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第三章 原子结构 原子核 核能 第1讲 原子结构 原子核 1．(2009·江苏，12C)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在． (1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子＋H―→n＋e 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是(填写选项前的字母)(　　) A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1 ()上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ）已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________________________________________________________________________． (3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小． 解析：(1)根据方程的质量数与电荷数守恒，判断出质量数与电荷数均为零．(2)利用质能方程可得出每个光子的能量，正电子与电子相遇遵循动量守恒不可能只转化为一个光子． 答案：(1)A　(2)8.2×10－14　遵循动量守恒 (3)粒子的动量　p＝，物质波的波长λ＝由mnme，知pnpe，则λnλe 2. 图3－1－8 (1)氢原子能级图如图3－1－8所示，则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是________eV；一群处于n＝4能级的氢原子回到n＝2能级的过程中，可能辐射________种不同频率的光子． (2)静止的锂核Li俘获一个速度为8×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核He，它的速度大小是8×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，求反应后产生的另一个粒子的速率． 解析：(1)13.6　3 (2)此核反应的的方程式为： 设中子质量为m，则氦核质量为4m，氢核质量为3m，由动量守恒定律可得： mv1＝4mv2＋3mv3，v3＝－8×106 m/s 即：反应后所产生的另一个粒子的速度大小为8×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相反． 答案：(1)13.6　3　(2)8×106 m/s 3．(1)近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡．英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(Po)．Po的半衰期为138 d，经衰变生成稳定的铅(Pb)，那么经过276 d，100 g Po已衰变的质量为________g. (2)一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为________． A．NAΔmc2 B．2NAΔmc2 C.NAΔmc2 D．5NAΔmc2(3)用速度为v0、质量为m1的He核轰击质量为m2的静止的7N核，发生核反应，最终产生两种新粒子A和B.其中A为8O核，质量为m3，速度为v3；B的质量为m4. ①计算粒子B的速度vB. ②粒子A的速度符合什么条件时，粒子B的速度方向与He核的运动方向相反． 解析：(1)根据半衰期的定义，经过276 d(两个半衰期),100 g Po已衰变的质量为＋＝75 g. (2)根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核(H)和一个氚核(H)结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为Δmc2,1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的NA倍，即NAΔmc2. (3)①由动量守恒定律有：m1v0＝m3v3＋m4vB，解得：vB＝. ②B的速度与He核的速度方向相反，即：m1v0－m3v30，解得：v3. 答案：(1)75　(2)A　(3)①　②v3 4．(1)一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g氡经过7.6天衰变掉的氡的质量以及Rn衰变成Po时放出的粒子是(　　) A．0.25 g，α粒子 B．0.75 g，α粒子 C．0.25 g，β粒子 D．0.75 g，β粒子 (2)在核反应堆里，中子的速度不能太快，否则会与铀235原子核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变．科学家常用石墨作减速剂，使铀核裂变所产生的快中子通过与碳核不断的碰撞而被减速．假设中子与碳核发生的是没有机械能损失的弹性正碰，且碰撞前碳核是静止的．已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的动能为E0，试求