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第十七章 原子核
1. 以下是两个核反应方程: 其中a、b各为一个或多个粒子．关于上述两个方程，下列说法正确的是( )
A．a为10n，反应①不是裂变 B．a为11n，反应①是裂变
C．b为H，反应②不是聚变 D．b为He，反应②是聚变
解析：根据核反应过程中质量数守恒可知，a为11n，核反应是中子轰击铀核产生更多中子的链式反应，属于裂变，B项正确；由核反应过程的质量数和电荷数守恒可知，b为He，属于人工核反应过程，不属于裂变和聚变，C、D两项错误．
答案：B
2． 如图17－3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图17－3乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图17－3乙中的检查是利用了哪种射线( )
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．三种射线都可以
解析：由图甲可知γ射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕．答案为C.
答案：C
3． 美国有线电视新闻网2007年8月31日报道，一架运送4位美国议员的美军用飞机在离开伊拉克首都巴格达前往约旦首都安曼时遭到火箭弹攻击．机组人员发射了照明弹作为防御措施，照明弹成功地引开了火箭弹，飞机最终安全抵达目的地．火箭弹上装有热制导系统，它能够自动跟踪高温物体．照明弹的温度比飞机的发动机、尾气温度高得多，因此，火箭弹在照明弹的引导下，朝着照明弹飞去如图17－4所示．照明弹能够引导火箭弹的主要原因是( )
A．照明弹发出了强烈的红外线 B．照明弹发出了强烈的紫外线
C．照明弹发出了强烈的X射线 D．照明弹发出了强烈的γ射线
解析：照明弹是高温物体，应该是发出了强烈的红外线．
答案：A
4． 新中国成立后，为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立自主，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中．终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹(atom bomb)和第一颗氢弹(hydrogen bomb)．如17－5所示，下列核反应方程可表示两弹的爆炸原理的是( )
A.7N＋He―→8O＋H
B.92U＋n―→Sr＋54Xe＋10n
C.92U―→90Th＋He
D.H＋H―→He＋n
解析：原子弹利用核裂变反应而氢弹利用核聚变反应而获得巨大核能，故B项对应原子弹而D项对应氢弹，C项为核衰变反应，不合要求．
答案：BD
5. 如图17－6所示，印度第一艘自主研发的核潜艇于2009 年7
月26日正式下水，成为世界第六个拥有核潜艇的国家．核 动力潜
艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇．在核
反应中有一种是一个U原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂
变反应，其裂变方程为U＋n―→X＋Sr＋10n，则下列叙述正确的
是( )
A．X原子核中含有54个质子
B．X原子核中含有53个中子
C．裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量
D．裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒
解析：由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有54个质子，78个中子，故A正确，B、D错，释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量以能量的形式释放，C错．
答案：A
6． 钚的放射性同位素94Pu静止时衰变为铀核激发态92U*和α粒子，而铀核激发态
92U*立即衰变为铀核92U，并放出能量为0.097 MeV的γ光子．已知：94Pu、92U
和α粒子的质量分别为mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u,1 u
＝931.5 MeV/c2.
(1)写出衰变方程；
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
解析：(1)衰变方程为
94Pu―→92U*＋He①
92U*―→92U＋γ②
94Pu―→92U＋He＋γ③
(2)上述衰变过程的质量亏损为
Δm＝mPu－mU－mα④
放出的能量为ΔE＝c2·Δm⑤
此能量是铀核92U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Er之和
ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥
由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑦
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝mαvα⑧
由动能的定义知EU＝mUv，Eα＝mαv⑨
由⑧⑨式得＝⑩
由⑦⑩式得Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]⑪
代入题给数据得Eα＝5.034 MeV.⑫
答案：(1)94Pu―→92U*＋He 92U*―→92U＋γ 94Pu―→92U＋He＋γ
(2)5.034 MeV
1．(2009·浙江，15)氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( )
A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力
解析：在原子核大小范围内，有强相互作用存在即核力是最大的，由于质子的质量比较小，由万有引力定律和库仑定律可知，库仑力比万有引力大，所以选D.
答案：D
2．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能
解析：E＝mc2中E为质量为m的物质所对应具有的能量，不是核反应中释放的能量，所以D选项错误．
答案：D
3．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是( )
A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H―→He＋n
B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C．根据公式ΔE＝Δmc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多
D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同
解析：“人造太阳”是核聚变装置，故A项正确，B项错误．由于聚变的燃料是轻核，裂变燃料是重核，根据原子量知同等质量的聚变燃料比裂变燃料包含的原子核数目多，故能产生更多能量，C项正确，选A、C两项．
答案：AC
4． 一原子质量单位为u，且已知1 u＝931.5 MeV，c为真空中的光速，当质量分别为m1、m2千克的两种原子核结合成质量为M千克的新原子核时，释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)c2 J B．(m1＋m2－M)×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 J D．(m1＋m2－M)×931.5 MeV
解析：由爱因斯坦质能方程，质量亏损伴随着能量的释放，ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－M)c2，所以C正确．
答案：C
5． 从有关媒体上传出消息：四川首家核电站项目顺利通过初步科研评审．该项目建成后，对四川乃至中国西部地区GDP增长和第一、二、三产业的拉动将起到巨大作用．关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( )
A.92U―→90Th＋He B.H＋H―→He＋n
C.7N＋He―→8O＋H D.92U＋n―→Sr＋54Xe＋10n
解析：A为α衰变方程，B为聚变方程，C为发现质子的人工核反应方程，D为裂变方程，现在核电站获取核能的方式为裂变，D项正确．
答案：D
6． 如图17－7所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场 B，
LL′是一厚纸板，MN是荧光屏．实验时，发现在荧光屏O、P两处
有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线
的判断，与实验相符的是( )
磁场方向
到达O点射线
到达P点射线
A
竖直向上
β射线
α射线
B
竖直向下
α射线
β射线
C
垂直纸面向内
γ射线
β射线
D
垂直纸面向外
β射线
γ射线
解析：O处亮斑为γ射线；能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线；再根据偏转方向，结合左手定则可判知磁场方向．
答案：C
7． 质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如He是H的镜像核，同样H也是He的镜像核．下列说法正确的是( )
A.7N和6C互为镜像核
B.7N和8O互为镜像核
C．核反应H＋H―→He＋n是α衰变
D．一个质子和两个中子结合成氚核(H)时一定放出能量
解析：A项中7N的质子数为7，中子数为6，而6C的质子数为6，中子数为7，质子数与中子数刚好互换，A项正确；D项属于聚变反应，一定放出能量．
答案：AD
8． 中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D―→p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )
A.[(mD－mp－mn)c2－E] B.[(mp＋mn－mD)c2＋E]
C.[(mD－mp－mn)c2＋E] D.[(mp＋mn－mD)c2－E]
解析：核反应过程中的质量亏损：Δm＝mp＋mn－mD.
核反应过程中吸收的能量：ΔE＝Δmc2＝(mp＋mn－mD)c2，质子和中子的总动能为Ek＝E－ΔEk
中子的动能是总动能的一半，故选项C是正确的．
答案：C
9． (2010·郑州调研)2007年10月24日18时05分，在西昌这个被称为“月亮女儿的故乡”的地方、“长征三号甲”运载火箭托举着“嫦娥一号”卫星顺利升空．“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦－3的分布和储量、利用氦－3(He)和氘进行的核反应安全无污染，容易控制．月球上有大量的氦－3，每个航天大国都将获取氦－3作为开发月球的重要目标之一，已知两个氘核发生反应的方程是：2H―→He＋X.关于这个反应的论述正确的是( )
A．方程中X代表的是质子 B．反应前氘核必须具有很大的动能
C．方程中X是质子的同位素 D．此反应是“两弹”所用核反应之一
解析：核反应过程遵循核电荷数守恒和质量数守恒规律、由此知X代表的是中子，同位素有相同的核电荷数不同的质量数，AC错．“两弹”中所用核反应分别是U的裂变和氢的同位素氘、氚的聚变反应；轻核聚变反应，反应前原子核必须具有很大的动能，足以克服巨大的库仑斥力做功，使它们的距离十分接近，所以B对D错．
答案：B
10．(2010·保定联考)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核(He)．下表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 MeV的能量)
粒子名称
质子p
α粒子
电子e
中子n
质量/u
1.007 3
4.001 5
0.000 55
1.008 7
以下说法中正确的是( )
A．核反应方程为4H―→He＋2e
B．核反应方程为4H―→He＋2e
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 u
D．聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV
解析：根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A项正确，B项错误；根据质能方程可知D项正确．
答案：ACD
11．如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
p＋C―→N
7N―→6C＋e＋＋ν
p＋6C―→7N
p＋7N―→8O
8O―→7N＋e＋＋ν
p＋7N―→6C＋α
其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27 kg.α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量为me＋＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108 m/s.试计算该系列核反应完成后释放的能量．
解析：系列反应最终等效为4p―→α＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q
可得 Q＝3.95×10－12 J.
答案：3.95×10－12 J
12．“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中He的分布和储量.He是两个氘核发生聚变形成的．
已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，He的质量为3.015 0 u.
(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能；
(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的He和中子的动能各是多少？
解析：(1)应用质量数守恒和电荷数守恒不难写出核反应方程为：H＋H―→He＋n.
(2)由题给条件可求出质量亏损为：Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0＋1.008 7)u＝0.003 5 u
所以释放的核能为ΔE＝Δmc2＝931.5×0.003 5 MeV≈3.26 MeV.
(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为He和中子的动能．若设He和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得
m1v1－m2v2＝0
Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE
又由Ek1＝m1v，Ek2＝m2v，可得＝＝，
则Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝×(2×0.35＋3.26)MeV＝0.99 MeV
Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝×(2×0.35＋3.26)MeV＝2.97 MeV
答案：(1)H＋H―→He＋n (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV
用心 爱心 专心
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