D二、非选择题(本题共3小题，共40分)11．(12分)科学家________发现了质子，其核反应方程式应为________________； 科学家________发现了中子，其核反应方程式为________________； 科学家________第一次用人工方法获得放射性同位素，其核反应方程式应为 _________________________________________________________________． 答案 卢瑟福14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H查德威克 94Be ＋42He ―→126C ＋10n 约里奥·居里夫妇2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n3015P ―→3014Si ＋01e12．(14分)测得某矿石中铀、铅质量比为1.17∶1，假设开始时矿石只含铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206，已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石年龄． 解析 设开始时矿石中有m 0(千克)的铀238，经n 个半衰期后，剩余铀m (千 克)，则m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，衰变掉的铀m 0－m ＝m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅x (千克)，则m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n x＝238206，x ＝206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ， 据题意有m x ＝1.171，即m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ＝1.171解得n ＝1，即t ＝τ＝4.5×109年． 答案 4.5×109年13(14分)1919年卢瑟福用α粒子撞击147N 核发现了质子．(1)写出这个核反应的方程式_______________________________________．(2)上述核反应可以用如下的模型来认识，运动的α粒子撞击一个静止的147N 核，它们暂时形成一个整体(复合核)，随即复合核迅速转化成一个质子和另 一个原子核．已知复合核发生转化需要能量1.19 MeV.那么要想发生上述核反 应，入射的α粒子的能量至少要多大？(3)英国物理学家威耳逊在1911年发明了“云室”，带电粒子在云室中运动 时，可以显现出运动的径迹．把云室放在匀强电场中，分别将质子和α粒子 垂直于电场方向打入同一匀强电场中，观察它们运动的径迹，如果质子和α 粒子运动的径迹相同(电场方向和质子、α粒子运动径迹所在平面平行)．求： 质子和α粒子进入电场时的动能之比是多少？ 解析 (1)147N ＋42He ―→178O ＋11H(2)α粒子撞击静止的147N ，满足动量守恒，即m αv α＝(m α＋m N )·v ，v ＝m αv αm α＋m N①系统碰撞损失的能量转化为复合核转化所需要的能量，即 12m αv 2α－12(m α＋m N )v 2＝1.19 MeV②①②联立得入射的α粒子的动能为E 0＝12m αv 2α＝1.53 MeV(3)带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中做类平抛运动，设沿电场方向的 位移为y ，垂直于电场方向的位移为x ，则有y ＝12·qE m ⎝ ⎛⎭⎪⎫x v 2＝qEx 24E k③又因为质子和α粒子径迹相同，即通过相同的x ，沿电场方向的位移y 相同， 即y H ＝y α，由③式得q H Ex 24E k H ＝q αEx 24E k α，得E kH E k α＝q H q α＝12. 答案 (1)147N ＋42He ―→178O ＋11H (2)1.53 MeV (3)12。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3 放射性的应用与防护学案 鲁科版选修35
第3节放射性的应用与防护[目标定位] 1.知道放射性同位素，了解放射性的应用.2.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害及防护措施．一、放射性的应用1．利用射线的电离作用、穿透能力等特点(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．2．作为示踪原子作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．二、放射性污染和防护1．放射性的污染(1)核爆炸：核爆炸产生强烈的γ射线和中子流，对人体和其他生物体有很强的杀伤作用；还产生大量的放射性物质，对生物体和环境产生长期的辐射．(2)核泄漏：核泄漏会使现场人员受到辐射性损伤，对周围地区造成严重污染．(3)医疗照射：医疗照射中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡．2．放射性的防护(1)密封防护：把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止放射线泄漏．(2)距离防护：距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越小．(3)时间防护：尽量减少受辐射时间．(4)屏蔽防护：在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用.一、放射性的应用1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理．3．放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽延长保质期等．(3)作为示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质． (4)医学上：利用γ射线的高能量治疗癌症．【例1】 (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) A ．γ射线探伤仪B ．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C ．利用钴60治疗肿瘤等疾病D ．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 答案 BD解析 A 利用了γ射线的穿透性；C 利用了γ射线的高能量和穿透性；B 、D 是利用示踪原子．借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．针对训练 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A ．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B ．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C ．利用射线照射作物种子可使其DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种D ．利用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 答案 D解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电导走，选项A 错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B 错误；作物种子发生的DNA 突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C 错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D 正确． 二、核反应及核反应方程1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变． 3．原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n ；3015P ―→3014Si ＋0＋1e.4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响．(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．【例2】 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的． (1)105B ＋42He ―→137N ＋( ) (2)94Be ＋( )―→126C ＋10n (3)2713Al ＋( )―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋( )(5)2713Al ＋42He ―→10n ＋( )；3015P ―→3014Si ＋( ) 答案 见解析解析 (1)105B ＋42He ―→137N ＋10n (2)94Be ＋42He ―→126C ＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)2713Al ＋42He ―→10n ＋3015P ；3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(正电子)此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 写核反应方程的原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒．(2)中间用箭头，不能写成等号，因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向． (3)能量守恒，但中学阶段不作要求．(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程． 【例3】 1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt ，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg ，反应过程可能有两种：①生成20278Pt ，放出氦原子核；②生成20278Pt ，同时放出质子、中子．(3)生成的铂20278Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg.写出上述核反应方程．答案 见解析解析根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①204 80Hg＋10n→202 78Pt＋32He②204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋10n(3)202 78Pt→20280 Hg＋20－1e核反应方程的书写1．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．2．下面是四个核反应方程，x表示质子的是( )A.3015P→3014Si＋xB.238 92U→234 90Th＋xC.2713Al＋10n→2712Mg＋xD.2713Al＋42He→3015P＋x答案 C解析由质量数守恒和电荷数守恒，可得C中x的质量数为1，电荷数为1，所以C项中x 为质子．放射性同位素的应用3．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是( )A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是图1(2)图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把具有这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.(时间：60分钟)题组一放射性的应用1．图1甲所示是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙所示是工业上利用射线的穿透性来检查钢板内部伤痕的示意图，则图乙中的检查是利用了( )图1A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以答案 C解析γ射线的穿透能力最强，能穿透钢板，所以金属探伤利用的是γ射线，选项C正确．2．(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是利用( )A．放射性同位素不改变其化学性质B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D．放射性同位素容易制造答案ABC解析放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D不正确．3．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是( )A．示踪原子B．电离作用C．催化作用D．贯穿作用答案 A解析用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是作示踪原子，故选项A正确．4．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是( )A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238答案 C解析要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太短，所以只有锶90较合适．5．(多选)γ刀是治疗脑肿瘤的最佳仪器．用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，已进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( ) A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地答案AC题组二核反应方程6．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．7．用中子轰击氧原子核的核反应方程为16 8O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b的判断正确的是( )A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表电子，a＝17，b＝－1C．X代表正电子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1答案 C解析根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为0＋1e，为正电子，故C项正确，A、B、D三项错误．8．(多选)一个质子以1.0×107m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是( )A．核反应方程为2713Al＋11H―→2814SiB．核反应方程为2713Al＋10n―→2814SiC．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致答案AD解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项正确．9．放射性元素210 84Po衰变为206 82Pb，此衰变过程的核反应方程是________；用此衰变过程中发出的射线轰击19 9F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________．答案210 84Po ―→206 82Pb ＋42He 42He ＋19 9F ―→2210Ne ＋11H解析 根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是21084Po ―→20682Pb ＋42He.用α射线轰击199F ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：42He ＋199F ―→2210Ne ＋11H. 题组三 综合应用10．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P ，放出一个正电子后变成原子核3014Si ，如图所示能近似反映正电子和Si 核轨迹的是( )答案 B解析 把放出的正电子和衰变生成物Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C 、D 可排除．因为洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r.所以做匀速圆周运动的半径为r ＝mv qB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141.可见正电子运动的圆半径较大，故A 错，B 对．11．某实验室工作人员，用初速度v 0＝0.09c (c 为真空中的光速)的α粒子，轰击静止的氮原子核147N ，产生了质子11H ，若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20，已知质子质量为m .(1)写出核反应方程； (2)求出质子的速度v .答案 (1)42He ＋147N→178O ＋11H (2)0.20c 解析 (1)42He ＋147N→178O ＋11H.(2)设α粒子、新核的质量分别为4m 、17m ，质子速度为v ，由于对心碰撞，满足动量守恒，故4mv 0＝17m v20＋mv ，解得v ＝0.20c .12．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪提出的．许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1 500种，而且大多数是人工制造的．(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知234 90Th(钍)→234Pa(镤)＋ 0－1e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________．(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期．①写出α粒子轰击铝箔(2713Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．答案(1)143 (2)①2713Al＋42He→3015P＋10n 不同点见解析②3015P→3014Si＋ 0＋1e解析(1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143.(2)①铝核被α粒子击中后产生中子的反应为2713Al＋42He→3015P＋10n；核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的．②3015P是磷的一种同位素，也有放射性、像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：3015P→3014Si＋ 0＋1e.。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第3讲 放射性的应用与
第3讲放射性的应用与防护[目标定位] 1.知道放射性同位素，了解放射性的应用.2.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害及防护措施．一、放射性的应用1．利用射线的电离作用、穿透能力等特点(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．2．作为示踪原子作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．二、放射性污染和防护1．放射性的污染(1)核爆炸：核爆炸产生强烈的γ射线和中子流，对人体和其他生物体有很强的杀伤作用；还产生大量的放射性物质，对生物体和环境产生长期的辐射．(2)核泄漏：核泄漏会使现场人员受到辐射性损伤，对周围地区造成严重污染．(3)医疗照射：医疗照射中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡．2．放射性的防护(1)密封防护：把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止放射线泄漏．(2)距离防护：距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越小．(3)时间防护：尽量减少受辐射时间．(4)屏蔽防护：在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用.一、放射性的应用1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理．3．放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽延长保质期等．(3)作为示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质． (4)医学上：利用γ射线的高能量治疗癌症．例1 下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) A ．γ射线探伤仪B ．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C ．利用钴60治疗肿瘤等疾病D ．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 答案 BD解析 A 利用了γ射线的穿透性；C 利用了γ射线的高能量和穿透性；B 、D 是利用示踪原子．借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．针对训练 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A ．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B ．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C ．利用射线照射作物种子可使其DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种D ．利用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 答案 D解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电导走，选项A 错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B 错误；作物种子发生的DNA 突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C 错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D 正确． 二、核反应及核反应方程1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变． 3．原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n ；3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e.4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响．(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．例2 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的． (1)105B ＋42He ―→137N ＋( ) (2)94Be ＋( )―→126C ＋10n (3)2713Al ＋( )―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋( )(5)2713Al ＋42He ―→10n ＋( )；3015P ―→3014Si ＋( ) 答案 见解析解析 (1)105B ＋42He ―→137N ＋10n (2)94Be ＋42He ―→126C ＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)2713Al ＋42He ―→10n ＋3015P ；3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(正电子)此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 写核反应方程的原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒．(2)中间用箭头，不能写成等号，因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向． (3)能量守恒，但中学阶段不作要求．(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程． 例3 1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt ，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg ，反应过程可能有两种：①生成20278Pt ，放出氦原子核；②生成20278Pt ，同时放出质子、中子．(3)生成的铂20278Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202 80Hg.写出上述核反应方程．答案见解析解析根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①204 80Hg＋10n→202 78Pt＋32He②204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋10n(3)202 78Pt→202 80Hg＋20－1e核反应方程的书写1．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．2．下面是四个核反应方程，x表示质子的是( )A.3015P→3014Si＋xB.238 92U→234 90Th＋xC.2713Al＋10n→2712Mg＋xD.2713Al＋42He→3015P＋x答案 C解析由质量数守恒和电荷数守恒，可得C中x的质量数为1，电荷数为1，所以C项中x 为质子．放射性同位素的应用3．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是( )A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是(2)图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．图1(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把具有这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.(时间：60分钟)题组一放射性的应用1．图1甲所示是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙所示是工业上利用射线的穿透性来检查钢板内部伤痕的示意图，则图乙中的检查是利用了( )图1A．α射线 B．β射线C．γ射线 D．三种射线都可以答案 C解析γ射线的穿透能力最强，能穿透钢板，所以金属探伤利用的是γ射线，选项C正确．2．人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是利用( )A．放射性同位素不改变其化学性质B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D．放射性同位素容易制造答案ABC解析放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D不正确．3．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是( )A．示踪原子 B．电离作用C．催化作用 D．贯穿作用答案 A解析用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是作示踪原子，故选项A正确．4．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是( )A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238答案 C解析要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太短，所以只有锶90较合适．5．γ刀是治疗脑肿瘤的最佳仪器．用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，已进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地答案AC题组二核反应方程6．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．7．用中子轰击氧原子核的核反应方程为16 8O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b的判断正确的是( ) A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表电子，a＝17，b＝－1C．X代表正电子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1答案 C解析根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为0＋1e，为正电子，故C项正确，A、B、D三项错误．8．一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是( )A．核反应方程为2713Al＋11H―→2814SiB．核反应方程为2713Al＋10n―→2814SiC．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致答案AD解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项正确．9．放射性元素210 84Po衰变为206 82Pb，此衰变过程的核反应方程是________；用此衰变过程中发出的射线轰击19 9F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________．答案210 84Po―→206 82Pb＋42He42He ＋19 9F ―→2210Ne ＋11H解析 根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是21084Po ―→20682Pb ＋42He.用α射线轰击199F ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：42He ＋199F ―→2210Ne ＋11H. 题组三 综合应用10．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P ，放出一个正电子后变成原子核3014Si ，如图所示能近似反映正电子和Si 核轨迹的是( )答案 B解析 把放出的正电子和衰变生成物Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C 、D 可排除．因为洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r.所以做匀速圆周运动的半径为r ＝mvqB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141.可见正电子运动的圆半径较大，故A 错，B 对． 11．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用6027Co 的衰变来验证，其核反应方程是6027Co ―→A Z Ni ＋ 0－1e ＋νe .其中νe 是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零．(1)在上述衰变方程中，衰变产物AZ Ni 的质量数A 是________，核电荷数Z 是________． (2)在衰变前6027Co 核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni 和 0－1e 的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni 和 0－1e ，那么衰变过程将违背________守恒定律． (3)6027Co 是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种．我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大．γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异． 答案 (1)60 28 (2)动量 (3)基因突变解析 (1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程写成：6027Co ―→6028Ni ＋ 0－1e ＋νe ，由此得出两空分别为60和28.(2)衰变过程遵循动量守恒定律．原来静止核的动量为零，分裂成两个粒子后，这两个粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上．现在发现Ni 和 0－1e 的运动径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有Ni 和 0－1e ，就一定会违背动量守恒守律．(3)用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品种．12．1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n ，这里的3015P 就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P 放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P 放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？ 答案 (1)3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(2)原子核内的一个质子转换成一个中子放出正电子． 解析 (1)核反应方程为3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H ―→10n ＋ 0＋1e.。
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α 衰变 β 衰变
两圆外切，α 粒 子半径大
两圆内切，β 粒 子半径大
【例 4】 一个静止的氮核174N 俘获了一个速度为 2.3×107 m/s 的 中子生成一个复核 A，A 又衰变成 B、C 两个新核，设 B、C 的速度方向与中子方向相同，B 的质量是中子的 11 倍，速度 是 106 m/s，B、C 在同一磁场中做圆周运动的半径之比 RB∶ RC＝11∶30，轨迹如图 2 所示，求：
【例 1】 在下列四个核反应中，X 表示中子的是________；属 于原子核的人工转变的是________． A.174N＋42He→187O＋X B.2173Al＋24He→3105P＋X C.21H＋13H→42He＋X D.29325U＋X→9308Sr＋15346Xe＋10X 答案 BCD AB
【例 2】 恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反 应，当温度达到 108K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦 燃烧”的核反应方程：24He＋________―→84Be＋γ.(2)84Be 是一 种不稳定的粒子，其半衰期为 2.6×10－16s.一定质量的84Be，经 7.8×10－16s 后所剩下的84Be 占开始时的________． 答案 (1)24He 或 α (2)18或 12.5% 解析 (1)由质量数和电荷数守恒可得答案为24He 或 α；(2)由题 意可知经过了 3 个半衰期，故剩余的84Be 的质量 m＝m0123＝18 m0，故应填18或 12.5%.
解析 在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守 恒和质量数守恒．据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在 A 中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7 ＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对 B，未知粒子的质 量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0， 所以是中子(01n)；对 C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1， 电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(10n)；对 D，未知粒子质 量数为 235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋ 54＋10y，y＝0，也是中子(10n)．故方程中 X 是中子的核反应为 B、 C、D.属于原子核的人工转变的是 A、B.
三、α 衰变和 β 衰变在磁场中的运动轨迹 分析 α 衰变和 β 衰变在磁场中的运动轨迹，一般思路为：
1．衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒． 2．衰变过程中动量守恒． 3．带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心
力． 4．静止的原子核发生 α 衰变和 β 衰变的规律以及它们在磁场中运
一、对核反应方程及类型的理解
1．核反应方程的比较
名称
核反应方程
衰 α 衰变 29328U→29304Th＋42He
变
β 衰变 29304Th→29314Pa＋－01e
时间 其他 贝克勒
1896 年 尔
正电 2173Al＋42He→3105P＋10n 1934 年
人
子)C 核的速度大小． (2)根据计算判断 C 核是什么？ (3)写出核反应方程． 答案 (1)3×106 m/s (2)氦原子核 (3)147N＋10n→115B＋42He
解析 氦核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过 程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统过程前后都不受外界 的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这 一点，可求出 C 核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就 可以判断出新核的种类，写出核反应方程． 氮核俘获中子到衰变成 B、C 两个新核的过程中动量守恒 mnvn＝mBvB＋mCvC，① 根据衰变规律，可知 C 核的质量数为 14＋1－11＝4. 由此解得 vC＝3×106 m/s.
工 发现
转
174N＋42He→187O＋11H 1919 年 质子
变 发现 中子 94Be＋42He→162C＋10n 1932 年
约里奥· 居里夫妇 卢瑟福
查德威克
2.解题时注意事项 (1)熟记一些粒子的符号：α 粒子(42He)、质子(11H 或 p)、中子(10n)、 电子(－10e)、正电子(＋10e)、氘核(21H)、氚核(31H) (2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关 力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．
二、半衰期及衰变次数的计算 1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
计算公式：n＝N12n 或 m＝M12n，其中 n＝Tt1/2， T1/2 为半衰期． 2．确定衰变次数的方法 (1)AZX→AZ′′Y＋n24He＋m－01e 根据质量数、电荷数守恒得 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m 二式联立求解得 α 衰变次数 n 和 β 衰变次数 m. (2)根据 α 衰变和 β 衰变(β 衰变质量数不变)直接求解．
针对训练 完成下列核反应方程． A.147N＋42He→178O＋________ B.3105P→3104Si＋________ C. 29325U＋01n→9308Sr＋13654Xe＋________ D.21H＋31H→________＋10n 其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________． 答案 11H ＋10e 1001n 42He B A 解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后 由核反应的类型即可判断出反应的类型．
【例 3】 放射性元素23982U 衰变有多种可能途径，其中一种途径
是先变成28130Bi，而28130Bi 可以经一次衰变变成21a0X(X 代表某种元
素)，也可以经一次衰变变成8b1Tl，21a0X 和8b1Tl 最后都变成28026Pb，
衰变路径如图 1 所示．则
()
图1
A．a＝82，b＝211 B.28130Bi→21a0X 是 β 衰变，28130Bi→8b1Tl 是 α 衰变 C.28130Bi→21a0X 是 α 衰变，28130Bi→8b1Tl 是 β 衰变 D.8b1Tl 经过一次 α 衰变变成28026Pb 答案 B 解析 由21803Bi→21a0X，质量数不变，说明发生的是 β 衰变，同时知 a＝84.由28130Bi→8b1Tl 是核电荷数减 2，说明发生的是 α 衰变，同时 知 b＝206，由20861Tl→20862Pb 发生了一次 β 衰变．故选 B.