- 放射性衰变
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处于静止状态的原子核X,经历了一次a衰变后变成了质量为M的原子核Y,放出的a粒子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场,测得其做匀速圆周运动的轨道半径为r.已知a粒子的质量为m,电荷量为q,求此衰变过程中亏损的质量.
正确答案
.
本题考查a衰变过程中的动量守恒和因质量亏损释放的核能.
(1)a粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动:
,
所以a粒子的动能:.
(2)设原子核X放出一个α粒子而衰变成新核Y时的速度为u,此过程动量守恒:Mu=mv,所以新核Y的动能:.
(3)a粒子和新核Y的动能是衰变过程中释放的核能转变来的,故:
根据爱因斯坦质能方程:得:
.
为了测量人体中的血液体积,取一小瓶含有放射性同位素的溶液,测得1 min内衰变的次数为N0=6×103次,它的半衰期T="5" h.将它注入人体,经过15 h后,从人体内取出="10" mL血液,测得1 min内衰变的次数为
=2次.则该人体内的血液大约有多少毫升?
正确答案
3.75×103 mL
15 h是3个半衰期,故15 h后每分钟衰变的次数为:
则人体内的血液的体积为:
.
静止的放射性原子核A,在匀强磁场中发生衰变,放射出的粒子方向与磁场方向垂直,拍得了如图所示的两个相切的圆形径迹的照片.问
(1)A核发生了哪种衰变?
(2)Ⅰ、Ⅱ圆径迹分别是何种核或粒子的径迹?
正确答案
(1)A核发生了α衰变. (2)Ⅰ为α粒子的径迹,Ⅱ为新核的径迹
(1)若为α衰变,因α粒子带正电,与反冲核具有同种电性,据左手定则可判断出,α粒子与新核的径迹为一对外切圆.若为β衰变,因β粒子带负电,与反冲核具有不同的电性,据左手定则可判断出,与新核的径迹应为一对内切圆,如图所示.因此,A核发生了α衰变.
因为新核和α粒子在磁场中只受洛仑兹力,它们分别做半径不同的匀速圆周运动.据洛仑兹力公式、牛顿第二定律和向心加速度公式可知:.放射过程中系统动量守恒,新核和粒子的动量大小相等.所以α粒子和新核在同一个匀强磁场中做圆周运动的半径与带电量成反比:R∝
.因为qα<q反,所以Rα>R反,即α粒子的半径较大,所以Ⅰ为α粒子的径迹,Ⅱ为新核的径迹.
原子核衰变时系统的内力远大于外力,故衰变过程中系统动量守恒.因为衰变前原子核A静止,所以衰变后放射出的粒子与反冲核(新核)动量(运动)方向相反.在衰变后两个带电的粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直,且仅受到洛伦兹力的作用,所以两个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.
原子核衰变与力学和电磁学综合问题,一般是原子核与放射出的粒子在电磁场中的运动问题:①衰变时内力远大于外力,衰变过程遵循动量守恒定律.②衰变后的粒子在电场中、磁场中或正交电场磁场中所做的运动被初速度和加速度共同决定
Th经过
次
衰变,
次
衰变后变为铅
Pb.求
正确答案
6 ,4
如图11所示,是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3mm厚的铝板,那么是三种射线中的____射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调___一些。
图11
正确答案
(1)β射线 (2)调节得大些
α射线不能穿过3mm厚的铝板,γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板,基本不受铝板厚度的影响。而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板,因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化。即是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值,说明铝板太薄了,应该将两个轧辊间的距离调节得大些。
.我国的“神舟”六号载人飞船已发射成功,“嫦娥”探月工程也已正式启动.据科学家预测,月球上的土壤中吸附着数百万吨的32He,每百吨32He核聚变释放出的能量,相当于目前人类一年消耗的能量.下列关于32He的叙述正确的是 ( )
正确答案
CD
所有同位素的质子数相同而中子数不同,A错. 原子核内有2个质子,1个中子,
原子核外有2个电子,B错CD对.
铀238的半衰期为T=4.5×109年,设铀衰变后完全变成铅206,则1个铀238核衰变成铅206放出的α粒子和β粒子的个数各是多少?1 kg铀经时间t=9×109年后生成的铅为多少千克?
正确答案
8个α粒子,6个β粒子 0.649 kg
铀变成铅的衰变方程可表示为
→
所以1个铀核衰变过程中会放出8个α粒子、6个β粒子,最终变成稳定的铅核.
当经过时间t=9×109年=2T(即两个半衰期)时,已有kg铀发生了衰变,变成铅206.由于衰变时原来的核与新生成的核是“一一对应”的,即核的数目相等,所以衰变的铀的质量与生成的铅的质量之比等于它们的质量数之比.设生成的铅为x kg,则由
得x="0.649" kg.
一瓶有放射性同位素的溶液,测得平均每分钟内有8×个 原 子 发 生 衰 变。已 知 该 同 位 素的 半 衰 期 为 2天,衰 变 后 的 物 质 不 具 有 放 射 性。现 将 该 溶 液 倒 入 水 库, 设 10天 后 溶 液 均匀分布到库水中,这时从水库中取出
的水,测得平均每分钟内有20个原子发生衰变,能否由此推算该水库中现存的水量?
正确答案
水库中水量为
即水库中水量为。
点评:本题联系实际,给定了一种运用放射性元素的半衰期测定水库水量的方法,对此类型实际问题的研究时,关键是注重知识的迁移和模型的建立。
放射性同位素主要有两方面的作用:
(1) ;(2) 。
正确答案
(1)利用它的射线;(2)作为示踪原子
由教材内容可知,放射性同位素主要有两方面的作用:(1)利用它的射线;(2)作为示踪原子
两种放射性元素的原子和
,其半衰期分别为T和
。若经过2T后两种元素的核的质量相等,则开始时两种核的个数之比为________________;若经过2T后两种核的个数相等,则开始时两种核的质量之比为_________________。
正确答案
N1:N2=b:4a。 。
此例考察的是半衰期的概念,可做如下分析:
若开始时两种核的个数分别为N1和N2,则经时间2T后剩下的核的个数就分别为和
,而此时两种核的质量相等,于是有
由此可得 N1:N2=b:4a。
若开始时两种核的质量分别为m1和m2,则经时间2T后剩下的核的质量就分别为和
,而此时两种核的个数相等,于是有
由此可得
。
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