- 放射性衰变
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(8分)天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(
Th)和另一种原子核。
(1)请写出衰变方程;
(2)若衰变前铀(U)核的速度为v,衰变产生的钍(
Th)核速度为
,且与铀核速度方向相同,求产生的另一种新核的速度。
正确答案
(1)
(2)
(1) (3分)
(2)设另一新核的速度为v′,原子单位质量为m,由动量守恒定律得:
(3分)
得: (2分)
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
放射性物质发出的射线可以导致癌症,这是因为放射性物质发出的射线能 .
正确答案
使基因突变
放射性物质发出的射线能使DNA中的碱基对改变,发生基因突变.
某考古队发现一古生物骸骨.考古专家根据骸骨中的含量推断出了该生物死亡的年代.已知此骸骨中
的含量为活着的生物体中
的1/4,
的半衰期为5730年.该生物死亡时距今约 年.
正确答案
11460年
:该核剩下1/4,说明正好经过两个半衰期时间,故该生物死亡时距今约2×5730年=11460年。
(2012年2月洛阳五校联考)美国宇航局的“新地平线”探测器在飞往冥王星的漫漫旅途中,由于离太阳太远,无法使用太阳能,不得不依靠所携带的10.9 kg钚丸,利用其放射性衰变释放的能量发电。已知钚丸()衰变后成为
,则衰变方程为______________;若分别用m1、m2、m3表示衰变过程中
核、
核和放出的粒子的质量,则衰变过程中释放出的核能可以表示为______________。
正确答案
(m1-m2-m3)c2
(1)根据衰变过程中质量数守恒和核电荷数守恒,放出的粒子应为粒子,衰变方程为
。由爱因斯坦的质能联系方程可知,释放出的核能为(m1-m2-m3)c2
(4分)把放射源铀放入用铅做成的容器中,射线只能从容器的小孔射出,在射线经过的空间施加如图所示的匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外。发现射线分裂成三束,已知放射源放出的射线有α、β、γ三种。则乙是 射线,丙是 射线。
正确答案
α
略
.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.
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