- 核能
- 共2202题
用高速运动的粒子去轰击原子核,是揭开原子核内部奥秘的基本方法。轰击结果产生了另一种新核,其核反应方程的一般形式为,其中
是靶核的符号,x为入射粒子的符号,
是新生核的符号,y是放射出的粒子的符号。1919年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验,反应方程式为:
_____________。1930年查德威克发现中子,核反应方程为:
_____________。至此,人们确认了原子核是由_____________和_____________组成的。
正确答案
,
,质子,中子
一个质量为m0静止的ω介子衰变为三个静止质量都是m的π介子,它们在同一平面内运动,彼此运动方向的夹角为120°,光在真空中的传播速度为c,则每个π介子的动能为 .
正确答案
衰变前后质量减小量为m0-3m,由爱因斯坦质能方程可知释放的能量为(m0-3m)c2,释放的核能转化为三个π介子的动能,所以每个π介子的动能为
在下列4个核反应方程中,x表示质子的是
正确答案
C
由核反应方程的质量数和电荷数守恒,可得各个选项中的x分别为正电子、α粒子、质子、中子。
如图所示为____________发现质子的实验装置。M是显微镜,S是荧光屏,窗口F处装有银箔,气体可从阀门T充入,A是放射源。下列说法中正确的是____________。
A.放射源A放出的是α粒子
B.充入氮气前,调整银箔厚度,使S上能见到质子引起的闪烁
C.充入纯净的氧气后,会在S上见到质子引起的闪烁
D.该实验的核反应方程为:+
N→
O+
正确答案
查德威克,A
(1)如图1所示,下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有 .
图1
(2)场强为E、方向竖直向上的匀强电场中有两小球A、B,它们的质量分别为m1、m2,电量分别为q1、 q2.A、B两球由静止释放,重力加速度为g,则小球A和B组成的系统动量守恒应满足的关系式为 .
(3)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素衰变成
的同时放出另一种粒子,这种粒子
是 。是
的同位素,被广泛应
用于生物示踪技术。1mg随时间衰变的关系如图2所
示,请估算4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg?
图2
正确答案
(1)AB (2) (3)56天
(1)A为康普顿散射,B为光电效应,康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性;
C为粒子散射,不是光子,揭示了原子的核式结构模型。D为光的折射,揭示了氢原子能级的不连续;
(2)系统动量守恒的条件为所受合外力为零。即电场力与重力平衡;
(3)由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程:,可知这种粒子是正电子。由图象可知
的半衰期为14天,
的
衰变后还剩
,经历了4个半衰期,所以为56天。
某原子核X不稳定,容易发生衰变,则该核发生
衰变时的衰变方程:
______(衰变后的元素用Y表示);若其半衰期为8天,则经过______天有75%的X核发生了衰变。
正确答案
16 (每空3分)
在衰变过程中,质量数守恒,核电荷数守恒,即衰变方程为;经过8天后,有一半发生衰变,即50%的X核发生衰变,再经过8天,剩下的一半的一半发生衰变,这时有75%的X核发生了衰变,所以共用时间为16天。
原子反应堆的功率为104 kW,1 h消耗的燃料为8.75 g.已知每个235U裂变时放出的核能为2×108 eV,求核燃料中235U所占的百分比.
正确答案
5%
本题考查核反应堆.
W=Pt=107×3600 J=3.6×1010 J (2分)
W1=2×108 eV=3.2×10-11 J (2分)
n==1.125×1021 (2分)
m=235n u=235×1.125×1021×1.66×10-27 kg=4.39×10-4 kg="0.439" g (2分)
="5%. " (2分)
238U的半衰期是4.5×109年,假设一块矿石中含有2 kg的238U.求:
(1)经过45亿年后,还剩多少238U?
(2)假设发生衰变的铀都变成了206Pb,矿石中含有多少铅?
(3)这时铀、铅的质量之比是多少?
正确答案
(1)1 kg (2)0.866 kg (3)1∶0.866
(1)45亿年是238U的半衰期,这样还剩238U为1 kg. (3分)
(2)1 kg的238U衰变为206Pb,则铅的质量为
×1 kg="0.866" kg. (3分)
(3)铀、铅的质量之比为1∶0.866 (2分)
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,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2.49MeV,求该核反应所释放的核能。已知氘核的质量为
,氦核的质量为
,中子的质量为
。
正确答案
设反应前氘核动量的大小为p,反应后生成的中子和氦核动量的大小分别为和
,其动能分别为
和
,反应所释放的核能为
,则:
由动量守恒得:
由能量守恒得:
因为,所以
由<1>、<2>、<3>解得:
即在这个衰变过程中释放出3.26MeV的能量。
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。
图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,观察到的现象描述正确的是( )
A.在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B.在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在A位置时稍少些
C.在C、D位置时,屏上观察不到闪光
D.在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少
正确答案
AD
因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进,在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多,A对;因为少数
粒子穿过金箔后发生了较大偏转,在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时要少得多,B错;
粒子散射实验中有极少数
粒子转角超过90°,甚至接近180°,所以C错D对。正确选项为A、D。
一个运动的处于基态的氢原子与另一静止的处于基态的氢原子发生完全非弹性碰撞时,可使这两个氢原子发生相同的能级跃迁,则运动的氢原子碰撞前的最小动能是多少?已知氢原子的电离能E="13.6" eV.
正确答案
40.8 eV
要使运动氢原子的速度最小,则必须使二氢原子发生正碰且氢原子发生完全非弹性碰撞损失的动能将全部被基态氢原子所吸收,由玻尔理论知二基态氢原子碰撞时损失的动能的最小值必为氢原子从n=1激发到n=2能级的能量差ΔE=E2-E1=E
设碰前运动的氢原子最小速度为v0,初动能为Ek,碰后二氢原子速度为v,由动量守恒mv0=2mv,
由能量守恒得: Ek=2ΔE
得Ek="4ΔE=40.8" eV.
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." 7×106 m/s,假定正碰时无机械能损失,设未知射线中粒子质量为m,初速为v,质子的质量为。
(1)推导被打出的氢核和氮核的速度表达式;
(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量之比(已知氮核质量为氢核质量的14倍)。
正确答案
(1) .
(2)
(1)碰撞满足动量守恒和机械能守恒,与氢核碰撞时有
解之得同理可得
.
(2)由上面可得,代入数据得
约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是________,3215P是3015P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术,1 mg3215P随时间衰变的关系如图所示,请估算4 mg的3215P经________天的衰变后还剩0.25 mg.
正确答案
见解析
解析:3015P衰变的方程:3015P→3014Si+01e,即这种粒子为正电子.题图中纵坐标表示剩余3215P的质量,经过t天4 mg的3215P还剩0.25 mg,也就是1 mg中还剩mg="0.0625" mg,由题图估读出此时对应天数为56天.(54~58天都算对)
约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元索衰变成
的同时放出另一种粒子,这种粒子是 。
是
的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1mg
随时间衰变的关系如图所示,请估算4mg的
经多 天的衰变后还剩0.25 mg。
正确答案
正电子,56天
根据方程式两端质量数,质子数守恒,可得,放出的这种电子为正电子,从图中可知1mg的衰变成0.5mg需要14天可知4mg的
经56天的衰变后还剩0.25 mg
两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素).已知氘核的质量mD=2.01360 u,氦核的质量mHe=3.0150 u,中子的质量mn=1.0087 u .
(1)写出聚变方程并计算释放的核能.
(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?
正确答案
(1) 3.26 MeV(2) EkHe=0.99 MeV,Ekn=2.97 MeV.
(1)聚变的核反应方程2H→
He+
n,核反应过程中的质量亏损为Δm=2mD-(mHe+mn)=0.0035 u
释放的核能为ΔE=0.0035×931.5 MeV=3.26 MeV.
(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即
0=mHevHe+mnvn,反应前后总能量守恒,得
mHev
+
mnv
=ΔE+2Ek0,
解得EkHe=0.99 MeV,Ekn=2.97 MeV.
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