【www.doubiweb.com--物理】
第二节 光电效应、核反应、核能
一、单项选择题
1．(2011年湖南湘潭市二模)钍核(234 90Th)有放射性，它能放出一个粒子变成镤核(234 91Pa)，并伴随该过程放出光子，下列说法正确的是( )
A．光线可能是红外线，该粒子是正电子
B．光线可能是X射线，该粒子是中子
C．光线一定是γ射线，该粒子是质子
D．光线一定是γ射线，该粒子是电子
解析：选D.该反应的核反应方程为234 90Th→234 90Pa＋ 0－1e，放出的粒子为电子，伴随放出的射线为γ射线．
2．(2011年河南调研)在下列两个核反应方程中，X1、X2分别代表一种粒子．①238 92 U→234 90Th＋X1 ②21H＋31H→42He＋X2，以下判断中正确的是( )
A．①是重核裂变反应
B．②是轻核聚变反应
C．X1是α粒子，此种粒子形成的射线具有很强的贯穿本领
D．X2是中子，X2的质量等于21H与31H质量之和减去42He的质量
解析：选B.①是α衰变，选项A错误；②是轻核聚变，选项B正确；X1是α粒子，但是α粒子的穿透本领不是很强，选项C错误；X2是中子，核反应过程中反应前后质量数守恒，但反应前后质量不守恒，故选项D错误．
3．(2011年广东惠州模拟)放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随γ辐射．已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1•T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA∶mB为( )
A．(12)T2∶(12)T1 B．1∶1
C．2T1∶2T2 D．2T2∶2T1
解析：选D.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，新原子核往往有多余的能量，亦即新原子核处于激发态，这些能量再以γ光的形式放出，这就是γ衰变，γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变．
根据衰变公式：m＝m0(12)tT
有：mA(12)tT1＝mB(12)tT2又因为t＝T1•T2
所以mA∶mB＝2T2∶2T1.
二、双项选择题
4．(2011年广东汕头模拟)在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：
①31H＋X1→42He＋10n
②14 7N＋42He→17 8O＋X2
③94Be＋42He→12 6C＋X3
④2412Mg＋42He→2713Al＋X4
以下判断中正确的是( )
A．X1是质子 B．X2是中子
C．X3是中子 D．X4是质子
解析：选CD.由质量数和电荷数守恒可知：X1是21H(氘核)；X2是11H(质子)；X3是10n(中子)；X4是11H(质子)；故选项C、D正确．
5．(2011年广东深圳一模)在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，都不同程度地含有放射性元素，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出α、β、γ射线，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2
B．发生β衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内中子数减少1
C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
解析：选BD.α衰变是两个质子与两个中子作为一个整体从原子核中抛射出来，即211H＋210n→42He，发生α衰变时，核内质量数减少4，选项A错误；β衰变是原子核内一个中子转化成一个质子和一个电子，即10n→11H＋ 0－1e，发生β衰变时，核内中子数减少1，核子数不变，选项B正确而C错误；由三种射线性质可得，选项D正确．
6．(2011年福建厦门模拟)2008年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术．太阳的能量来源于氢核的聚变，每次聚变反应可以看成是4个氢核(11H)结合成1个氦核(42He)，同时放出正电子(01e)．已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c.下列关于氢核聚变的说法正确的是( )
A．核反应方程为411H→42He＋201e
B．核反应方程为411H→42He＋01e
C．每次核反应所释放的能量为(4mp－mα－2me)c2
D．每次核反应所释放的能量为(4mp－mα－me)c2
解析：选AC.由质量数、电荷数守恒知，A对，B错；此核反应的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me，由质能方程，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c2，C对，D错．
7．(2011年广东惠州模拟)
如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是( )
A．原子核发生了α衰变
B．原子核发生了β衰变
C．原子核放出了一个正电子
D．原子核放出了一个中子
解析：选AC.两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛仑兹力方向相反，则轨道应是外切圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨道应是内切圆．图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α衰变或放出了一个正电子，故A、C两选项正确．
三、非选择题
8．(2009年高考山东卷)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子11H轰击静止的AZX，生成两个动能均为8.9 MeV的42He.(1 MeV＝1.6×10－13J)
(1)上述核反应方程为________．
(2)质量亏损为________kg.
解析：(1)11H＋73X→42He＋42He或11H＋73Li→42He＋42He.
(2)Δmc2＝E末－E初，所以Δm＝E末－E初c2
＝2×8.9－0.5×1.6×10－133×1082kg≈3.1×10－29 kg.
答案：(1)11H＋73X→42He＋42He或11H＋73Li→42He＋42He
(2)3.1×10－29
9．(2010年高考浙江卷)(1)在核反应10n＋X→31H＋42He＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为__①__.若10n、X核、31H和42He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为__②__.
(2)核能、风能等新能源是近来能源发展的重点方向之一．与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并请说明理由．
解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，X核是63Li
由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得．
(2)(3)见答案．
答案：(1)①63Li ②ΔE＝[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多．
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高．
(3)建风能发电站比较合理
理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．
10．(2011年海南调研)(1)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为________．当照射光的频率继续增大时，则逸出功________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)如图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B＝0.50 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界．在距磁场左边界MN的1.0 m处有一个放射源A，内装放射物质226 88Ra(镭)，226 88Ra发生α衰变生成新核Rn(氡)．放在MN左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的α粒子，此时接收器位置距直线OA的距离为1.0 m.
①试写出Ra的衰变方程；
②求衰变后Rn(氡)的速率．(质子、中子的质量为1.6×10－27kg，电子电量e＝1.6×10－19C)
解析：(1)hν0 不变
(2)①226 88Ra→222 86Rn＋42He.
②对α粒子qvαB＝mv2αr vα＝qBRm
动量守恒得0＝mvα－Mv
v＝mMvα＝qBRM＝2×1.6×10－19×1.0×0.5222×1.6×10－27 m/s
＝4.5×105 m/s.
答案：见解析
1.(2011年河北衡水模拟)238 92U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次衰变变成210aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210aX和b81Ti最后都变成206 82Pb，衰变路径如图所示，则( )
A．a＝82，b＝211
B.210 83Bi→210a X是β衰变，210 83Bi→b81 Ti是α衰变
C.210 83Bi→210aX是α衰变，210 83Bi→b81Ti是β衰变
D.b81 Ti经过一次α衰变变成206 82Pb
解析：选B.在210 83Bi→210aX中，质量数没有发生变化，一定是β衰变，a＝84，在210 83Bi→b81Ti中，质子数减少2，一定是α衰变，b＝206，所以B正确.b81Ti→206 82Pb是β衰变，所以D错误．
2．(2011年广东江门模拟)雷蒙德•戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶．中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为νe＋3717Cl→3718Ar＋0－1e，已知3717Cl核的质量为36.95658 u，3718Ar核的质量为36.95691 u，0－1e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断( )
A．中微子不带电
B．中微子就是中子
C.3717Cl和3718Ar是同位素
D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV
解析：选AD.在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确，而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而3717Cl和3718Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.00055＋36.95691－36.95658)u＝0.00088 u，而1 u质量对应的能量为931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.00088 MeV≈0.82 MeV，故D项正确.