原子核的衰变、人工转变
北京师范大学附属中学高中物理选修三第五章《原子核》测试题(答案解析)
一、选择题1．(0分)[ID ：130926]天然放射性元素在衰变过程中会辐射α射线、β射线和γ射线。
关于原子核衰变，下列说法中正确的是（ ） A ．β射线来源于原子的核外电子B ．γ射线可以用来探测金属部件内部的缺陷C ．放射性原子核衰变成新核，原子核的比结合能减小D ．1000个半衰期为2h 的某放射性同位素，经6h 还剩125个 2．(0分)[ID ：130880]在核反应方程41417278He+N O+X →中，X 表示的是 A ．质子B ．中子C ．电子D ．α粒子3．(0分)[ID ：130876]下列说法中正确的是（ ） A ．结合能越大的原子核越稳定 B ．某放射性元素经12天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天 C ．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小 D ．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的 4．(0分)[ID ：130868]下列说法正确的是A ．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B ．γ射线的穿透能力很强，甚至能穿透几厘米厚的铅板C ．在天然放射现象中放出的β射线是原子的内层电子受激后辐射出来的D ．镭226衰变为氡222的半衰期是1620年，也就是说100个镭核经过1620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变5．(0分)[ID ：130861]在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为A ．14014615C e B →+ B ．14410624C He B e →+ C ．14214615C H B →+D ．14146-17C e N →+6．(0分)[ID ：130857]一个静止的原子核a bX 经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E 0．设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为（ ）A ．02E cB ．()024E a c -C ．()024a E c - D ．()024aE a c -7．(0分)[ID ：130951]原子核23892U 在天然衰变为20682Pb 的过程中，所经过的α衰变次数质子数减少的个数、中子数减少的个数依次为（ ） A ．8、10、22B ．10、22、8C ．22、8、10D ．8、22、108．(0分)[ID ：130950]研究表明，中子（10n ）发生β衰变后转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子e ν。
原子核的衰变
原子核的衰变、原子核的人工转变（一）天然放射现象1、1896年，法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象。
物质发射射线的性质叫做放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素。
能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。
例：铀或含铀的矿物质，钋、镭等都是天然放射性物质。
注意：①天然放射性并不是少数元素才具有的，原子序数大于或等于83的天然元素都具有放射性，原子序数小于83的天然元素，也有一些具有放射性。
例：Na, P等。
②天然放射性现象的发现，打开了人们认识原子核内部世界的窗口，它不仅使人类认识到原子核也是具有结构的，而且告诉人们原子核可以自发地转变为另一种原子核。
2、三种射线的本质和特性：名称组成速度穿透本领电离作用α射线He粒子流0.1c 很弱很强β射线e电子流0.99c 较强较弱γ射线光子 c 最强很弱注意：①当放射性物质连续发生衰变时，各种原子核中有的放射α射线，有的放射β射线，同时伴随γ射线，这时在放射性中就会同时有α、β、γ三种射线。
②α、β、γ粒子都是从原子核里放射出来的，但不能认为这三种粒子就是原子核的组成部分。
2、放射性元素的衰变①衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。
②三个守恒：衰变过程遵守质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒的规律。
③α衰变：X→Y+He例：β衰变：X→Y+e例：3．半衰期：是放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间。
计算公式：N=N0()n，式中n=或m=m0()n，式中n=N(m)为放射性元素在几个半衰期后的原子核个数（质量）。
N0(m0)为放射性元素的初始原子核数（质量），n为半衰期的倍数。
注意：①放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态（温度、压强、速度、受力等）和化学状态（单质、化合物等）无关。
②放射性元素的衰变规律是统计规律，只适用于含有大量原子的样品（对有限数核不适用，不能由半衰期推算放射性样品完全衰变的时间）。
衰变与人工核反应(含答案)
衰变与人工核反应一、基础知识（一）、天然放射现象、原子核的组成1、天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．2、原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．3、三种射线的比较（二）1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e2．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．二、理解1．衰变规律及实质(1)两种衰变的比较(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：94Be＋42He→126C＋10n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：27Al＋42He→3015P＋10n. 3015P→3014Si＋0＋1e.133．确定衰变次数的方法(1)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，则表示该核反应的方程为AX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数． 4． 半衰期(1)公式：N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 原(12)t /τ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，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 三、练习1、下列说法正确的是( )A ．原子核在衰变时能够放出α射线或β射线B.232 90Th (钍)经过一系列α和β衰变，成为20882Pb(铅)，铅核比钍核少12个中子C ．原子核的半衰期与物质的质量有关，质量大，半衰期长D ．对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期 答案 A2、如图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的是( ) A ．α射线 B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以 答案 C解析 由题意可知，工业上需用射线检查金属内部的伤痕，由题图甲可知，三种射线中γ射线穿透力最强，而α射线、β射线都不能穿透金属，所以答案为C. 3、 在下列4个核反应方程中，X 表示α粒子的是( )A.3015P →3014Si ＋XB.238 92U →234 90Th(钍)＋XC.2713Al ＋X →2712Mg ＋11HD.2713Al ＋X →3015P ＋10n答案 BD解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X 分别代表：01e 、42He 、10n 、42He ，选项B 、D 正确．4、(2012·重庆理综·19)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 8O y ＋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 第二、三个核反应分别是发现质子和中子的核反应方程，根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可得，x 、y 、z 分别是11H 、42He 、10n ，C 正确5、 238 92U 是一种放射性元素，其能发生一系列放射性衰变，衰变过程如图所示．请写出①、②两过程的衰变方程：①____________________________________________________；②___________________________________________________.答①210 83Bi(铋)→210 84Po 钋[pō]＋－1e ②210 83Bi →20681Tl [t ā]＋42He5、(2012·大纲全国·15)235 92U 经过m 次α衰变和n 次β衰变，变成20782Pb ，则( )A ．m ＝7，n ＝3B ．m ＝7，n ＝4C ．m ＝14，n ＝9D ．m ＝14，n ＝18答案 B解析 衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒．先写出核反应方程：235 92U →207 82Pb ＋m 42He ＋n 0－1e根据质量数守恒和电荷数守恒列出方程 235＝207＋4m 92＝82＋2m －n解得m ＝7，n ＝4，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．6、由于放射性元素237 93Np(镎)的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi ，下列判断中正确的是( )A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子B.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少18个中子C ．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D ．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 答案 BC 解析20983Bi的中子数为209－83＝126，237 93Np 的中子数为237－93＝144，209 83Bi 的原子核比23793Np 的原子核少18个中子，A 错，B 对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为237－2094＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C 对，D 错．7、(2011·海南·19(1))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(铯)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).53131I和55137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1―→13756Ba＋10n B．X2―→13154Xe＋0－1eC．X3―→13756Ba＋0－1e D．X4―→13154Xe＋11p解析根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C,131I的中子数为131－53＝78,137Cs的中子数为137－55＝82.答案B C78828、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核并放出一个氦核(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核的总电荷数是Y核电荷数的2倍：答案CD解析设原子核X的符号为a b X，则原子核Y为a b－1Y，a b X→0＋1e＋a b－1Y，11H＋a b－1Y→42He＋a－3b－2Z，故原子核Z为a－3b－2Z. 镤拼音[pú]核反应类型的判断9()A.32He＋21H→42He＋11H是聚变反应B.23892U→23490Th＋42He是人工转变C.23592U＋10n→9236Kr＋14156Ba＋310n是裂变反应D.2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变反应答案AC解析在核反应过程中，反应前后核电荷数和质量数分别守恒，选项B中的核反应是α衰变；选项D中的核反应是人工转变，选项B、D错误，选项A、C正确．10、(2012·广东理综·18)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变答案AC解析β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应，A正确；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，C正确．11、(1)现有三个核反应方程：①2411Na→2412Mg＋0－1e；②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n；③21H＋31H→42He＋10n.下列说法正确的是()A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→126C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B 中X 的质量数和中子数．解析 (1)2411Na →2412Mg ＋ 0－1e 中Na 核释放出β粒子，为β衰变，235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变．而21H ＋31H →42He ＋10n 为聚变，故C 正确．(2)①人工转变核反应方程的特点：箭头的左边是氦核与常见元素的原子核，箭头的右边也是常见元素的原子核．D 是查德威克发现中子的核反应方程，B 是裂变反应，是研究原子弹的基本核反应方程，A 是聚变反应，是研究氢弹的基本核反应方程．②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X 质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88. 答案 (1)C (2)①D B A ②144 88 半衰期的考查12、一块含铀的矿石质量为M ，其中铀元素的质量为m ，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅．已知铀的半衰期为T ，那么下列说法中正确的是( )A ．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀B ．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m4发生了衰变C ．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m8D ．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下M2答案 C解析 经过2个半衰期后矿石中剩余的铀元素应该有m 4，经过3个半衰期后矿石中剩余的铀元素还有m8.因为衰变产物大部分仍然留在矿石中，所以矿石质量没有太大的改变 13、 关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有( )A ．是原子核质量减少一半所需的时间B ．是原子核有半数发生衰变所需的时间C ．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期D ．可以用来测定地质年代、生物年代等解析 原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，A 错，B 对；衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年代、生物年代等，故C 错，D 对． 答案 BD。
2025年高考物理总复习专题47 原子核的衰变及核反应方程(附答案解析)
2025年高考物理总复习专题47原子核的衰变及核反应方程
1.原子核的衰变
衰变类型α衰变β衰变
衰变方程A Z X→A－4
Z－2
Y＋42He A Z X→A Z＋1Y＋0－1e
衰变实质2个质子和2个中子结合成
氦核211H＋210n→42He
1个中子转化为1个质子和
1个电子10n→11H＋0－1e
典型方程238
92
U→234 90Th＋42He234 90Th→234 91Pa＋0－1e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2．三种射线的比较
名称构成符号电荷量质量电离能
力
贯穿本领
α射线氦核42He＋2e 4 u最强最弱
β射线电子0－1e－e
1
1 837u
较强较强
γ射线光子γ00最弱最强
3．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238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e
人工转变人工控制14
7
N＋42He→17 8O＋11H
(卢瑟福发现质子)
4
2
He＋94Be→12 6C＋10n (查德威克发现中子)
模型归纳
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高考物理专题——近代物理初步
一、光电效应1．实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
2．三个概念(1)最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
(2)饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(3)入射光强度：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。
3．光电效应方程(1)方程：E k＝hν－W0，光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。
(2)极限频率：νc ＝W 0h 。
(3)逸出功：它与极限频率νc 的关系是W 0＝hνc 。
二、能级跃迁1．氢原子能级2．谱线条数一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数N ＝C 2n ＝n （n －1）2。
三、核反应和核能1．原子核衰变 衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋42He A Z X → A Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 211H ＋210n →42He 10n →11H ＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
(3)质能方程：E ＝mc 2，即一定的能量和一定的质量相联系。
高中物理新教材同步选择性必修第三册 第5章 原子和原子核专题强化 核反应及核能的相关计算
核反应及核能的相关计算[学习目标] 1.了解四种核反应的特征，会根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程. 2.熟练掌握核能的计算方法.3.学会结合动量守恒定律和能量守恒定律解决核反应相关问题．一、四种核反应1．四种核反应的理解(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化．Y＋42He①α衰变：A Z X→A－4Z－2②β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．①质子的发现：14 7N＋42He→17 8O＋11H(卢瑟福)②中子的发现：94Be＋42He→12 6C＋10n(查德威克)③放射性同位素和正电子的发现：27Al＋42He→3015P＋10n1330P→3014Si＋0＋1e15(3)裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作裂变．235U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n92235U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n92(4)聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作聚变．2H＋31H→42He＋10n12．解题时的注意事项(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)、氘核(21H)、氚核(31H)．(2)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．(2020·沈阳实验中学高二期中)下面列出的是一些描述核过程的方程，下列说法正确的是()①238 92U→234 90Th＋X②235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋3M③94Be ＋21H →10 5B ＋K ④14 7N ＋42He →178O ＋YA ．核反应方程①是重核裂变，X 是α粒子B ．核反应方程②是重核裂变，M 是中子C ．核反应方程③是太阳内部发生的核聚变，K 是电子D ．核反应方程④是人工核转变方程，Y 是中子 答案 B解析 ①式代表衰变，而不是重核裂变，X 是α粒子，选项A 错误；②式是典型的重核裂变，由质量数和电荷数守恒得出M 是中子，选项B 正确；由质量数和电荷数守恒可知③式中K 代表中子，选项C 错误；由质量数和电荷数守恒可知④式中Y 代表质子，选项D 错误． 针对训练1 (多选)(2020·全国卷Ⅰ)下列核反应方程中，X 1、X 2、X 3、X 4代表α粒子的有( )A.21H ＋21H →10n ＋X 1B.21H ＋31H →10n ＋X 2C.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋3X 3D.10n ＋63Li →31H ＋X 4答案 BD解析 21H ＋21H →10n ＋32He ，A 错． 21H ＋31H →10n ＋42He ，B 对．235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ，C 错．10n ＋63Li →31H ＋42He ，D 对．二、动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用动量守恒定律和能量守恒定律作为力学的两大规律，不仅适用于宏观物体的相互作用，也适用于微观粒子的相互作用．原子核的衰变、人工转变、聚变反应中同样遵循动量守恒和能量守恒．(2020·江苏高二月考)1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核(73Li)，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核． (1)写出核反应方程式；(2)已知质子的质量为m ，初速度为v 0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v 0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能．(设反应过程释放的核能全部转变为动能) 答案 (1)73Li ＋11H →242He (2)578m v 02 解析 (1)核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒73Li ＋11H →242He(2)核反应过程，动量守恒m v 0＝4m ·1.5v 0＋4m v 根据能量守恒定律ΔE ＝12×4m ×(1.5v 0)2＋12×4m v 2－12m v 02＝578m v 02.计算核能的常用方法1．根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能． 2．根据1 u 相当于931.5 MeV 能量来计算．3．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能． 针对训练2 (2020·常德芷兰实验学校高二开学考试)在磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，静止的原子核A Z X 发生衰变，放出的粒子与反冲核Y 都做匀速圆周运动，两个圆的半径之比为27∶2，如图1所示．图1(1)写出衰变方程；(2)已知A Z X 、Y 和放出的粒子的质量分别为m X 、m Y 和m 0，真空中的光速为c ，若AZ X 衰变时放出能量为E γ的γ光子，且衰变放出的光子的动量可忽略，求放出的粒子的动能．答案 (1) A 29X →A －4 27Y ＋42He(2)m Y m Y ＋m 0[(m X －m Y －m 0)c 2－E γ] 解析 (1)由于新核和放出的粒子的轨迹是外切圆，说明放出的粒子带正电，是α衰变，核反应方程为 A 29X →A －4 27Y ＋42He(2)此衰变过程的质量亏损为Δm ＝m X －m Y －m 0，放出的能量为ΔE ＝Δmc 2该能量是Y 的动能E Y ，α粒子的动能E 0和γ光子的能量E γ之和，即ΔE ＝E Y ＋E 0＋E γ 设衰变后的Y 核和α粒子的速度分别为v Y 和v 0，则由动量守恒有m Y v Y ＝m 0v 0又由动能的定义可知E Y ＝12m Y v Y 2，E 0＝12m 0v 02，解得E 0＝m Y m Y ＋m 0[(m X －m Y －m 0)c 2－E γ]．1．(核反应方程)下列核反应方程错误的是( )A ．α衰变方程234 92U →234 90Th ＋42HeB．查德威克发现中子42He＋94Be→12 6C＋10nC．重核裂变234 92U→8956Ba＋8936Kr＋210nD．轻核聚变21H＋31H→42He＋10n答案 C2．(核反应方程)(多选)2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖．大多数原子核发生反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等．下列关于核反应的说法正确的是()A.234 90Th衰变为222 86Rn，经过3次α衰变、2次β衰变B.21H＋31H→42He＋10n是α衰变方程，234 90Th→234 91Pa＋0－1e是β衰变方程C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一D．高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋10n 答案AC解析234 90Th经过3次α衰变后质量数减少12、质子数减少6，经过2次β衰变后质子数增加2，衰变为222 86Rn，选项A正确；21H＋31H→42He＋10n是核聚变方程，234 90Th→234 91Pa＋0－1e是β衰变方程，选项B错误；235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程之一，选项C正确；高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为42He＋14N→17 8O＋11H，选项D错误．73．(核反应方程)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是______，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.14 6C→14 7N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC.238 92U→234 90Th＋42HeD.14 7N＋42He→17 8O＋11HE.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10n答案C AB E F解析α衰变是一种放射性衰变，α粒子(42He)会从原子核中射出，C项符合要求；β衰变是指原子核内自发地放出一个电子(0－1e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求；裂变是指一些质量较大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，E项符合要求；聚变是指两个轻原子核结合成质量较大的原子核并释放大量能量的过程，F项符合要求．4．(动量守恒和能量守恒在核反应中的应用)(多选)一个铍原子核(74Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(73Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子v e，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍核发生了“K俘获”，其核反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋v e.已知铍原子的质量为M Be＝7.016 929 u，锂原子的质量为M Li ＝7.016 004 u,1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是()A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核(73Li)获得的动能约为0.86 MeVC．中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核(73Li)的能量之和等于反应前电子的能量答案AC解析反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋v e，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少而放出的能量E＝(7.016 929 u＋m e－7.016 004)×9.31×102 MeV＞0.86 MeV，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中动量守恒，故中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核(73Li)的能量之和与反应前电子的能量不相等，D错误．5．(动量守恒和能量守恒在核反应中的应用)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He，下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量答案 B解析静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得p Th＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据E k＝p22m可知，选项A 错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个原子核不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误．6．(动量守恒和能量守恒在核反应中的应用)(2020·冓田第二十四中学高二开学考试)镭核226 88Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn，已知镭核226 88Ra质量为226.025 4 u，氡核222 86Rn质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量．(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能．答案(1)226 88Ra→222 86Rn＋42He(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV解析 (1)核反应(衰变)方程为226 88Ra →222 86Rn ＋42He.(2)镭核衰变放出的能量为ΔE ＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV ≈6.05 MeV(3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得：m Rn v Rn －m αv α＝0，又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则 ΔE ＝12m Rn v Rn 2＋12m αv α2联立以上两式可得E α＝12m αv α2＝m Rnm Rn ＋m αΔE ≈5.94 MeV.则放出粒子的动能为5.94 MeV .。
原子核衰变、人工转变
原子核的衰变、原子核的人工转变一、天然放射现象1、天然放射现象物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。
1896年法贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋PO 和镭Ra。
物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
3、射线种类与性质那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
在射线经过的空间施加磁场，发现射线①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。
这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。
α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。
贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强；β射线:高速运动的电子流。
速度接近光速，贯穿本领很强。
很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。
γ射线：为波长极短的电磁波。
性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。
电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
原子核的人工转变方程式
原子核的人工转变方程式原子核的人工转变方程式是指通过人工手段改变原子核的构成和性质的化学反应方程式。
这种转变可以通过放射性同位素的放射性衰变、核裂变和核聚变等方式实现。
其中，放射性同位素的放射性衰变是指原子核自发地发生放射性衰变，而核裂变和核聚变则需要外界能量的输入才能发生。
下面分别介绍这三种方法的人工转变方程式：1. 放射性同位素的放射性衰变放射性同位素是指具有不稳定原子核的同位素，它们会自发地发生放射性衰变，释放出粒子或电磁辐射以达到更加稳定的状态。
例如，铀-238（U-238）会经过一系列α衰变和β衰变最终转化为稳定的铅-206（Pb-206），其反应方程式如下：U-238 → Th-234 + α（4/2 He）Th-234 → Pa-234 + β（0/-1 e）Pa-234 → U-234 + β（0/-1 e）U-234 → Th-230 + α（4/2 He）Th-230 → Ra-226 + α（4/2 He）Ra-226 → Rn-222 + α（4/2 He）Rn-222 → Po-218 + α（4/2 He）Po-218 → Pb-214 + α（4/2 He）Pb-214 → Bi-214 + β（0/-1 e）Bi-214 → Po-214 + β（0/-1 e）Po-214 → Pb-210 + α（4/2 He）Pb-210 → Bi-210 + β（0/-1 e）Bi-210 → Po-210 + β（0/-1 e）Po-210 → Pb-206 + α（4/2 He）2. 核裂变核裂变是指将重核分裂成两个或多个轻核的过程，同时释放出大量能量。
这种转变需要外界的能量输入，例如中子轰击或高能粒子撞击等。
以铀为例，其核裂变方程式如下：n + U-235 → Ba-141 + Kr-92 + 3nn + U-238 → Ba-140 + Kr92 + 3n其中，U代表铀，n代表中子，Ba代表钡，Kr代表氪。
衰变 核反应
答案ABD
7、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
（08全国1卷）
A．X核比Z核多一个原子
⑵174 N+
4 2
He
17
→8
O+_____
⑶150B+
1
0n
→_____+
4 2
He
⑷ 94Be+42He →_____+ 01n
56 2
57
⑸ 26Fe+ 1 H →27 Co+_____
16
4现有三个核反应： ①2411Na→2412Mg＋0-1e ②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋3 10n ③21H＋31H→42He＋10n 下列说法正确的是 (06全国卷) A ①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B ①是聚变，②是裂变，③是β衰变 C ①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D ①是β衰变，②是聚变，③是裂变
D、任何放射性元素都能同时发出三种射线
2. U238在 衰变时产生钍234。
Th234也具有放射性，放出 粒
子后变为（镤234），上述的过程可以 用下面的衰变方程表示：
U 238
92
234 90
Th
234 90
Th
＋
4 2
He
234 91
Pa
＋
0 -1
e
⑴174
N+
1 0
n
高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案
专题三
半衰期的计组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。
2、计算公式
N′＝N0( )n或m′＝m0( )n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。
[例1]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()
详细解析:选ACE密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D项错误；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E项正确。
5、太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是()
图1
A. H＋ H―→ He＋ n
B. 7N＋ He―→ 8O＋ H
C. 92U＋ n―→ 54Xe＋ Sr＋10 n
D. 92U―→ 90Th＋ He
详细解析:选AA是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A是正确的。
核反应方程的分类与计算
9 核反应方程的分类与计算从不同的角度对核反应方程进行分类时，一般的分类方法有三种。
9。
.1从转变方式的角度分类可分为衰变反应与人工核反应放射性元素的原子核在自发地放出α、β或γ射线的同时，转变为其他元素原子核的过程叫做衰变，而用人工的方式强制进行的核反应则称为人工核反应。
原子核的人工转变和天然衰变都是一种核素转变为另一种核素，但天然衰变大多数发生于原子序数大于84的放射性元素，衰变过程中放射性元素的原子核数量按指数规律递减，存在着半衰期，且一切衰变反应都是放能反应；而原子核的人工转变则是以极快的速度进行的撞击，存在着放能反应和吸能反应两种类型。
α衰变：例如226222488862Ra Rn He →+，该反应中的质量亏损()226.0254222.0175 4.00260.0053m u u u ∆=-+=，对应释放的核能4.94MeV ，相当于137.910J -⨯，其中α粒子的占衰变能的98%，反冲核 的动能只占只占衰变能的2%。
半衰期不同放射性元素放出的α粒子的动能并不相同，一般来说，半衰期较长的α衰变放出的α粒子的动能较小，例如23592U （半衰期4.5×109年）放射的α粒子能量约为4.2MeV(其速度71.410/m s ⨯)，而21284Po （半衰期7310s -⨯）放射的α粒子约为 8.78M 的V （其速度约为72.110/m s ⨯），两者的大小均比一般资料上所说的10c小。
β衰变又称为－β衰变，例如6060027261Co Ni e -→+，它是从原子核中自发地放出一个电子的核转变，其通式一般可写成011AA Z Z X Y e ϑ+-→++（即110011n H e ϑ-→++）的形式，相当于核内的一个中子转变为质子；＋β衰变：例如：3030015141P Si e →+，其通式一般可写成011AA Z Z X Y e ϑ-→++（即110101H n e ϑ→++）的形式，相当于核内一个质子转变为中子，然而由于质子质量小于中子质量，因此在自由状态下质子是不能自发地转变为中子的，但是当质子束缚于原子核内部时却不存在这种转变的可能。
2023年高考物理一轮复习讲义——原子核
第2讲 原子核目标要求 1.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.2.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程．考点一 原子核的衰变及半衰期1．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． 2．天然放射现象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． 3．三种射线的比较名称 构成 符号电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 42He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 0－1e－e 11 837 u 较强 较强 γ射线 光子γ最弱最强4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)α衰变、β衰变衰变类型 α衰变β衰变衰变方程M Z X →M －4Z －2Y ＋42HeM Z X →M Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H ＋210n →42He10n →11H ＋0－1e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 5．半衰期 (1)公式：N 余＝N 原1/212t T ⎛⎫⎪⎝⎭，m 余＝m 原1/212tT ⎛⎫ ⎪⎝⎭.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)．6．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、做示踪原子等．(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．1．三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．(√)2．β衰变中的电子来源于原子核外电子．(×)3．发生β衰变时，新核的电荷数不变．(×)4．如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个．(×) 考向1原子核的衰变例1(多选)天然放射性元素232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成208 82Pb(铅)．下列判断中正确的是()A．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B．铅核比钍核少8个质子C．β衰变所放出的电子来自原子核外D．钍核比铅核多24个中子答案AB解析由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数，x＝232－2084＝6，再结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数(设为y)，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，钍核中的中子数为232－90＝142，铅核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，β衰变所放出的电子来自原子核内，A、B正确．例2(多选)有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核，发生衰变放射出某种粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是()A ．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比B ．衰变形成的两个粒子带同种电荷C ．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D ．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q 1∶q 2＝r 1∶r 2 答案 BC解析 衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出，带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bq v ＝m v 2r ，可得r ＝m vqB ，衰变过程遵循动量守恒定律，即m v 相同，所以电荷量与半径成反比，有q 1∶q 2＝r 2∶r 1，但无法求出质量，故A 、D 错误，B 、C 正确． 考向2 半衰期例3 (2021·全国乙卷·17)医学治疗中常用放射性核素113In 产生γ射线，而113In 是由半衰期相对较长的113Sn 衰变产生的．对于质量为m 0的113Sn ，经过时间t 后剩余的113Sn 质量为m ，其mm 0－t 图线如图所示．从图中可以得到13Sn 的半衰期为( )A ．67.3 dB ．101.0 dC ．115.1 dD ．124.9 d答案 C解析 由题图可知从m m 0＝23到m m 0＝13，113Sn 恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知113Sn 的半衰期为T 1/2＝182.4 d －67.3 d ＝115.1 d ，故选C.考点二 核反应及核反应类型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238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→17 8O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→12 6C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n3015P→3014Si＋0＋1e约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变容易控制23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变现阶段很难控制21H＋31H→42He＋10n2.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(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，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．例4下列说法正确的是()A.238 92U→234 90Th＋X中X为中子，核反应类型为β衰变B.21H＋31H→42He＋Y中Y为中子，核反应类型为人工转变C.235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变D.14 7N＋42He→17 8O＋Z，其中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变答案 C解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误．例5(多选)(2020·全国卷Ⅰ·19)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有() A.21H＋21H→10n＋X1B.21H＋31H→10n＋X2C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋3X3D.10n＋63Li→31H＋X4答案BD解析21H＋21H→10n＋32He，A错．2H＋31H→10n＋42He，B对．1235U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，C错．921n＋63Li→31H＋42He，D对．考点三质量亏损及核能的计算核力和核能(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能．(3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.1．原子核的结合能越大，原子核越稳定．(×)2．核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生．(√)核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，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．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时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．例6(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H →42He ＋201e ＋2ν，已知11H 和42He 的质量分别为m p ＝1.007 8 u 和m α＝4.002 6 u,1 u ＝931 MeV/c 2，c 为光速．在4个11H 转变成1个42He 的过程中，释放的能量约为( )A ．8 MeVB ．16 MeVC ．26 MeVD ．52 MeV 答案 C解析 因电子质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm ＝4×1.007 8 u －4.002 6 u ＝0.028 6 u ，释放的能量ΔE ＝0.028 6×931 MeV ≈26.6 MeV ，选项C 正确．例7 (多选)用中子(10n)轰击铀核(235 92U)产生裂变反应，会产生钡核(141 56Ba)和氪(9236Kr)并释放中子(10n)，达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(235 92U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV ＝1.6×10－19J)．以下说法正确的是( )A.235 92U 裂变方程为235 92U →144 56Ba ＋8936Kr ＋210nB.235 92U 裂变方程为235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310nC.235 92U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D ．一个235 92U 裂变时，质量亏损约为3.6×10－28kg答案 BCD 解析235 92U 的裂变方程为235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ，方程两边的中子不能相约，故A 错误，B 正确；铀块需达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，故C 正确；一个铀核 (235 92U)裂变时，释放的能量约为200 MeV ，根据爱因斯坦质能方程得，质量亏损Δm ＝ΔEc 2＝200×106×1.6×10－199×1016kg ≈3.6×10－28 kg ，故D 正确． 例8 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222 86Rn 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 ，m α＝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E kα.答案 (1)222 86Rn →218 84Po ＋42He (2)6.89 MeV (3)6.77 MeV解析 (1)根据质量数和电荷数守恒有222 86Rn →218 84Po ＋42He (2)质量亏损Δm＝222.086 6 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 4 uΔE＝Δm×931 MeV解得ΔE＝0.007 4 u×931 MeV≈6.89 MeV(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得ΔE＝E kα＋E k钋由动量守恒定律得0＝pα＋p钋又E k＝p22m故E kα∶E k钋＝218∶4解得E kα≈6.77 MeV.课时精练1．(2021·湖南卷·1)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理．下列说法正确的是( ) A ．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽 B ．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C ．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D ．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 答案 D解析 根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的14未衰变，故A 错误；原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B 错误；放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C 错误；过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D 正确．2．2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M 装置(HL －2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电．下列方程中，正确的核聚变反应方程是( )A.21H ＋31H →42He ＋10nB.238 92U →234 90Th ＋42HeC.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310nD.42He ＋2713Al →3015P ＋10n答案 A解析 A 项方程是核聚变，B 项方程为α衰变，C 项方程为重核裂变，D 项方程为人工核转变．故选A.3．(2021·河北卷·1)银河系中存在大量的铝同位素26Al ，26Al 核β衰变的衰变方程为2613Al →2612Mg ＋01e ，测得26Al 核的半衰期为72万年，下列说法正确的是( )A ．26Al 核的质量等于26Mg 核的质量B ．26Al 核的中子数大于26Mg 核的中子数C ．将铝同位素26Al 放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D ．银河系中现有的铝同位素26Al 将在144万年后全部衰变为26Mg答案 C解析26Al和26Mg的质量数均为26，相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；2613Al核的中子数为26－13＝13个，2612Mg核的中子数为26－12＝14个，B错误；半衰期是原子核固有的属性，与外界环境无关，C正确；质量为m的26Al的半衰期为72万年，144万年为2个半衰期，剩余质量为126Mg，D错误．4m，不会全部衰变为4．(多选)(2021·浙江6月选考·14)对四个核反应方程(1)238 92U→234 90Th＋42He；(2)234 90Th→234 91Pa＋e；(3)14 7N＋42He→17 8O＋11H；(4)21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV.－1下列说法正确的是()A．(1)(2)式核反应没有释放能量B．(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程C．(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程D．利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一答案CD解析(1)是α衰变，(2)是β衰变，均有能量放出，故A错误；(3)是人工核转变，故B错误；(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确．5．(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为()A．6 B．8 C．10 D．14答案 A解析由题图分析可知，核反应方程为238X→206 82Y＋a42He＋b0－1e，92经过a次α衰变，b次β衰变，由电荷数与质量数守恒可得238＝206＋4a；92＝82＋2a－b，解得a＝8，b＝6，故放出6个电子，故选A.6．(多选)铀核裂变的一种方程为235 92U＋X→9438Sr＋139 54Xe＋310n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A．X粒子是中子B．X粒子是质子C.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定D.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，235 92U的质量数最大，结合能最大，最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定，235 92U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误．7．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式621H→242He＋211H＋210n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为()A．40 kg B．100 kgC．400 kg D．1 000 kg答案 C解析根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝1.0×102222 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃6×43.15 MeV≈7.19×10烧的标准煤的质量为M＝1.15×1010kg≈396.6 kg，约为400 kg.2.9×1078．(多选)(2020·浙江7月选考·14)太阳辐射的总功率约为4×1026 W ，其辐射的能量来自于聚变反应．在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c 2(c 为真空中的光速)的氘核(21H)和一个质量为2 809.5 MeV/c 2的氚核(31H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c 2的氦核(42He)，并放出一个X 粒子，同时释放大约17.6 MeV 的能量．下列说法正确的是( )A ．X 粒子是质子B ．X 粒子的质量为939.6 MeV/c 2C ．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kgD ．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c 2答案 BC解析 该聚变反应方程为21H ＋31H →42He ＋10n ，X 为中子，故A 错误；该核反应中质量的减少量Δm 1＝17.6 MeV/c 2，由质能方程知，m 氘＋m 氚＝m 氦＋m X ＋Δm 1，代入数据知1 876.1 MeV/c 2＋2 809.5 MeV/c 2＝3 728.4 MeV/c 2＋m X ＋17.6 MeV/c 2，故m X ＝939.6 MeV/c 2，故B 正确；太阳每秒辐射能量ΔE ＝P Δt ＝4×1026 J ，由质能方程知Δm ＝ΔE c 2，故太阳每秒因为辐射损失的质量Δm ＝4×1026(3×108)2 kg ≈4.4×109 kg ，故C 正确；因为ΔE ＝4×1026 J ＝4×10261.6×10－19eV ＝2.5×1039 MeV ，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm ＝ΔE c2＝2.5×1039 MeV/c 2，故D 错误． 9．A 、B 是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直．图中a 、b 与c 、d 分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是( )A ．A 放出的是α粒子，B 放出的是β粒子B ．a 为α粒子运动轨迹，d 为β粒子运动轨迹C ．a 轨迹中的粒子比b 轨迹中的粒子动量小D ．磁场方向一定垂直纸面向外答案 A解析 放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故B 放出的是β粒子，A 放出的是α粒子，故A 正确；根据带电粒子在磁场中的运动的半径r ＝m v qB，放出的粒子与反冲核的动量相等，而反冲核的电荷量大，故轨迹半径小，故b 为α粒子运动轨迹，c 为β粒子运动轨迹，故B 、C 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子运动的方向相反，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故D 错误．10．(2017·北京卷·23)在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R .以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损Δm .答案 (1)A Z X →A －4Z －2Y ＋42He (2)2πm qB q 2B 2πm (3)q 2B 2R 2(M ＋m )2Mmc 2解析 (1)A Z X →A －4Z －2Y ＋42He(2)洛伦兹力提供向心力，有q v αB ＝m v α2R所以v α＝qBR m ，T ＝2πR v α＝2πm qB环形电流大小I ＝q T ＝q 2B 2πm. (3)衰变过程动量守恒，有0＝p Y ＋p α所以p Y ＝－p α，“－”表示方向相反．因为p ＝m v ，E k ＝12m v 2 所以E k ＝p 22m即：E kY ∶E kα＝m ∶M由能量守恒得Δmc 2＝E kY ＋E kαΔm ＝E kαc 2⎝ ⎛⎭⎪⎫M ＋m M ，其中E kα＝12m v α2＝q 2B 2R 22m ， 所以Δm ＝q 2B 2R 2(M ＋m )2Mmc 2.。
核反应四种类型的比较及核能的计算
核反应四种类型的比较及核能的计算一、核反应的四种类型核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同．衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子；聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核；裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是程中都遵循质量数和电荷数守恒以及能量守恒．1、衰变衰变是原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．放射性元素在衰变时会放出三种不同的射线，它们是α射线、β射线、γ射线．这三种射线具有不同的本质和特点：⑴α射线，速度约为1/10光速的氦核流，贯穿能力很弱，在空气中只能飞行几厘米或穿过一张薄纸，但电离作用很强．⑵β射线，速度约为十分之几光速的电子流，贯穿能力较强，能穿过几毫米的铝板，电离作用较弱．⑶γ射线，波长极短的电磁波，贯穿能力最强，能穿过几厘米厚的铅板，但电离作用很弱．一个原子核一次只能产生一种衰变，α衰变或β衰变，并伴随能量的产生．因此，衰变又可分为α衰变和β衰变．衰变的一个重要的物理概念是半衰期．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它表示放射性元素衰变的快慢．半衰期是由核本身的因素决定的，与它所处的物理状态和化学状态无关．不同放射性元素的半衰期不同，根据放射性物质的衰变规律，分析含有放射性物质的岩石、矿物、古生物化石、陨石等可以测定它们的生成年代．2、人工核转变原子核在其它核子的作用下变成另一种原子核的变化称为人工核转变．原子核的人工转变，使人们找到了研究原子核的组成有效的途径．利用原子核的人工转变，人们发现了质子和中子，认清了原子核的结构，并且制造了上千种同位素，在工业、农业、医疗和科研的许多方面得到广泛的应用．放射性同位素主要有两个方面的应用：⑴利用它的射线：利用放射性同位素放出的γ射线的贯穿本领，可以进行金属探伤．利用射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电．利用γ射线对生物组织的物理、化学效应，通过射线辐照可以使种子发生变异，培育出新的优良品种；可以杀死食物中的致腐细菌，使其长期保鲜；可以防止马铃薯、大蒜等块根块茎作物发芽，便于长期保存．射线辐照还能控制农业害虫的生长，甚至直接消灭害虫．在医疗卫生上，可以应用放射性元素钴60的γ射线治疗肿瘤等疾病；还可以消毒灭菌，处理医院排放的污泥污水，杀死各种病原体，保护环境免受污染．⑵作为示踪原子．把放射性同位素的原子搀到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再利用放射性探测仪进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里、是怎样分布的，从而可以了解某些不容易察明的情况或规律．比如：用示踪原子可以检查地下输油管道漏油情况．在农业生产中可以把含有放射性的肥料施给农作物，根据探测到的放射性元素在农作物内的转移和分布情况，帮助我们掌握农作物对肥料的需求情况．在医学上，可用示踪原子来判断脑部肿瘤的位置，从而为指导临床使用提供信息．在生物科学研究方面，我国科学家于1965年首先用人工方法合成了牛胰岛素，利用示踪原子证明了人工合成的牛胰岛素与天然的牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质，从而为我国在国际上首先合成牛胰岛素提供了有力的证据．我国在1988年建成的“北京正负电子对撞机”为我国进行人工核转变提供了实验条件．世界最早最著名的人工核转变实验成果有：卢瑟福发现质子、查德威克发现中子以及正电子的发现．3、重核裂变随着煤、石油、天然气等不可再生的常规能源的枯竭，寻找和利用新能源是我们当务之急．我们知道核反应都伴随能量的产生，要利用原子能，就要设法让核能释放出来．衰变和人工核转变放出的能量功率很小，人又无法控制，实用价值不大．比如：铀238在α衰变时放出的α粒子具有4.18兆电子伏的能量，钴60的β衰变β粒子具有0.32兆电子伏的能量，放出的γ光子具有1.17兆电子伏的能量；而且天然衰变进行得非常缓慢(铀238的半衰期为4.49年，钴60的半衰期为5.27年)；对于人工核转变粒子击中原子核的机会太少，常常是用几百万个粒子才击中一、两次．于是人们考虑到利用重核裂变，重核裂变是重核分裂成中等质量的核的反应过程，这是核裂变的两分裂现象．我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂，这是我国科学家在核裂变研究中做出的贡献，不过三分裂和四分裂现象发生得较少，它们产生的几率与二分裂现象产生的几率相比，分别为后者的千分之三和万分之三．从裂变反应来看，中子具有增殖性，因此又叫增殖反应，其反应过程为链式反应．发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于临界体积(直径4.8厘米)．在裂变反应中，1千克铀全部裂变放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能．裂变反应的应用：制造原子弹，建核电站，利用原子反应堆提供电能，和平利用核能．原子弹发生链式反应具有不可控制性，瞬间释放的能量会给人类带来灾难．而和平利用核能，建核电站，为人类提供强大的可控能源．但我们在利用核能的同时，应采取积极有效的保护措施，防止核辐射和核泄漏给人类和自然造成巨大的灾害．4、轻核聚变轻核聚变是利用质量较轻的原子核结合成质量较大的原子核的反应．轻核聚变中每个核子释放出来的能量是重核裂变反应的4倍．而氘是重水的组成部分，1升海水中大约有0.03克的氘，它放出的能量相当于燃烧300升汽油，在覆盖地球2/3的海水中是取之不尽的．聚变的应用：制造氢弹，进行可控热核反应．氢弹具有不可控制性，它只能给人类和自然带来灾难，我们应和平利用核能．由于聚变反应要求的条件比裂变反应更高，它需要上百万度的髙温．因此，目前它的利用仍处于实验阶段．我国在研究可控热核聚变的实验手段有了新的发展和提高，并且为人类探求新能源的事业做出了自己的贡献．轻核聚变又叫热核反应，在宇宙中是很普遍的现象，在太阳内部和许多恒星内部，温度都髙达1000万度以上，在哪里热核反应激烈地进行着．太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.81026焦，就是从热核反应中产生的．地球只接受了其中的二十亿分之一，就使地面温暧，产生风云雨露，河川流动，生物生长．二、核能的三种计算方法涉及核能的计算林林总总，很多试题还要灵活地与所学知识结合起来求解，但归纳起来不外乎下述三种类型：1、利用爱因斯坦的质能方程计算核能『例1』一个铀衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为kg 10853131.325-⨯，钍核的质量为kg 10786567.325-⨯，α粒子的质量为kg 1064672.627-⨯．⑴写出此衰变方程；⑵求在这个衰变过种中释放出的能量(取2位有效数字)．『解析』⑴He Th U 424M 90M 92+→-或He Th U 422289023292+→ ⑵原子核变化时如果质量减小(减小的质量称为质量亏损)∆m ，根据爱因斯坦质能方程2=mc E △△，可以算出核变释放的能量E △．)kg (1068.910)0664672.0786567.385131.3(3025αTh U --⨯=⨯--=--=m m m m △)J (107.8)1000.3(1068.91328302--⨯=⨯⨯⨯=∆=∆mc E这个α衰变的方程为：He Th U 424-M 90M 92+→或He Th U 422289023292+→『例2』假设两个氘核在同一直线上相碰发生聚变反应生成氦同位素和中子，已知氘核的质量为2.0136u ，中子的质量为1.0087u ，氦的同位素的质量为3.0150u ，求该聚变反应中释放的能量(保留两位有效数字)．『解析』由题可得出其核反应的方程式：n He H H 10322121+→+其反应过程中的质量亏损：u 0035.0u 0087.1u 0150.3u 0136.22=--⨯=m △所以MeV 26.3MeV 5.931u 0035.02=⨯=∆=∆mc E即在这个衰变过程中释放出3.26MeV 的能量．『评述』由上述可知：利用爱因斯坦的质能方程计算核能，关键是求出质量亏损，而求质量亏损主要是利用其核反应方程式，再利用质量与能量相当的关系求出核能．另外，在上述两例中，给出的粒子质量的单位不同，而引出了两个常数的应用．2、利用阿伏伽德罗常数计算核能『例3』四个质子在高温下能聚变成一个α粒子，同时释放能量，已知质子的质量为1.007276u ，α粒子的质量为4.001506u ，阿伏加德罗常数为mol /1002.623⨯，求10g 氢完全聚变成α粒子所释放的能量．『解析』由题可得出其核反应的方程式：e 2He H 4014211+→其反应过程中的质量亏损：u 027598.0u 001506.4u 007276.14=-⨯=m △这个聚变过程中释放的能量为：MeV 707537.25MeV 5.931u 027598.020=⨯=∆=∆mc E10g 氢所含有的质子数为：231002.61810⨯⨯=n 个 四个质子参加反应，则10g 氢聚变过程中释放的能量为：041E n E ∆=∆ 代入数值得：MeV 1015.224⨯=∆E『评述』由此可知：在求涉及微观量的核反应过程中所释放的核能时，一般利用核反应方程和阿伏伽德罗常数求解．3、利用动量守恒定律和能量守恒定律计算核能『例4』两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)，若在反应前两个氘核的动能均为k 0E =0.35MeV ，它们正面碰撞发生核聚变，且反应后释放的能量全部转化为动能，反应后所产生的中子的动能为2.97MeV ，求该核反应所释放的核能．『解析』设反应后生成的中子和氦核动量的大小分别为n p 和He p ，其动能分别为k n E 和k He E ，反应所释放的核能为E ∆，则：由动量守恒得：He n 0p p +=由能量守恒得：k He k n k 02E E E E +=∆+ 因为mm p E 122k ∝= 所以31He n k n k He ≈=m m E E 联立解得：k 0k n 234E E E -=∆=3.26MeV 即在这个衰变过程中释放出3.26MeV 的能量．『评述』由此可知，由动量守恒和能量守恒计算核能，还要和相关知识相结合．。
学案13--19.4放射性的应用与防护
选修3-5第十九章原子核第四节放射性的应用与防护导学案
【教学目标】
1．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。
2．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
3．了解放射性在生产和科学领域的应用。
4．知道射线的危害及防护。
【教学重点】
知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程
【教学难点】
A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表电子，a＝17，b＝－1
C．X代表正电子，a＝17，b＝1 D．X代表质子，a＝17，b＝1
5．用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是()
A．质子、α衰变B．电子、α衰变C．α粒子、β衰变D．正电子、β衰变
（1）14C发生衰变时所放射出的粒子是________
（2）14C发生衰变时所放射出的粒子的运动轨迹是___(填“①”或“②”)
（3）14C的衰变方程是
（4）简要推导发生衰变后的瞬间放出的粒子与反冲核的动能之比
7．1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强，它甚至能穿透几厘米厚的铅板，1932年，英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核。若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰，测出被打出的氢核最大速度为vH＝3.5×107m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7×106m/s，假定正碰时无机械能损失，设未知射线中粒子质量为m，初速度为v，质子的质量为mH，氮核质量为氢核质量的14倍。
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．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危害
(完整版)近代物理知识点
光电效应、量子理论，原子及原子核物理一、光的粒子性1、光电效应（1）光电效应：在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。
（2）光电效应的实验规律：装置：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。
③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。
④金属受到光照,光电子的发射一般不超过10－9秒.2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。
所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难3、光子说（1）量子论:1900年德国物理学家普郎克提出:电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E=hv(2）光子论:1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比.即:E=hv ,其中h为普郎克恒量h=6。
63×10－34J·s(3)光电效应方程 E k=hv-W4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子,获得光子后其动能增大,当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面,入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。
二、波粒二象性1、光的干涉和衍射现象,说明光具有波动性，光电效应,说明光具有粒子性,所以光具有波粒二象性。
2、个别粒子显示出粒子性,大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著,频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小,这与经典波的振动叠加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这与经典粒子概念有所不同原子和原子核一、原子结构：1、电子的发现和汤姆生的原子模型：(1）电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子。
高考物理常用模型二十四：放射现象和核反应
模型二十四：放射现象和核反应从贝克勒耳发现天然放射现象开始，人们认识到原子核也有复杂结构。
三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较。
四种核反应类型(衰变、人工核转变、重核裂变、轻核骤变)⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→(实质：核内Hen 2H 2421011→+)α衰变形成外切(同方向旋)， β衰变：e Pa Th 012349123490-+→(实质：核内的中子转变成了质子和中子e H n 011110-+→)β衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为α、β粒子径迹。
+β衰变：e Si P 0130143015+→（核内e n H 011011+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
⑵人工转变：H O He N 1117842147+→+(发现质子的核反应)(卢瑟福)用α粒子轰击氮核,并预言中子的存在 n C He Be 101264294+→+(发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的α射线轰击铍 n P He Al 103015422713+→+ (人工制造放射性同位素)正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)α粒子轰击铝箔⑶重核的裂变： n3Kr Ba n U 109236141561023592++→+ 在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
⑷轻核的聚变：n He H H 10423121+→+（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。
（注意：质量并不守恒。
） 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。
计算式为： T t t m m ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210或T t t n n ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210，式中m 表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。
可用于生物工程，基因工程，研究生物大分子结构，⑶进行考古研究。
物理一轮复习 专题51 原子与原子核(讲)(含解析)
专题51 原子与原子核1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2。
掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识。
4.会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题．一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构（1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
(2)α粒子散射实验：19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞"了回来。
(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.2．光谱(1）光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2）光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。
有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。
（3）氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式错误!＝R错误!,（n＝3,4,5，…），R是里德伯常量,R＝1.10×107 m－1，n为量子数。
3．玻尔理论（1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
（2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν＝E m－E n。
（h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s）（3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。
4．氢原子的能级、能级公式（1）氢原子的能级能级图如图所示（2）氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:E n＝错误!E1 (n＝1,2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n＝n2r1（n＝1,2，3，…)，其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1＝0.53×10－10m。
第二34节-放射性元素的衰变
Байду номын сангаас
3、衰变的规律： 原子核衰变时电荷数和质量数守恒。
衰变
Z AX Z A 4 2Y2 4He
衰变
Z AX Z A 1Y1 0e
4、两个重要的衰变：
铀238核放出粒子后，成为钍234核
钍234核放出 粒子后，成为镤234核
5、衰变的电子是从哪里来的？ 原子核中没有电子， 衰变的实质在于核内的中子
遭原子弹炸后的广岛
1、对生物体的危害 穿透力
基因突变 2、对环境的危害
废料污染 基因突变会最终破坏生态平衡
3、防护措施 封存、深埋。
放射性污染和防护
为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范 措施：
辐射源的存放 检测辐射装置
铀
全 身 污 染 检 测 仪
辐射检测系统
放射性污染和防护
③放射性治疗癌症：放射线可以杀伤癌细 胞；
④消除静电：利用射线的电离作用。
b、作为示踪原子
放射性同位素的化学性质不变，但带 有“放射性标记”。
①掺入肥料中，检查农作物对肥料的 吸收状况；
②检查地下输油管的破损位置。
棉花育种
放射性同位素造影术
食品保鲜
粮食保存
放射线测厚仪
“放疗” 治疗
放射性污染和防护 过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用． 20世纪人们在毫无防备的情 况下研究放射性
实验现象：
射线
射线一般看不到。
射线
a射线在云室中的径迹：直而粗 原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离 本领大，沿涂产生的粒子多
ß射线在云室中的径迹：比较细，而且常 常弯曲 原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变 方向，电离本领小，沿途产生的离子少
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原子核的衰变、原子核的人工转变一、天然放射现象 1、天然放射现象物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。
1896年法 贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋P O 和镭R a 。
物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象， 具有放射性的元素称为放射性元素。
2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
3、射线种类与性质那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
在射线经过的空间施加磁场，发现射线①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。
这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。
α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。
贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强；β射线:高速运动的电子流。
速度接近光速，贯穿本领很强。
很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。
γ射线：为波长极短的电磁波。
性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。
电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.带电量 质量数 符号 电离性穿透性实 质来 源α射线 +2e4（p ）很强很小（一张普通纸）高速的氦核流 v≈0.1c两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出β射线 -e 0弱很强 （几毫米铝板）高速的电子流v≈c 原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出γ射线γ很小更强 （几厘米铅板）波长极短的电磁波 原子核受激发产生的小结：①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施He42e01-加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
②天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
二、放射性元素的衰变1、原子核的衰变原子核的衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫α衰变，放出β粒子的衰变叫β衰变，γ射线是随着α射线或β射线的放出而产生的。
2、α衰变铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。
那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U →23490Th+42He3、β衰变钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa （镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e 表示。
钍234核的衰变方程式： 23490Th →23491Pa+0-1e衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。
当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n →11H ＋0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。
可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。
4、γ辐射原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就会伴随着γ辐射（没有γ衰变）。
这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。
注意：一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线。
5、衰变方程式遵守的规律α衰变：e M Z M Z H Y X 4242+→-- α衰变规律：A Z X →A-4Z-2Y+42He β衰变：e Y X M Z M Z 011-++→ β衰变规律：A Z X →A Z +1Y+0-1e（1）核反应遵从的规律 ①质量数守恒②电荷数守恒 ③动量守恒； ④能量守恒.（2）半衰期：说明：1. 中间用单箭头，不用等号；2. 是质量数守恒，不是质量守恒;3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
类 型 衰变方程规 律α 衰 变新核电荷数减少质量数减少24⎧⎨⎩β 衰 变新核电荷数增加质量数不变1⎧⎨⎩三、半衰期1.意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 不同的放射性元素其半衰期不同．3.公式：经过n 个半衰期(T)其剩余的质量为：τt m m ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210剩 质量与原子个数相对应，故经过n 个半衰期后剩余的粒子数为：τt N N ⎪⎭⎫ ⎝⎛=210剩——衰变剩下的原子核数四、原子核的人工转变 1、质子的发现：早在1915年，卢瑟福的学生马斯登就观察到了用α粒子轰击氮气时会产生长射程粒子，一种可能的解释是这种粒子是氢核，因为这里是用α粒子轰击氮时常常出现的现象。
卢瑟福没有轻易作出结论，而是耐心地进行实验研究，以便弄清那些粒子到底是氮核、氦核还是氢核，实验要在荧光屏前观察和设计微弱的闪烁，条件是相当艰苦的，经过了三年多的时间，在1919年夏，他才总结了α粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。
其核反应方程是：N+He→O+H2、中子的发现：1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。
在中子发现之前，摆在物理学家们面前的问题是：要么α粒子轰击铍发出的是γ光子，它在跟质子的碰撞中能量和动量不再守恒；要么α粒子轰击铍发出的射线不是γ光子而是一种新粒子。
在约里奥·居里夫妇的实验中，中子已经出现了，但他们不能识别它。
查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。
发现中子的核反应方程是：Be+He→C+n中子不带电荷，它与各种物质粒子不发生静电作用，很容易接近甚至打进原子核。
3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它021m m n⎪⎭⎫ ⎝⎛=021m m Tt ⎪⎭⎫ ⎝⎛=002121N N N Ttn⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=的质子数和中子数之和。
具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的，这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。
注意：①质子数相同而中子数不同的原子互称同位素：②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的核电荷数相同，具有相同的化学性质：③同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子、β粒子而衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。
（三）、放射性同位素及其应用1、用中子、质子、氚核、α粒子或γ光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂变的产物也有放射性同位素。
例：用α粒子轰击铝27：Al+He→P+n得到的磷30具有放射性P→Si+ e 放出正电子2、应用①利用放射性同位素的射线A、γ射线探伤仪B、电离空气消除机器中的有害静电C、治虫育种、医疗②把放射性同位素做为示踪原子进行监测3、放射性污染和防护污染：原子弹爆炸、核电站泄露、放疗剂量过大防护：厚水泥层很厚的重金属箱、远离放射源1、下列说法中正确的是（）A.射线比射线更容易使气体电离B.核反应堆产生的能量来自轻核的聚变C.射线在电场和磁场中都不会发生偏转D.太阳辐射的能量主要来源于太阳内部重核的裂变2（双选）、关于天然放射现象，以下叙述正确的是（）A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的C.在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D.铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程中，要经过8次衰变和10次衰变3（双选）、放射性元素能自发地放出射线，变成别的元素，同时伴随核能的释放.下列表述中正确的是（）A.、、三种射线都是电磁波B.在、、三种射线中电离能力最弱的是射线C.太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的D.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变4、目前，核反应产生的核能主要来源于U的裂变，则下列说法中正确的是（）A.U原子核中有92个质子、143个核子B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为，说明U是由Ba和Kr组成的C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D.若一个铀核在裂变前后的质量亏损为，则其释放的核能为5、8.放射性同位素可用来推算文物的“年龄”。
的含量每减少一半要经过约5730年。
某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为（）A.5730×3年B.5730×4年C.5730×6年D.5730×8年6、一个氡核22286Rn衰变成钋核21884Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及22286Rn衰变成21884Po的过程放出的粒子是（）A.0.25g，a粒子B.0.75g，a粒子C.0.25g，β粒子D.0.75g，β粒子7、目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素.下列有关放射性知识的说法中正确的是（）A.U衰变成Pb要经过6次β衰变和6次α衰变B.三种放射线中α射线的电离本领最强，γ射线的穿透本领最强C.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的D.β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线穿透本领比γ射线强8、下列四个方程中，属于衰变的是（）A.B.C.＋→＋＋D.9、由衰变为要经过X次α衰变和y次β衰变，其中（）A.x＝6，y＝8B.x＝8，y＝6C.x＝16，y＝22D.x＝22，y＝1610、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单质中长。